摘要：STEM 教育的开展具有重要的战略意义，其目的就是培养具有理工科背景的能解决真实问题的创新实践人才。只有在基于真实世界的真实问题情境，以工程设计为主导，开展项目学习，才可能实现从科学家向工程师的转变，促使创新能力和科学理解的提升。
作者简介
张建新：
山西省教育体制改革“综合实践活动课程区域实施常态化”唯一试点项目负责人；
山西省首届青少年科技创新教育杰出贡献奖获得者；
全国优秀科技辅导员；
教育部重点项目“学生自主能力培养研究”名师讲学团成员；
中科院“未来科学家培养计划”创新教育讲师；
中国教育学会“中青奥”创客教育专家讲师；
2017中国STEM教育协作联盟“中国最美科学教师”；
未来课程研究院首席专家。
出版专著：《唤醒教育思维》、《智慧金钥匙》
开发课程：《我是小创客》、《深圳今昔》
我们现在已经进入了一个飞速发展的信息时代，进入了互联网+，进入了人工智能时代。在这样一个时代背景下， STEM 教育受到世界各国的普遍关注和追捧。这场热潮也席卷了整个中国。“拿来主义”在一定程度上加快了我们进入STEM 的步伐。随之而来的产生了“没有掌握其精髓，走形式、抄范本十分普遍”和过度的商业炒作等系列问题。盲目追尚，良莠不齐现象令人堪忧。笔者认为，要推进 STEM教育，以下四个方面值得重视。
1.用战略的眼光看待 STEM 教育是关键
从国策层面强烈关注 STEM 的现象发端于美国，历经三十余年发展到现在，期间历任政府(布什、奥巴马、特朗普等)都对 STEM 教育非常重视。2006 年，美国总统布什发布《美国竞争力计划》，提出培养具有 STEM 素养的人才是全球竞争力的关键。2011 年美国总统奥巴马推出新版的《美国创新战略》，开展“创新教育运动”，加强 STEM教育，动员全国力量支持所有的美国学生发展高水平的 STEM 知识和技能。美国总统奥巴马对于 STEM 教育的呼吁，也让世界各国有识之士增强了 STEM 教育对于未来国家竞争力影响的认识，并在国策层面有所行动。
更值得关注的是，2017 年 12 月 18 日，美国白宫发布了特朗普任期内第一份《国家安全战略报告》，报告中强调支持为美国工人提供 21 世纪高薪制造业以及科学、技术、工程和数学（STEM）工作岗位的学徒和劳动力发展计划；培育一个健康的创新型经济，并与盟友和伙伴合作，改善 STEM 教育，吸引高级技术人才，投资早期研发；增加聘用和留住联邦 STEM 员工的激励措施，以保持美国对竞争对手的优势。特别是明确表示为了确保美国的知识产权不被转让给其他的竞争对手，将考虑对来自指定国家的外国 STEM 学生进行限制。
显而易见，STEM 教育对于国家储备创新人才，对于未来国家竞争力影响的重要性不言而喻。
正如教育部基础教育课程教材发展中心主任田慧生所说，加强中小学 STEM 教育恰逢其时，不可不为，不可慢为，必须以时不我待、只争朝夕的精神，脚踏实地，奋起直追，努力赶超，以确保我国在未来世界中的战略优势。了解更多行业资讯，请联系未来课程智库王老师，13828843642（微信同号）
2.在真实问题情境下实战是核心
“仗怎么打，兵就怎么练”。STEM 教育是基于现行教育与未来社会发展相匹配的需求，以解决未来世界性的问题为目的的。基于真实问题（真实情境）下的实战化参与是提高解决问题能力的重要途径和抓手。
“打捞沉船”就是一个很好的真实情境。央视播出的《国家记忆》之《探秘“南海 1 号”》中，“打捞沉船”给中国水下考古人员提出了前所未有的挑战。到底应该采取怎样的方式，才能安全地保护好这条经历了 800 多年的海底沉睡，船体时刻都有被损坏的价值无法估量的沉船呢？
考古专家们不断地讨论着各种方案，随之围绕“原地挖掘”和“整体打捞”两个设想的可行性展开多方论证。但是很快就发现，这个看似“完美”的既不破坏船体，还可以近距离观察保护沉船的“原地挖掘”方案，由于自然环境的原因，只能停留在纸面上。
实践出真知。恰恰是当时被视为“不切实际的想法”，最终促成了一个大胆的沉井打捞计划，在多个部门协同合作，经历上百次的模拟实验，终于把船体和淤泥加在一起，重量高达 4000 多吨的沉船“整体打捞”出水，从此揭开了它神秘的面纱，给世人生动地展示了海上丝绸之路的风采。
“纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行”。很多时候，“纸上谈兵”不足以去解决现实的复杂问题。STEM 教育的项目设计中，找准一个真实问题情境，学习过程围绕解决这一真实问题展开，才能是有意义的学习过程。若把“打捞沉船”、“人类宜居海底之城”、“建造遮阳装置”、“防洪堤坝”、“智能盲人拐杖”等这些真实的故事情境转化在STEM 教育中，紧紧围绕解决真实问题发生学习活动，便能真正做到学习过程灵活开放，方案设计丰富多样。只有在亲身参与问题解决中“摸爬滚打”，真实体验“成功与失败、希望与绝望、抉择与割舍”，才能不断修正完善自己的认知，形成经验的积累；才能充分激发学生的创造力和创新能力。
眼下有的 STEM 课程被沦为实验课、制作课；有的 STEM 课程热衷于提新口号，做样子、图形式、走过场。甚至只要是跟科技沾边就叫STEM。这种不负责的、没有真正关注学生的 STEM 课程的设计，必须从根本上去修正。
