◎ 管文川 蔡 潔

STEM教育以項目式學習的方式融合各領域內(nèi)容，解決真實環(huán)境下的實際問題，通過針對學生而設計的活動來培養(yǎng)學生的創(chuàng)新品質(zhì)。在注重學生核心素養(yǎng)培養(yǎng)的大環(huán)境下，許多國家都加強了STEM教育的開發(fā)和落實，上海也在這一浪潮中積極嘗試，社會、學校、教師都投入了大量成本和精力。STEM教育在上海的實際開展情況如何？它的進一步推廣還需要有哪些具體措施加以保障？在開展了為期3個月的上海市中小學STEM教育調(diào)研后，本報告對相關問題給出了基于實證的回答，不僅對目前上海市中小學實施STEM教育的情況形成概覽，而且初步總結出目前存在的主要問題及可進一步推廣的經(jīng)驗。

一、調(diào)研概況

（一）調(diào)研目的與方法

本次調(diào)研的主要目的是了解目前上海市中小學STEM教育的實際開展情況，從中汲取經(jīng)驗，完善、健全跨學科課程建設，并提供跨學科課程設置的建議和意見。主要的調(diào)研方法有資料查閱、與校領導及教師座談、課堂觀課、學生問卷調(diào)查、教師問卷調(diào)查等。研究組通過積極籌備，組建了一支由教研室、大學、出版社相關人員及指導專家組成的調(diào)研團隊，明確了調(diào)研的相關任務及要求；分別編制了針對學生和教師的網(wǎng)上調(diào)研問卷以及針對課堂教學的評課記錄單等。正式調(diào)研自2017年3月下旬開始，至2017年6月中旬結束。在調(diào)研前兩周，由所調(diào)研學校填寫自評報告；調(diào)研當天，由調(diào)研團隊聽課或聽取課程介紹，并圍繞學校跨學科課程建設及課堂教學與校方交流討論；同日，學校完成學生、教師的網(wǎng)上調(diào)研問卷填寫。

（二）調(diào)研對象的基本信息

本次調(diào)研共涉及上海的9個區(qū)：黃浦、普陀、閔行、徐匯、楊浦、靜安、浦東、長寧、虹口。共計調(diào)研26所學校，其中小學9所，初中8所，高中7所，完全中學2所。所調(diào)研學校中，民辦學校占15.4%，公辦學校占84.6%。共計回收學生問卷1241份，教師問卷66份。

二、調(diào)研初步結論

（一）學校支持情況

關于STEM教育的教學場所，在所調(diào)研的26所學校中，有46.15%設有STEM教育專用教室，46.15%利用創(chuàng)新實驗室，46.15%和26.92%利用現(xiàn)有的科學（自然）實驗室或勞技教室開展教學。

有76.92%的學校的STEM教育教師全部為本校教師，7.69%的學校的STEM教育教師來自第三方機構，兩種情況兼有的學校占15.38%。

（二）課程設置情況

在所調(diào)研的26所學校中，有57.69%的學校將STEM教育課程歸為拓展型課程，有26.92%的學校將STEM教育課程歸為研究型課程。

課時安排方面，小學、初中、高中差異不大，多為每周2課時連上。大多數(shù)學校選擇利用每周2課時的拓展課；也有學校采用“1+1”模式，即利用每周1節(jié)拓展課加1節(jié)自然（或科學、勞技）課，整合為2課時，以滿足課時需要。學期總課時數(shù)，小學、初中為24—27課時，高中平均為18課時。

開課年級方面，在小學主要集中在二、三年級，初中主要集中在初中預備班、初一年級；高中主要集中在高一年級。

（三）教師基本情況

受訪教師中，教齡低于5年者占25.76%；教齡為5—10年者占21.21%；教齡為11—15年者占22.73%；教齡為16年及16年以上者占30.3%。受訪教師中，22.73%具有博士或碩士學歷，75.76%具有大學本科學歷。

執(zhí)教STEM教育課程的教師，學科背景幾乎涵蓋所有基礎課程，其中以下學科的占比分別為：科學（31.82%）、信息科技（24.24%）、數(shù)學（18.18%）、生物（12.12%）、化學（12.12%）、物理（10.61%）。

（四）學生認可情況

調(diào)研發(fā)現(xiàn)，大部分學生認可STEM教育課程，對該課程比較感興趣，尤其看重STEM教育課程能夠提供動手操作和實踐的機會（具體見圖1）。

圖1 學生認可STEM情況

對于STEM教育可能給未來發(fā)展帶來的幫助，學生做出的選擇排名前五位的依次是：提高動手能力（86.38%）、提高與同伴合作能力（77.68%）、知道研究流程（72.52%）、提高表達能力（67.61%）、提高處理錯綜復雜的綜合問題的能力（66.08%）?？梢姡蟛糠謱W生對STEM教育的育人價值持肯定態(tài)度，尤其是在提高動手能力方面，絕大多數(shù)學生對此表示認同。

