“STEM+”背景下 新课程对装备的新需求

王雪华，上海市史坦默国际科学教育研究中心研究员

　　装备和课程是密不可分的，那么，谈装备就不能将装备孤立于课程之外，我们需要对课程本身有一个正确的理解和认识。2014年，上海市在市教委的指导下成立了STEM+研究中心，由此开始了STEM教育在中国上海本土化的研究和教育实践。在过去两年多时间里，有一百所实验学校参与到STEM教育的实证研究中，我们把这个项目作为上海市综合教育改革的试点项目，也是教科研长周期实证研究的基地项目。参与其中的学校全部是深入一线课堂，深入到教师和学生中间，目前已经贯穿了从从幼儿园到高中的不同学段。今天我也带来了在过去两年中，我们在教育实践中的一些案例及数据，并通过一些图表来说明在这一过程中，我们积累的经验、面临的困难以及遇到的问题。

　　一、“STEM+”提出的背景

　　首先我们要对STEM课程有一定的了解。STEM教育最早源于美国，而美国的STEM教育经历了三个阶段，第一个阶段是在奥巴马担任美国总统的时候，他把STEM当作战略教育，目标就是要保持美国的竞争力，需要非常多有科技创新的人才和有STEM素养的工人，所以他们需要在大学以及大学之前的教育中加强科学，只有科学才是未来国家发展的重要关系和挑战，因此美国最早提出STEM教育只是把它作为一种教育模式支持科学学习。2013年，美国找到了一种方法，将工程思维设计的学习引入到科学的学习当中，清楚定义了工程设计的八步骤以及怎样与科学进行融合。2016年5月1日，美国教育部再次把STEM教育从一种教育模式提升到学科的高度。这就需要我们的数学、科学、技术工程的相关老师，不是只做一次STEM活动、一个STEM研究，而是要提升到做到动态的、连续的学习高度。既然谈到学科的高度，作为一个系统的结构，那么它就需要连贯的学习和培养目标。培养目标不是以知识为载体的，而是以学生的能力为载体。

　　在这之后，韩国在“STEM”的基础上最早提出了“STEAM”，这个“A”比较狭义，指的是艺术。后来美国也把“A”吸纳进去，但是赋予了它更广泛的范畴。不仅仅指艺术，还包括人文、语言文化、社会学等十多门学科。上海在做STEM研究的时候，很早就提出了“+”，我们认为跟国外的孩子相比，我们的孩子需要解决不同任务，在引导孩子在进行动手实践和科学创新的时候，要让他们更多地感受到人文情怀与关爱，从而培养较高的人文素养。所以我们没有提出“A”，而是“+”。

　　二、STEM+新课程特征与装备的关系

　　两年前，基于以项目为基础的学习，我们提出了从学前到高中一系列的学习课程，并且做成学习包提供给各个学校，供学校进行借鉴和参考。STEM+课程有几个比较关键的特征：一是如何教会学生获取信息并与人合作进行科学探究;二是通过STEM+课程学生学会工程设计思维，发现问题并通过图纸来展现继而去解决;三是希望培养学生的非认知能力，让学生有坚毅的品质，在所有的项目中经得起失败。而实验研究装备对于学生进行项目研究也是十分有帮助的。STEM+课程还有一个重要特征就是工程化实验课程，学生在实践的过程中需要大量的模具，我们是否能在这一过程中给他们提供充分的装备，这也是我们作为装备部门需要去思考的。

