人大附中STEM教育：让学生面对更真实的未来世界

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人大附中STEM教育：让学生面对更真实的未来世界

原创：李作林等中小学数字化教学 2019-11-23

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今天，数老师跟大家分享《STEM 教育：让学生面对更真实的未来世界 ——人大附中 STEM 课程的实施与思考》。文中以具体案例讲述了人大附中 STEM 三级课程的实施思路和特点，一起来看看他们是怎么做的吧。

预告：明天数老师将分享人大附中人工智能课程的更多内容，内含课堂视频，敬请关注哦。

STEM教育：让学生面对更真实的未来世界

——人大附中STEM课程的实施与思考

作者简介

李作林 中国人民大学附属中学通用技术教研组组长，北京市特级教师，全国教育科研先进个人，全国十佳科技辅导员，教育部通用技术课程标准解读专家组成员，教育部基础教育课程教材研究中心K–12技术与工程教育联盟兼职研究员。主编并参与教材编写十余册，教学研究成果先后获北京市基础教育教学成果一等奖、2018国家基础教育成果一等奖等。

其他两位作者分别为：

恽竹恬 中国人民大学附属中学通用技术教师，博士。

高茹 中国人民大学附属中学通用技术教师，高级教师。

目前，全球各国正在进行新一轮的技术革新和产业升级。在新的产业升级进程中，具有竞争力的人才资源是在这一轮竞争中胜出的关键。STEM教育的目标是整合科学、技术、工程、数学等学科的课程学习，以应对学科割裂所造成的无法创造性解决真实且复杂的科学技术问题的困境。因此，它成为各国培养创新型的科学家、高素质的工程师和具有创造力的员工的重要途径。

人大附中STEM课程开发与实践案例

中国人民大学附属中学（以下简称人大附中）课程建设注重“聚焦育人目标+学生发展需求”双轮驱动。翟小宁校长提出，人大附中培养的学生一定是具有面向未来的技能、能够与时俱进的，要培养具有社会责任感和大爱精神、德才兼备的未来公民，培养具有世界眼光的中国脊梁，培养人文和科技相交融的跨界创新型的全球化人才。在这样的教育环境和教学理念下，学校STEM课程基于已有课程建设的丰厚基础，做出了积极的探索，并形成新的亮点。

一

课题设计

2016年，学校成立STEM课程中心，负责学校的STEM课程开发、成果转化、综合评价等相关工作。STEM课程中心成立后，宣传、鼓励教师开展STEM课程研究，积极学习、借鉴国内外关于STEM教育的方法和经验，在STEM相关课程与活动的开发设计上做了很多有益探索。同年7月，学校申报的课题“基于STEM理念的中学项目式教学研究”获得“十三五”全国教育科学规划2016教育部重点课题立项。

2017年，新课标发布后，各学科深入解读普通高中课程标准，理解学科核心素养，研究如何通过STEM 教育的方式实现与达成。同年暑假，学校与美国霍普金斯大学开展合作，组织全校60多位教师进行STEM课程培训；与北京教育科学院、澳大利亚悉尼大学合作，进行“项目式学习评价研究”课题研究工作，探索STEM教育的课程评价。

2018年4月，人大附中与钱学森空间技术实验室建立STEM联合实践基地，开展航空航天方面项目研究及STEM课程开发。与此同时，学校承担了国家哲学社会科学基金教育学重点课题“人才培养模式的国际经验及改革研究”的子课题“STEM+人工智能与建模仿真创新教育”并开展研究。课题的研究让学校始终关注STEM教育领域的前沿进展，并深刻思考、探索理论与实践相结合的新模式与新思路。

二

实践探究

人大附中在开展STEM教育教学研究的过程中发现，STEM的相关理念对学校教师来讲并不陌生，很多学科、课程在多年前就进行了基于问题解决的项目式学习。如学校通用技术课程、发明创造选修课、机器人与智能控制、虚拟现实技术等相关课程都建立在多学科融合基础上，并聚焦实际问题，在问题解决的过程中提高学生的创新能力。在这些课程积淀的基础上，学校面向不同学生群体形成了基础类课程、拓展类课程、提高类课程的三级课程体系。下面，通过具体的案例分析人大附中STEM课程实施的特点。

1. 基础类：构建基于项目学习的多样化课堂

人大附中向来重视学生的动手能力和实践精神，因此也很重视劳动技术、通用技术课程建设。近年来，学校通用技术教研组积极构建面向未来的、基于学生学习兴趣和需求的课程体系，并紧紧围绕学科核心素养，开设“技术与设计”必修课程，“3D打印与技术创新”“机器人与自动化”“智能手机与云计算”“虚拟现实与增强现实技术”“无人机科学与工程”“数字化设计与制造”等选修模块，构建了基于STEM的通用技术课程群。课程以工程技术为主要载体，注重多学科融合，提高学生解决实际问题的能力。

【案例1】中医校园行——科技创新实践活动

为了弘扬中华传统文化，响应“中医文化进校园、进课堂、进教材”的号召，2016年高一通用技术备课组开展了这项主题项目实践活动。教师构建中医文化的大情境，让学生在生活中发现真实需求，提出研究问题，并经过调查研究、讨论，形成自己的研究方案。

学生首先基于用户的真实需求，以按摩器等中医类产品开发为目标，经历文献检索、市场调研，学习机械原理、控制原理、机械制图、材料工艺等学科知识并进行产品设计，最终制作成功一个与中医文化相关的技术产品。