三、可取經(jīng)驗

（一）主題選擇注重與學校傳統(tǒng)特色相結合

被調(diào)研的大部分學校在上海課程改革過程中逐漸形成具有鮮明特色的校本課程群。在STEM教育中，這些學校并沒有舍棄之前的特色課程建設基礎，將STEM 教育與學校特色結合，尋找適合跨領域項目式學習的主題。

例如，華漕學校結合本校“頭腦OM”科技特色和“墨流”藝術特色，形成“當頭腦OM遇上墨流之‘創(chuàng)想藝術燈’”課程，將工程、物理、勞技、美術等領域知識整合在一個項目中，用項目式學習的方式進行推進，從學習墨流技術、了解電子元器件、電路原理到實際應用，最終制作出實物，將整個感應墨流燈項目分解成一個個小任務，最終呈現(xiàn)一個結果式的作品。

例如，世博家園小學創(chuàng)設的“網(wǎng)球STEM課程”中，利用學校豐富的網(wǎng)球相關資源，開發(fā)出一系列融合工程、技術、體育的項目主題。

（二）實施過程注重工程實踐中的體驗

被調(diào)研的一部分學校在STEM教育中十分重視工程實踐。讓學生反復經(jīng)歷工程實踐過程的相關環(huán)節(jié)（如：提出問題和明確需要解決的難題；建立和使用模型；設計和實施調(diào)查研究；分析和解釋數(shù)據(jù)；利用數(shù)學和計算思維；建構解釋和設計解決方案；基于證據(jù)的論證；獲取、評估和交流信息；改進與優(yōu)化等），不斷總結經(jīng)驗，提高工程實踐能力。

例如，上海交通大學附屬中學讓學生以項目過程記錄本的形式記錄下自己在項目實踐（實驗）每一節(jié)課中的觀察和思考，使學生養(yǎng)成記錄和表達的習慣，并以此作為相互交流的依據(jù)。記錄可以由個人撰寫，也可以由小組成員共同撰寫；除了手寫文字，還可以采用剪剪貼貼的方法畫上各種設計圖。其目的都是為了培養(yǎng)學生良好的工程思維與設計習慣——用簡潔的方式將科學問題及解決過程清晰地呈現(xiàn)出來。學生動手制作作品前，要求學生先后畫出草圖、設計圖、步驟圖，將學生的設計思想以畫圖的形式予以物化，這樣的做法值得推廣。

例如，上海市實驗學校初中部在“自制酸堿指示劑”項目實施中，當紫甘藍液與不同酸堿溶液混合后呈現(xiàn)不同顏色的事實明確后，請學生在此基礎上根據(jù)提供的已有溶液配制目標溶液。在學生解決這一問題過程中，有窮盡所有可能性一一試驗的，也有根據(jù)目標溶液顏色偏向，選擇堿性溶液進行配制的，方法不同體現(xiàn)了學生認知、能力和性格的差異。交流不同的解決方案，可以分享成功與失敗，收獲更多的經(jīng)驗。

例如，上海敬業(yè)初級中學在“橋梁設計與制作”項目的中期讓學生進行橋梁測試并開展交流，通過小組相互評價，發(fā)現(xiàn)并指出其他小組在制作過程中存在的問題，尋找改進的方法，如此反復多次，當大家對制作的橋梁模型都比較滿意以后，整個項目再進入下一環(huán)節(jié)。這樣的做法雖然進度推進較緩慢，但切切實實關注了學生的思考過程和工程過程中極其重要的“改進與優(yōu)化”環(huán)節(jié)，有效培養(yǎng)了學生的工程思維、質(zhì)疑精神及評價的能力，同時有利于學生形成批判性思維。

四、思考與建議

（一）大力開發(fā)優(yōu)質(zhì)課程資源

在課程資源方面，使用由專業(yè)機構提供教材的學校占73.08%，由本校教研組（或項目組）設計課程內(nèi)容的占65.38%，由執(zhí)教教師獨立設計的占46.15%。

雖然有大量的有實力的公司和教育者在做這方面的努力，但是目前仍舊有不少課程直接使用國外的資料，沒有做任何改進，不符合本地學校情況，沒有體現(xiàn)STEM教育真實問題解決的理念。有些教材在內(nèi)容的科學性、邏輯性、年段適用性等方面存在一定的問題。還有課程結構過于固定模式化、課程內(nèi)容過于形式化，刻意將毫無關聯(lián)的知識內(nèi)容拼裝式組合進課程、配套的輔助工具缺乏系統(tǒng)的規(guī)劃等。由此可見，為上海的中小學提供本土化的優(yōu)質(zhì)STEM教育課程資源是一項迫在眉睫的任務。

建議以學校作為課程資源開發(fā)的主體，選擇適合學生學情、基于學生已有學科基礎、具有科學性和可行性、對培養(yǎng)學生的能力有價值的項目，借鑒優(yōu)秀課程的模式，編制有特色的STEM課程。