　　从另一个层面和角度来说，STEM+课程还有其他的特征，比如在上海，在我们给所有老师和学生做活动时所拍摄的照片中，有这样一组照片(图1、图2)：学生要一个义肢，就需要对人体的各个肢体关节有所了解，认知生命科学。在这一过程中，学生就需要有一个这样科学学习的材料，我们不仅要让他们对身体各部位进行认知，还要让他们对解剖材料进行了解。再如，另外一个设计桥梁的项目，学生是需要进行数学演算的，对水的固态、液态、气态的变化做一个记录，只要给学生提供牙签、吸管之类的材料，学生就能很好地研究出来，这就是跨学科的特色。我们所有的课堂都是要解决真实问题的，比如前面所讲，学生要准备一个义肢，他必须要知道安装义肢的这个人有什么样的需求，因此能够支持他制作义肢的访谈和调研材料就显得非常重要。STEM+课程就是要让学生感兴趣并喜欢，感受到趣味性和愉快感。我们可以看到它帮助学生在课堂上理解科学，或者是爱上科学，继而愿意学习更多的科学知识。在课堂上，我们设计大量的低结构的活动，例如做脊椎的模型。在这种类似游戏的活动当中，孩子已经不知不觉完成了对知识的学习，进一步加深对知识的扩展。

　　与此同时，STEM+课程还具有一定的设计性，众所周知，所有工程师做项目的时候都是需要图纸的。对于二三年级的学生，我们就开始尝试让他们绘制图纸，刚开始大家一致认为这是不可能的。但是经过尝试之后发现，学生是可以做到的，学生的学习能力往往超过我们的预期。所有实践过程都是以学生为中心，老师是跟着学生走的，在我们提供给学生的研究材料里，可能存在事先没有预测的部分，但在学生的研究实践当中会一点一点延伸出来，我们只需要跟着学生跑。包括在这个项目当中，学生还有很多人文性的设计活动，比如海报、艺术或者需要用一张纸讲明研究的信息图。我们通过这些项目让大家看到STEM+课程是怎样的一个研究过程，因为课程发生了变化，所以在装备上我们要有能够跟着学生走的一种变化趋势，从而满足教学需求。

　　三、STEM+新课程群体新趋势与装备的关系

　　影响装备需求的另一个因素是与STEM+课程相关的学习群体发生了变化。其中老师的变化可以用一个“跨”字来表示。第一是跨学科。因为我们本来就没有STEM+这门学科，也不会有一个STEM的全科老师，在这个过程当中就形成了多学科老师。在小学和中学的STEM教室里各个学科的老师都有，语文、数学、信息技术、科学这类老师最多。其中，语文老师在项目中其实很有趣，他们会觉得这是一个理工科学科，语文老师进来似乎起不到任何作用，但事实上，语文老师在里面的作用非常重要。因为整个科学涉及到大量的信息因素，科学类的文章也是非常难懂、难以理解的，而语文老师却能从核心的信息中快速找到需要的信息，而且能够提炼出来，甚至能通过很好的肢体语言表现出来，因此我们更要支持跨学科老师进行教学。第二是跨学段。第三是跨校。在上海做STEM的老师都分布在不同的学校里，学校之间如何进行教育也是我们需要思考的问题。因此在教研活动当中，包括我们的微信平台、线上平台，老师能够通过微信等线上平台或是线下进行跨学科、跨年段或学段的教研都是很重要的。

　　第二个发生变化的群体是学生，STEM教育关注更多的是对学生的学习能力和素养的培养，关注学生这些能力是否能支撑以后步入工作岗位和满足一个职业的需求，所以过程是非常重要的。所以，整个学生的评价体系也发生了很大的变化，我们关注的不再是学生对学科知识的掌握程度或者是考试成绩的好坏，而是更多地关注学生在STEM+课程上的学习能力和创新素养，学生分析解读数据的能力，使用数学和计算思维的能力，或者进行分享的能力、进行学术论证的能力，以及包括与人交流合作、研究信息数据的顺畅性，创造性和信息思维方面的表现。当学生在完成任务的过程中，我们就开始采集他的能力比，形成这样一个平台。学生在学习过程中，可以通过一段录音或者一个小视频把他的学习和作品成果上传到平台，老师就可以在他演示的过程当中及时给出评价。

　　四、以课程为核心的装备原则的思考

　　以课程为核心，我们应该给师生提供哪些装备呢?其实在做STEM+研究之前，我是做创新实验室的，从2007年开始我就参与了上海创新实验室项目，和五十多所学校共同创建了五十多个创新实验室，在这一过程中有成功也有失败。所以今天我在这里给出一些创新实验室的案例，通过这些案例希望能引发老师们的思考。