学生在学习过程中不断发现问题、解决问题，提高了创新设计能力。如学生设计制作的作品“便携式人体经络检测仪”获得日内瓦国际发明展银奖；学生开发的“家庭中医小助手”APP服务于社区居民。

回顾整个教学活动过程，教师和学生站在同一起跑线，面对同样的问题，一起研究，一起找资料，一起制订方案，并且还要亲自“下水”，制作相关教具，激发学生的创造性思维。整个过程来看，学生的学习情境真实而具体；学习内容综合而开放；学习途径多样而协同；学习方式自主又合作；学习收获多元而个性化；学习评价连续而多角度。

STEM教育理念下的课程大大改变了教师的教学方式和学生的学习方式。人大附中多门必修课程也开展了基于STEM理念的教学研究，如物理课程“火星旅游计划”“生活中的传感器”、生物课程“自制红酒”“自制泡菜”等，都基于真实的问题情境，让学生经历探究性学习。

2. 拓展类：为学生提供面对真实世界的平台

人大附中的选修课程琳琅满目，仅科技实践类课程就60余门。这些课程是基于学生的学习需求，教师自发申请，由学校教务部门审核通过的。多数课程趣味性强，富于变化，并且教师会根据学生的学习需求，灵活安排教学内容与教学形式。因此，选修课程是尊重学生个性需求、凸显学校办学特色的重要阵地，同时也是国家课程的有益补充。选修课上最容易出现综合性的项目研究，像“无线桥牌计分系统”“大尺寸3D打印技术”等都来自于选修课程。

【案例2】无线桥牌计分系统

2014年初，几个初中的学生在“桥牌”选修课学习中遇到了一个真实的问题——桥牌比赛时无法自动计分。尤其是在多组比赛时，手工计分不仅费时，还容易出现误差。针对这一真实需求，学生提出设计一个无线桥牌计分系统的想法。这一创意得到教师的支持。于是，学生在“桥牌”课上研究起了工程技术，最终他们通过对无线通信、电子控制、机械加工、工程设计、算法实现、数学等诸多学科知识的学习和运用，研发成功无线桥牌计分系统。这个项目后来参加第44届日内瓦国际发明展，并获得特等奖。

这个项目综合运用了多学科知识，并在实际应用中产生了价值。学生的学习热情被充分点燃，他们在问题解决中培养了创新精神和实践能力，同时感受到创新带来的乐趣。这种收获对他们成长来讲，是最重要的。

3. 提高类：真正实现多学科融合

2017年9月，学校进行了跨学科课程开设的实践。多门学科的教师基于STEM理念共同开发一门课，并集体备课、授课。以下两个课程较有代表性。

课程1：智能水生生态系统设计。在本课程中，学生利用物理、化学、生物、信息技术、通用技术、经济学的知识，设计并构建一套兼具艺术性与特定功能（观赏、水产、科学研究等）的智能水生生态系统。通过该系统的构建，学生学习运用Arduino技术构建自动控制系统，利用传感器检测水生态系统的各种指标，最终将该系统推广应用于生产及科研等领域。

课程2：药用植物栽培的智能温室设计与搭建。药用植物大多具有很高的药用价值和观赏价值，但其对生存环境也有较高要求。如何设计一个智能温室？本课程中学生学习了控制系统、基本电路、药用植物、土壤温湿度测量方法、数学软件等知识，并能够发现与解决实际问题。课程领域涉及生物、物理、数学、工程技术等。

进一步推进STEM课程的设想

在STEM教育实践中我们认识到，课程的关键是创造性解决生活中的真实问题。所以，问题的巧妙选择、情境的精心设计、研究资源的拓展、不同学科间的融合是课程开发成功的关键。STEM教育中，教师应根据学生特征，开展不同学科、不同课程之间的融合，并注重通过项目活动带动课程的整合，培养学生的科学素养。

学校STEM课程开发过程并不会一帆风顺，目前仍存在诸多问题需要研究与解决。如跨学科整合时，教师合作交流的空间与平台搭建、STEM教学的评价体系不成熟、理想的学习效果与学生学习时间之间的矛盾、与科研院所以及高新科技企业之间的合作协调、项目开发不够深入……针对这些现状，我们认为若想进一步推进STEM课程，需要在以下方面做出努力。

第一，学校应配备STEM专业负责教师，作为课程专家、课程审核人、社区资源联络员等。负责教师应精通职业规划、基于问题的学习、课程整合等相关知识，熟悉教育、科学、技术、工程、艺术与数学等学科间的联系。

第二，深入研究STEM课程开发，针对不同学龄、性别、职业取向的学生开设高质量STEM课程；提炼STEM课程的魅力与实际教学效果，追求课堂教学的本质所在。

第三，开展STEM教育专项课题研究，于细微处下功夫，才能更聚焦、更科学、更客观。如STEM教学评价研究、STEM教学与中国学生发展核心素养的对接研究等。

第四，搭建学校与高新企业、科研院所的合作平台，共同培育适应未来发展的创造性人才。

第五，实现信息技术、人工智能技术与STEM教育的高度融合，采用翻转课堂、课堂观察等教学手段，全面提高教学质量。

STEM教育的光彩在于，永远关注激发学生的好奇心与想象力，关注学生提出的问题，关注学生在解决问题中创造性思维、工程思维、计算思维、批判性思维等的培养。总之，STEM教育让学生更真实地面对未来生活，是为未来培养高素质创新人才的重要途径。

注：本文系北京教育网络和信息中心课题“基于青少年工程思维培养的跨学科课程设计”（课题立项号:BENIC2017080118）的研究成果。