淘汰「中国式教育」，STEM 教育课程是如何设计的？
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「文末高能」
编辑 | 哈比
从 90 年代开始实行的 ‘学生减负’ 以及 21 世纪开始推崇的素质教育，其实本质上都是一样的，都是来源于对于现状的发展产生的疑问和试图寻找解决方案，素质教育提升的是总体的知识（Knowledge）以及技能（Skills）。
在同等高度，甚至技能要略高于知识的比重。这是由时代的发展造成的，而基于知识为主技能为辅的理论势必会落后于时代的发展。
与此同时，STEM 教育越来越受到重视，针对 STEM 教育各大媒体对其都是处于普及概念的阶段，而如何设计好 STEM 课程更应该是大家关注的重点。
美国中小学的课程设置分为核心课程和选修课程，在核心课程中，主要包括数学、科学和信息技术，在职业类课程中，有健康科学教育、信息技术教育、技术和工程教育，而这些职业技术类课程主要是在高中开设的。
美国小学和初中的 STEM 课程主要通过数学、科学课程以及信息技术课程来实现，至于选修课程，各校开设的选修课程都不同。
正如我之前谈到的，STEM 教育活动并不仅仅局限于科技创造小发明等等。
幼儿园教育阶段来更多的是进行大自然接触的活动，了解万物，培养对接触到事物的感性认知，提出疑问并寻求成年人的解答，这就是一种很适合的 STEM 活动。
我上篇《新一代科学教育标准到底是什么？为什么开展 STEM 教育？》文章中针对 STEM/STEAM 教育概念做了介绍，这里我会继上篇文章针对不同年级（幼儿园、小学、初中、高中）给出四个 STEM/STEAM 教育的课程设计。
STEM/STEAM 是一个跨学科的、需要孩子们自主完成项目的学科，课程设计也应围绕综合素养培训为目标，我通过阅读了大量文献以及一直对创客教育 STEM 教育的专研，整理了几个 STEM 课程设计的课件，希望大家能对 STEM 教育有一个更全面的认知。
一个项目涉及到的信息主要包含以下部分：
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STEM Project Name;
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Activity Requirements;
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Project Time;
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Objectives;
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How to Prepare;
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How to Start.
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How to Assessment
下面是根据各年级整理的 STEM 项目题型，这里不对每个题型的具体实现做介绍，仅列出每个项目的实现步骤。
一、果园秘密的探索（针对幼儿园年级学生）
STEM Project Name: 走进果园
课程简介： 由老师带着幼稚园小朋友们化身果农，一起走进果园摘水果，除了亲近大自然，观察大自然的色彩，更是培养小朋友对各种水果的名字与特性有一个直观的认知，通过统计所采摘水果的种类、数量，计算每种水果的价格与其他水果加起来的总价格，学习一到十之间的四则运算。
课程用时： 一天 （九个小时）
Activity Requirements:
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小朋友们需要穿好户外衣服、鞋子；
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器材介绍及使用说明；
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介绍户外活动纪律要求。
Objectives:
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科学： 小朋友能够清楚地说出常见水果的名称及其特性；
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数学： 学会一到十之内的计数，解决情境问题的过程中学会计算单价；
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艺术： 对大自然的色彩有更只观的认知，培养其色彩感官能力；
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其他： 小朋友们能够与小组其他成员进行有效的沟通和合作，主动表达和分享其观点。
How to Prepare:
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第一阶段，老师向小朋友们介绍日常见的水果；
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第二阶段，介绍吃水果对人类身体的好处；
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参加活动前，需要确保参加的学生都已具备能从 1 数到 10 的能力；
How to Start:
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学生到果园后，开始课程活动；
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讨论及分享（如何讨论及如何分享）：引导小朋友们提问问题；
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分享话题：对于小朋友们来说，引导他们问 “这是什么” 比 “为什么这样” 更容易激发小朋友的兴趣，同时大人也容易解答小朋友的问题。
Asking Good Questions: Focus on “What”?