唯有围绕解决真实情境问题发生的实战化学习过程，才是学生应用科学、技术、工程和数学等多门学科知识，协作和探究式地解决现实问题的一个自然而然应用跨学科知识的过程。才能让学生在学习过程中与周围的世界和现实建立联系，提高创造性和发现问题的能力和实践性的能力，实现进阶性成长。了解更多行业资讯，请联系未来课程智库王老师，13828843642（微信同号）
3.创新方法解决真实问题是必然
在基于真实问题（情境）的基础上，实施 STEM 项目，一定会遇到新的问题甚至从未遇到过的问题，也必然需要更灵活的创造和革新方法去解决。
“造桥”是STEM 学习中最为典型的项目。因为环境不同，所处的地理位置不同，桥的设计包括施工可能都会不一样。作为世界级的超级工程，全长 55 公里的港珠澳大桥在实现了“世界总体跨度最长、钢结构桥体最长、海底沉管隧道最长，世界公路建设史上技术最复杂、施工难度最高、工程规模最庞大”相关记录的同时，把创新地解决真实问题表现得淋漓尽致。
为了同时满足航海与航空的通航需求，港珠澳大桥中间的 6.7 公里必须从数十米深、漆黑一片而暗流汹涌的深海里穿过。设计什么样的沉管？在什么地方预制？怎么运达？如何吊装？保证沉管隧道滴水不漏需要什么技术手段？
紧接着，在桥与隧道连接处需要建设“人工岛”，如果用传统的填海方式，投下的石块会沿淤泥滑出去到达不了预定位置，也会造成海洋污染。什么创新技术能够解决这世界级的难题？
还有，港珠澳大桥要求能抗 16 级台风、8 级地震，设计使用寿命长达 120 年。运用什么技术能延长桥的使用寿命？用什么办法提高桥的抗灾害能力？
意想不到的问题、从未遇到过的难题接踵而来，又一个个被不畏艰险、埋头苦干、充满智慧的中国工程师们攻克。仅仅在岛隧工程的设计建设中，形成的发明专利、新型实用专利达到 400多项。
“创新是被逼出来的。”港珠澳大桥岛隧工程项目副总经理刘晓东不无感慨地说。
只有身处互动仿真平台，虚拟实验室、真实情境中，问题往往是以突变的方式到来，才可能极大地激发攻克难题的斗志，自然产生头脑风暴和智慧碰撞的冲动。这就是 STEM 学习中要坚持“明确的目标，模糊的过程”，即解决某个确定的实际问题，解决方案和解决过程是多途径的，这正是鼓励学生努力探索、勇于创新的魅力之所在。
如果只是开展一些小制作，或是学生简单地跟随步进式引导建造一个产品，缺少了问题发现过程，缺少了工程设计过程，缺少了构建创新解决方案过程，不仅学生觉得了然无趣，更无从谈起理论创新和技术创新。了解更多行业资讯，请联系未来课程智库王老师，13828843642（微信同号）
4.建立科学概念和理解提升是支撑
科学是正确反映客观世界现象、物质内部结构和运动规律的系统理论知识，为技术和工程的发展奠定了理论基础。而技术与工程在改造世界的同时，进而促进科学深入研究和新的发现，技术和工程的进步反过来又会促进科学的进步。
STEM 项目重视跨学科的综合，强调以科学论文的方式研究 STEM，强调科学思维和科学表达。但回顾 2000 年以来我国小学科学课程的实施情况，学生在这方面是比较欠缺的，一些 STEM 展示活动真正体现出技术含量的也不多，这主要表现在学生只知其一不知其二，缺少科学的语言，缺乏严谨的科学态度和对科学概念与理解的表达。
小学科学内容“轮子”，若止步于让学生了解轮子的知识和用牙签、橡皮泥制作轮子，比比哪个跑得远，还不是真正意义上的 STEM。因为，科学在于认识世界、解释自然界的客观规律；技术和工程则是在尊重自然规律的基础上改造世界、实现对自然界的控制和利用、解决社会发展过程中遇到的难题；如果在制作轮子的基础上，能深入了解其科学原理，帮助“老弱病残”设计一款上楼梯的轮子（车），致力于引导学生从小小科学家向小小工程师的转变，便成了一个有价值的 STEM 项目。
在设计创作这款新颖的“轮子”过程中，必然会遇到意想不到的新问题，也必然会涉及已学或未学的知识，或产生与团队最初设计相左的新的科学方案，甚至在实际测试中因突发事件而放弃现有方案，从零开始。经历提出问题、作出假设、制定计划、收集证据、处理信息、得出结论、产品升级、表达交流和反思评价完整的阶段，再经历往复迭代后，当具有新颖性、实用性和科学性的产品诞生之时，我们将实证和初始的想法做出关联——无疑，学生会在头脑中建构属于自己的认知体系，大大提升对科学概念的理解，从而形成自己的一套经验甚至一项（专利）技术，影响和推动着新的科学理论的探索与发现。
总之，我们要着眼于国家战略，依托 STEM 教育理念，创建开放性平台，让学生走出教室、走出校门，以更贴合实际的方式去解决现实生活方方面面的问题，为促进学生全面而有个性地发展、满足社会飞速发展和应对错综复杂的新情况、新问题对多样化人才的需求奠定基础。了解更多行业资讯，请联系未来课程智库王老师，13828843642（微信同号）
参考文献：
[1] 祝智庭等人 STEM 教育的国策分析与实践模式 电化教育研究
2018-01-06
[2] 柏 毅 科学教师在当前 STEM 教育热潮中的责任 2017-12—07
发表于《基础教育课程》杂志 总第227 期 2018年 6 月（上）
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