（二）切實轉變課堂教學方式

當被問到“你希望STEM教育課程的老師在指導方面有哪些改進”，學生的選擇見圖2。學生的選擇從另一個方面說明教師本身可能存在一些問題，例如教學方法不夠合理等。

圖2 學生的選擇

從本次調(diào)研的觀摩課來看，超過一半的課堂被教師牢牢把控，學生的自主性嚴重不足。教師嚴格控制著課堂教學的各個環(huán)節(jié)，從問題的提出到任務分工，從學生實驗到交流展示，完全按照教師的意圖和節(jié)奏步步推進。不少學生不知道活動的目的和意圖，不清楚個別活動與項目整體之間的關系，只是被動地被教師牽著鼻子走。這樣的課堂并不能有效發(fā)揮學生的主動性和培養(yǎng)學生的求知欲，是與STEM教育通過項目式學習培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力的初衷背道而馳的。

建議STEM教育的課堂教學要適當放慢節(jié)奏，給予學生多次嘗試（包括試錯）的機會，讓學生通過體驗認識工程過程。教師應當只是起到適時點撥的引導作用，鼓勵學生自己發(fā)現(xiàn)問題、解決問題。在課堂中，可以充分利用學生之間的交流與討論，讓同伴互助合作學習發(fā)揮最大的效用。

（三）加強教師培訓交流研討

在受訪教師中，40.91%沒有接受過有關STEM教育的培訓，59.09%接受過相關培訓。培訓內(nèi)容按照比例由多到少依次為：STEM教育理念（92.31%）、某項技術（如3D打印、工具的使用方法）（58.97%）、學科知識（43.59%）和教學方法（48.72%）。而在回答“希望加強哪些方面的培訓”時，按教師選擇人次由多到少的順序依次為：項目設計（96.97%）、工程設計理論與實踐（78.79%）、通用技術（74.24%）、科學知識（66.67%）、學業(yè)評價（62.12%）、信息技術（62.12%）、STEM教育理念（57.58%）和對外交流（1.52%）。這表明教師對項目設計、工程設計理論與實踐、通用技術的學習需求最為迫切，這與目前培訓機構所提供的培訓內(nèi)容存在錯位。

雖然中國傳統(tǒng)師范教育培養(yǎng)了大批學科（如數(shù)學、物理、化學）的教師，但是缺乏工程技術方面的師資培養(yǎng)，教師無法順利實施工程領域的全部教學活動。其次，STEM教育本身跨學科的特點決定了它難以由單一學科背景的教師完成教學。部分學校面對師資困局選擇以全部外包的方式來實施STEM教育課程，包括課程資料及課程耗材包的購買，甚至連授課教師都外包。如果校內(nèi)教師全程不參與，其實對于學校的STEM教育落地并無太大幫助。

基于這些現(xiàn)狀，首先建議對所有相關教師提供系統(tǒng)且專業(yè)的工程與技術普及化培訓。其次，STEM教育不同的領域建議由不同學科的教師實施教學，這樣可以避免教師專業(yè)基礎的缺失，以醫(yī)療領域、環(huán)境領域、建筑領域為例，分別可以請生命科學教師、化學教師、物理教師來授課，但即便如此，在領域內(nèi)相當大的知識覆蓋依然超出學科教師的專業(yè)范圍，所以需要在不同領域對教師進行有針對性的培訓。第三，STEM教育的教學教法與基礎課程是有一定的區(qū)別的，某種程度上說是更難的，也是教師特別不擅長的方面，比如相對開放的課堂、跟著學生的思路節(jié)奏演繹教學等，需要通過典型教學案例提供課堂教學教法方面的專業(yè)指導。此外，目前上海STEM教育缺乏教師之間相互交流、共享的平臺與機制。因此，要加大市、區(qū)兩級STEM教育教研活動的力度，讓更多教師有機會了解其他學校的教學方式，分享、輻射優(yōu)秀經(jīng)驗，加強交流與互動。

（四）完善學生過程性評價

好的評估系統(tǒng)是教學質(zhì)量的保證，由于STEM教育并不是簡單地將科學與工程組合起來，而是要把學生學習到的零碎的知識與機械過程轉變成一個探究世界相互聯(lián)系的不同側面的過程。所以對于這種項目式學習，用工程技術方法來做現(xiàn)實問題解決的STEM教育評估體系的開發(fā)是很有挑戰(zhàn)性的。STEM教育評估體系還需要對教師的能力進行考核。目前的評價機制無論是學生的成果作品評價還是學生過程性評價，都還只是淺嘗輒止的初探，對教師的評價也缺乏規(guī)范的體系。

建議建立學生過程性評價的頂層設計，在進行課程方案設計時采用評價在先的原則，優(yōu)先構思如何在課堂教學中實施過程性評價；豐富學生過程性評價的方式，例如表現(xiàn)性評價、檔案袋評價等；優(yōu)化資源并對學生過程性評價進行全面取證；完善過程性評價評估標準，形成從學生到教師再到學校的可信的評估體系。