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这是哪里？
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我们今天做了什么？
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我们都摘了哪些水果？
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小朋友们今天还没完成的任务？
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我们在做任务的过程中有注意到旁边的同伴是如何做的吗？
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今天小朋友们都很乖没有爬树，如果我们有不乖的小朋友，大家猜猜会发生什么事吗？
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小朋友们都是如何计算得出这些水果价格的呢？
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如果今天给了其他商品，大家会算吗？
二、编程教程（针对小学学生）
STEM Project Name: 生态学金字塔生命科学
https://www.tynker.com/ide/?p=56202450af9231964e8b45a4
课程简介: 学生将使用编程工具来创建一个交互式的生态金字塔来，从而追踪动植物如何流经一个生态系统。
此项目会引导学生们通过创建一个生态金字塔的生态系统，学生们对每种每种植物、动物的特性进行研究，从而了解他们在生态系统中扮演的角色，并将这些信息添加到他们的项目中。
课程用时： 四十五分钟理论课程、四十五分钟实际操作
Activity Requirements: 装有 Tynker app 的手机或 iPad; 可以使用互联网的电脑
Objectives:
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科学： 学生能准确读出海洋生物和植物的名称，并且对海底世界有一定的认知；
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工程： 能利用互联网做更多有关该主题的研究 (research) 和搜集额外的信息 (information) 来完成自己的项目；
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技术： 了解编程是什么，能应用编程知识完成小游戏；
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其他： 锻炼学生们的逻辑思维能力。
How to Prepare:
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登录老师账号
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注册学生账号
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登录尝试
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更新软件
How to Start:
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软件的使用；
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讲解操作方法和实现逻辑；
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根据生态环境和生物特性讲解其实现逻辑；
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学生尝试操作；
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讨论分析为何操作步骤的逻辑；
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分享完成的项目。
三、自制植物酸碱指示剂（针对初中学生）
STEM Project Name: 自制植物酸碱指示剂
课程简介： 自然界中部分花、叶、茎、果实中含有植物色素，主要是花青素，花青素在不同的酸碱环境中，会呈现不同的颜色，我们可以利用植物的这种特性来制作酸碱指示剂。
就植物酸碱指示剂材料的筛选，植物色素提取液的稳定性、色素晶体的提取，色素临时提取液的变色情况测试，色素提取液测酸雨等方面进行研究，培养学生们科学研究的方法，激发学生们的学习兴趣。
Activity Requirements: 蒸馏水、滤纸、研钵、浓度 95% 酒精、玻璃棒、 烧杯、纱布、漏斗、量筒、小刀、胡萝卜
Project Time: 一个课时（45 分钟）
Objectives:
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科学： 通过实验，了解植物色素的工作原理；
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技术： 了解植物中的花青素可以作为酸碱指示剂检验物质的酸碱性；
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工程： 学会研究实验，学会数据处理；
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数学： 学习计算酸碱度，认识到对数是什么。
How to Prepare:
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讲解酸碱性的的原理
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讲解工具的实验注意实现
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讲解色素提取方法
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讲解记录收集结果
How to Start:
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从胡萝卜皮中提取酸碱指示剂：取一根胡萝卜把皮刮下来，将其放入研钵用力研成浆状，用量筒汲取 2 毫升浓度为 95% 的酒精倒入研钵，用玻璃棒搅拌酒精与胡萝卜，使之充分溶解，再量取 20 毫升蒸馏水注入研钵加以稀释，搅拌后倒入有 3 层纱布的漏斗中进行过滤，滤液流入烧杯或玻璃杯中，即可得到酸碱指示剂。
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汲取 10 毫升制作好的酸碱指示剂溶液放入瓷碗中，用滤纸浸泡 10 分钟，浸透后取出来干燥，直到指示剂容易全部被滤纸吸收，便可得到酸碱指示试纸。
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详细复述一遍实验的制作方法。
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分析讨论结果。
四、3D 打印（针对高中学生）
项目：https://www.thingiverse.com/thing:13638
STEM Project Name: 工业应用设计—— 3D 打印
课程简介： 3D 打印是现在非常火的应用技术和工业设计工具，3D 打印能实现从三维构图到实物展示，它是集科学、技术、工程、数学及艺术的一门课程，学生结合所学的这几门知识创造出实际项目，并且在学习情景中提升设计能力、合作能力、问题提出与解决等能力。
本课程将需要学生们认识 3D 打印机，学习 3D 打印的原理，并掌握使用方法，学习三维建模知识 ，激发学生对工程领域的热情，让 3D 打印作为辅助制造工具帮助学生完成自己的工业设计产品。
Activity Requirements: 3D 打印机、3D 打印材料、电脑安装好制图软件
Project Time: 八个课时（每课时 45 分钟）
Objectives:
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科学： 学习 3D 打印的技术原理和设计方法，学习计算机建模方法；
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技术： 掌握机械建模的流程，学习合理设计机械零部件；
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工程： 设计并使用 3D 打印机完成自己的作品；
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数学： 学习点-线-面-体的几何关系。
How to Prepare:
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展示 3D 打印在当今社会的广泛应用
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讲解 3D 打印的工作原理
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展示 3D 打印机器的使用
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3D 打印材料介绍
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制图软件的使用
How to Start:
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学习三维建模知识，激发学生学习兴趣
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收集学生创意，引导学生进行创作
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学生作品展示，并进行讨论
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挑选最佳最具创意作品进行讨论
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模板展示
项目：https://www.thingiverse.com/thing:13638
Assessment
每完成以上一个课程，我们都需要对学生所学知识进行考核，考核是整个学习系统中最重要的过程之一，保证学生已掌握相关技能与知识。
首先，我们需要对孩子进行评估和考核，就必须有一套行之有效的考核标准，这里说的考核标准并不是我们平时接触的期中期末考试，它需要一套详细的考核标准，它又是需要一整个篇幅作详细的介绍，我将在下篇文章中讲解如何对 STEM 课程进行考核。
STEM 教育主导的其实也就是加强技能发展，Science, Techonology, Engineering 和 Mathematics 都是依赖着相应技能才可以学习的，就在这四个部分中，数学就是其他学科的认知工具，是用来分析其他三个部分的工具。
对于 STEM 课程设计，发达国家已经就相关内容研究出了诸多经验，我们可以参考发达国家已有经验和优秀课程， “不要制造发明轮子”，要充分利用已有的经验和成果，避免不必要的投入和浪费。
参考文献：
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[1] 田莎 . 中美 STEM 课程案例分析研究 [D]. 2016
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[2] 世外中学化学组 . 家庭实验《自制植物酸碱指示剂》[J]. http://www.docin.com/p-494415683.html. 2012
-
[3] https://www.tynker.com/ide/?p=56202450af9231964e8b45a4
-
[4] TYNKER. Teacher Guide: STEM Project [OL]. https://www.tynker.com/hour-of-code/stem
-
[5] STEM Course Book. Spartanbury County School District 6. [OL] 2016-2017
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[6] Heidi. FREE Art Projects for the First Week of Pre-K or Kinder. [P] 2011-08-05
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