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STEM 教育专题

习成果。这一取向的 STEM 教育在本质上等同于创 进行表征 [3] 。以 STEM 教育的理念指导科学探究
客教育，二者都以培养学生的实践创新能力为目标， 活动的设计和实施不仅适切，且极有必要，这是因
以项目教学法为主要教学方法，强调可视化成果的 为：从教育内容的角度看，STEM 教育关注对科
生成。可以说，作为一种基于真实情境的、以技术 学知识的解释、科学探究的实践及与工程设计的结
性资源（如开源软硬件）为平台的造物活动，创客 合，其目标是整合各领域知识解决真实世界中的实
教育具有先天的学科整合优势，是开展 STEM 教 际问题；从教育方式的角度看，STEM 教育强调工
育的重要途径。 程与技术素养需通过“做中学”来实现。因此，将
值得注意的是，囿于不成熟、不完善的专业知 STEM 教育作为科学探究的平台，开展科学探究活
识，中小学生很难形成颠覆性或原发性的物化成果。 动，将成为 STEM 教育的一个重要发展方向。同时，
因此，对于作品开发取向的 STEM 教育而言，将 科学探究取向的 STEM 教育具有更为重要的教育价
学生实践创新能力的培养定位在微创新更具现实意 值。研究表明，STEM 教育能够提高学生的创造力、
义，即学生在了解原有产品、规则或服务的基础上， 批判性思维能力、问题解决能力、做出决策的能力、
对原有产品做一些有意义的改变或调整，但并没有 沟通交流能力、团队合作能力和自信心 [4][5][6] ，而这
从根本上改变原有的设计。在 STEM 教育的实践 些能力是进行科学探究活动的重要组成部分。
当中，微创新可以表现出不同的水平层级。首先， 科学探究取向的 STEM 教育具有培养学生掌
微创新的起点应当从学会“复制”开始，即学生能 握跨学科知识和科学探究能力的双重功能，对丰富
够使用新的工具、方法、材料模拟或再现生产生活 和扩展 STEM 教育的价值以及进一步推动 STEM
中既有科技产品的功能或工作过程；到了微创新的 教育的发展均有重要意义。当前，科学探究取向的
下一个阶段，学生能够对已有产品进行要素或参数 STEM 教育在国内的实践中尚处于起步阶段，属于
上的微调，开始创新思维的引领和新创意的萌芽； STEM 教育的前沿发展方向之一，积极尝试科学探
在微创新的最后一个阶段，学生需要具备一定的跨 究取向的 STEM 教育，将成为 STEM 教师专业发
学科整合能力，能够对原有产品、规则或服务做一 展的一个重要方面。
些结构上的再设计 [2] 。然而，当前的 STEM 教育
大多侧重模拟或模仿，导致学生作品雷同、缺乏个 二、STEM 教育的四种方法
性和创造性。STEM 教育要走向更高水平的微创新， 从实践层面看，由于两种不同取向的 STEM
一方面，教师需要准确评估学生作品的微创新水平； 教育在目标定位上存在较大差异，采用“一刀切”
另一方面，教师需要根据微创新的不同水平对学生 的方式开展 STEM 教育很难取得理想的效果。鉴
进行有针对性的引导。 于此，根据 STEM 教育的不同取向设计具有针对
( 二 ) 科学探究取向的 STEM 教育 性的实施方法就显得尤为必要。为此，本文首先
从知识内容的分类看，STEM 教育作为一种 将 STEM 教育的实施方法按照正向教学模式与逆
工程教育本身就是多学科综合交叉的产物，学生在 向教学模式这一维度进行分类。对于正向教学模
接受教育的过程中自然可以获得多个门类的科学知 式而言，两种最具代表性的方法是正向项目教学和
识，促进其科学探究能力的提升。由此可见，这一 科学探究，这两种方法强调学生从零（问题或需
分类下的 STEM 教育相当于一种科学探究的载体 求）出发，在解决跨学科问题的过程中体验 STEM
或平台，强调科学探究取向，以获得多元知识（如 教育。在逆向教学模式中，两种最典型的方法是
调查报告、解决方案等）为目标，以探究式学习为 逆 向 工 程（reverse engineering） 教 学 和 纠 错
主要学习方式，并在科学探究的过程中深化学习。 （troubleshooting）教学。逆向教学模式强调学
科学探究取向的 STEM 教育最重要的活动在 生从使用或测试（已有作品或半成品）开始，倒推
于建构科学模型，以解释和预测自然现象。科学建 产品的设计方法，然后重新设计或复原一件作品。
模是指针对自然现象抽象出其主要特征，依据科学 除此之外，我们还可以根据作品开发取向与科学探
直觉建构其关系、结构等概念模型，并用科学语言 究取向这一维度对 STEM 教育的实施方法做进一

中小学数字化教学 2018 年第 9 期 9