　　比如说我右手边(如图3)有一个创新实验室，有诸多的教学设备，对于教师来说，四十分钟的一堂课，他有时间、有能力全部都操作一遍吗?是助力还是负担呢?这些设备的投入是非常大的，但是对老师的教学又起到多大的帮助呢?再比如我左边也是一个创新实验室(如图4)，里面就只有一个材料台，但是有很多可供选择的装备，这样就很吻合STEM+课程的需要，学生可以根据自己的需要在教室里随意动起来。现在很多学校都3D打印机，在STEM+课程中，我们认为3D打印机其实还是很有帮助的。右边(图5)的是3D扫描仪，非常昂贵的设备，因此，在实验中我就提出是否可以建立一个实验统筹资源，建立一种共通、共享的机制。如果每一个学校都要投入资金配备这样的3D扫描仪，在经费上是否能够得到足够的支持。

　　有这样一个案例，大家都知道STEM+课程是吻合式的学习，需要学生上网查资料，经过小组讨论整合资源进行动手操作，并且要在四十分钟内合理利用，呈现多元模式的课堂。其实我们学校里电脑房、实验室等都有，但是一般来说都是散落在各个楼层，老师根本没有这个时间带领学生挨个教室去跑，效率也非常低下。所以我们这位老师就自己做了一定的改造，实行整合。能够支持学生在四十分钟课堂内进行多种模式的学习，把电脑搬进来，把水搬进来，把研究的台子搬进来。在我左边的这个图(图6)是一把转椅，我在2011年的时候将这把转椅从美国引进来，后来在实验过程中做了改良，加了一个插槽，把平板电脑放在插槽里，学生的手就可以解放出来，另外又加了一个杯托，供学生在实验过程中饮水，随时供给水分，满足学生脑神经的需求，并达到了加强思维的效果。

　　以上这些就是我们做的一些案例分享，也希望以后能有更多机会和大家多多交流。

　　除此之外，我们也做了一些关于STEM+环境的调研，对36所实验学校、179名教师和1954名学生进行了研究，通过不记名调查发现，对于教师和学生们而言投影、可移动的桌椅和电子白板使他们最需要的。而在教学平台上，我们也发现微信、QQ群或者是有教学内容的平台排在需求的前列。在材料的使用中，我们发现低结构的材料很受学生的欢迎，比如卡纸、绘图纸、牙签、橡皮泥等等，都是非常低结构的材料，方便学生在短时间内能够高效率地使用，从而也让老师没有后顾之忧。

　　基于以上所提到的，包含课程的特征、教师和学生的变化以及我们对现有的实验室的研究，我们尝试提出了STEM+课程装备的原则：第一是够用和实用;第二是让课堂的执行变得简便;第三是轻松愉快的学习课程。所有的装备都不能成为学生的负担，要像游戏一样学习，操作简单，能够满足学生探索的全部需要，因此我们提出了在未来装备上一些新需求的思考和原则。

　　2012年，我做了一些创新实验室，有未来教室，还有根据学校特色打造的项目研究室、科学实验室、图书馆和人文实验室，包括后来的STEM工作室。我们做了很多的案例，在未来的学习空间里，老师和学生或许还有一些原则性的需求，第一是我们发现在学校里能够支持师生合作还有多种整合的空间太少，需要我们多打通一些教室，在同一空间内实现不同的功能，供师生使用;第二是目前能够提供给学生动手的空间还不是很多，例如可以进行幕后切割、3D打印等技术操作的空间不够;第三是给学生用来社交的空间不够，学生需要进行相互之间的交流和学习，比如在走廊、操场、大厅都可以打造这样的空间。所以在未来，我们会着重打造以上三个空间。也欢迎大家到上海、到学校来多多交流，共同探讨关于STEM空间的建设。