STEM课堂教学，科学是主体，工程是关键
撰文丨刘恩山
北京师范大学生命科学学院教授、博士生导师，高中生物学课程标准（2003版，2017版）研制项目的负责人，小学科学课程标准（2017版）修订项目组副组长。
STEM是科学（Science）、技术（Technology）、工程（Engineering）和数学（Mathematics）的缩写，也是我们日常生活的组成部分。科学在我们的生活中无处不在，技术正迅速扩展到日常生活的方方面面，工程涉及高铁和桥梁等产品的基本设计和制造，数学也每每出现在各项工作和活动中。对于今天的人来说，如果手机一天不能工作，这天的工作和生活将难以想象！人们对以手机为代表的科技产品的使用具有伴随性，这反映了人们对无处不在的人工产品和人工世界的高度依赖。而这个人工世界正是由科学、技术、工程和数学所支撑的，它是制造业、食品生产、医疗保健等诸多行业的基础，是人民福祉的重要保障。
美国商务部经济和统计管理局的报告指出，从2008年到2018年，STEM类工作预计增长17.0%，而非STEM类工作仅增长9.8%。但自2008年至2015年，STEM类工作实际增长了14.0%，而非STEM类工作仅增长了1.7%。在不少国家，从事STEM类工作的人薪水比从事非STEM类工作的人多将近一倍。STEM不仅关乎个人，更对一个地区和国家经济的持续增长和稳定起着关键作用，是一个国家赢得未来、在全球范围内参与竞争有望胜出的关键。也许正是由于这些原因，从一些国家政要、知名企业、学术团体到普通的家庭、学校、教师都对STEM教育给予了高度的重视，很多国家都加大力度推进STEM教育改革。STEM成为教育领域热度极高的关键词，也成为科学教育发展的强劲趋势。
在21世纪，科学技术比以往任何时候都更加重要。随着全球化的发展，人们对知识经济愈加注重。创新带来了支撑经济发展的新产品和新流程，而创新依赖于STEM领域坚实的知识基础和为数众多的科技人员。这就意味着在未来的大多数工作中，都需要有对STEM有所了解的青年。这就是STEM教育对中小学生如此重要的原因之一。
我们可以把STEM看作是科学教育的重要教学策略。STEM虽然由四个要素组成，但理科教师在课堂教学中应该重点把握两个要素——科学和工程。其中科学是STEM的主体，工程是STEM的关键。科学教学的重点是主动探究和科学概念的构建。一方面要让学生主动探究以习得科学工作技能和解决科学问题（questions）的方法，另一方面要让学生获得科学的概念和原理；两者同样重要，缺一不可，即便在STEM的教学中，这两个重点也是相辅相成、不可动摇的。工程教学的重点是让学生在掌握了学科概念与原理的基础上进行实际应用和创新实践。面对联系现实生活的工程难题（problems），学生选择、使用科学概念原理来解决难题，在经历挫折、挣扎或坎坷走向成功的过程中体验成功的艰难和乐趣，同时加深对科学概念原理的理解和掌握。这样的学习可以超越纸笔练习取得难以置信的学习效果！在解决难题的过程中，工程的思路和范式可以让学生的创意、设计、动手、制作等能力得到充分的练习和提升。把握了科学和工程这两个要素，STEM 教学就可以帮助孩子们更好地掌握科学概念，更有创造力，更加迅速地投身到现实生活中，成为更好的问题解决者。在整个STEM教学过程中，孩子们不是简单地学会记忆和背诵，获得一个满意的分数。STEM教学让学生在STEM学习和探索中有机会解决真实问题，也能够激发学生对STEM领域未来学习方向和职业前景的热情。
STEM是一种有趣的教育。STEM的课堂活动为学生提供动手实践和深入理解科学概念的机会，以真实的情境融入教学中，使科学、技术、工程和数学既有趣又有味。STEM学习要求学生用自己的双手做事，以发展他们特定的知识或特定的技能，这实际上是“体验式学习”。对一些学生来说，STEM课程是有挑战性的。这将激发学生的思维，培养他们的好奇心，提高他们对知识的渴望。这既是科学学习，也是经历和体验创造。这样，STEM教育就能以其特有的途径提高学生的科学素养，培养下一代的创新者。
近年来，STEM的浪潮席卷了我国从南到北的多所学校，很多学校和教师都行动起来，参与了不同程度的STEM教学实践，这是一个了不起的教学改革！对于我国的许多科学教师来说，STEM教育的方向足够清晰，教师们都认同这一理念，但是在课堂操作层面却存在着千差万别的做法。教师也有许多困惑：到底什么是STEM教学？究竟怎样做才能把握STEM教学的精髓？如何设计STEM的课堂教学？如何将STEM融入现有的科学教学？……教师所需要的，不仅是在理论上对STEM的解释，更是在实践层面的课例和说明。
《STEM课程如何设计：从StEMT理念到课例》这本书刚好可以满足一线教师在开展STEM教学时的需求。本书的作者是教学实践经验丰富的教育工作者。书中清晰地界定了STEM的内涵，回应了将多学科整合的挑战；作者团队创建了StEMT教学设计的方法，并结合科学教育中广泛使用的5E教学模式，设计了14个课例，这些课例覆盖3—8年级，涉及地球与空间科学、生命科学和物质科学领域，且均经过教学实践的检验，为一线教师设计STEM课程提供了扎实的样板，为教师了解和把握STEM教学提供了起步阶段的有效指引。
本文节选自刘恩山教授为译作《STEM课程如何设计：从StEMT理念到课例》撰写的译者序。有删节。
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