成立仅5年的北京中学，STEM教育经验缘何如此老到 | 创新课程
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在国内，STEM教育已成为教育界一个颇受关注的名词，很多学校都积极投入到STEM教育的探索中。北京中学的STEM教育从分科走向综合，从课堂走向生活，从STEM走向STEM+。今天，数老师就与您分享北京中学“STEM+”的教育经验。
STEM+教育的探索与思考
——以北京中学的STEM教育实践为例
文 | 任炜东 岳蕾 刘乃忠
中学科学课程为学生形成科学的世界观、正确的价值观，成为有责任感的未来社会公民奠定基础。但是，以往的中学科学教育往往过于重视理论学习，与实践联系不够紧密，学生无法将学到的理论综合应用于现实生活，更难激发出科学探索的热情和愿望。在墨守成规的教学方式下，科学探究的方法被当作知识传授，学生缺少实践平台去自主发现问题、尝试解决问题，造成他们自主参与科学探究的意愿不强，对教师有很强的依赖性，创新思维与实践能力的培养不成体系。
近年来，国际上科学课程改革更加强调跨学科整合、学习与现实问题情境相结合，以及整体提升学习者的实践创新能力。其中，STEM教育颇具代表性。STEM教育是在跨学科的基础上，培养学生解决问题、自主创新、深度学习和适应未来的能力。在国内，STEM教育已成为教育界一个颇受关注的名词，很多学校都积极投入到STEM教育的探索中。北京中学也在积极尝试创客教育、项目学习、STEM课程开发，力图为学生提供丰富的综合课程，以项目为载体，打破学科知识边界，探索创新人才培养的有效途径。
一、STEM课程的规划与设计
北京中学自2015年开始确定了“基于STEM理念的中小学生核心素养培养研究”项目，以提升学生核心素养和未来竞争力为导向，形成STEM课程的评价体系，建设一支能够自主开展STEM课程的教师队伍。为此，学校从以下四个方面展开研究：一是基于基础学科教学内容开发STEM课程，探索STEM进阶课程；二是培养教师团队，研究STEM教师培训体系，形成课程研发与实施工作机制；三是开展课程效果研讨，通过观课、议课，评价学习过程和学习成果，关注学生的实际获得；四是在研发课程、构建培训资源和评价机制的基础上，探索校际合作模式，辐射其他学校。
目前，学校的STEM课程主要以课内和课外两种形式开展（见表1）。课内，七至八年级开设每周两课时的STEM必修课程；基础学科课堂上，教师尝试运用STEM教育理念开展教学创新活动。课外，学校每学期设置一周的阅历课程，学生既可自拟课题开展探究活动，也可开展志愿者服务活动，参与活动的组织管理；寒暑假学校设置行知课程，提供各类科考活动，让学生深入参与科学探究活动。同时，学校还提供各类竞赛平台，鼓励学生展示自己的创新成果，一批学生通过各类竞赛活动崭露头角。
表1 北京中学STEM+课程探索
二、STEM课程的实践与创新
（一）STEM课程与实践
学校与美国北伊利诺伊大学（NIU）合作，在七至八年级开设STEM必修课程。该课程主要以项目为载体，经历定义问题、头脑风暴、制作原型、产品测试和改良、分享和交流五个环节。课程的实施帮助学生从科学探究走向科学实践，逐步内化基本流程，获取程序化知识，实现认知提升。课程实施形成了三个级别的课程进阶。
一是基础模块。课程初期，选择成熟的探究活动，学生在教师的引导下逐渐探索，在实践过程中内化科学方法。对学生的评估包括：呈现项目设计图，说出与原设计相比有哪些变化，明确得出探究结论。
二是进阶模块。教师提供半开放问题和明确的评价方案，学生则通过文献检索、自主建构、团队合作、设计方案、搭建原型、测试调整完成任务。这样一来，学生在掌握方法的基础上，拥有更大的自主权和创作空间。
三是成长模块。该阶段完全开放，要求学生自己发现问题、明确问题、设计原型、进行测试和改良，最后形成产品并进行展示交流。学校组织全体师生参与评价，要求学生现场介绍项目成果并回答师生的提问，争取获得大家认可。
（二）构建课程评价体系
STEM课程强调学生解决实际问题的能力，强调项目式学习的教学方式。经过精心设计，STEM课程中每个项目都包含科学、技术、工程和数学学科知识的综合运用及探索。为了更好地评估学生的学习效果，教师团队通过反复研讨与思考，初步构建了一个评价体系（见表2）。
表2 STEM课程学生学习评价标准
（三）教师团队的自主创新
两年一度的“新的长城”项目，弘扬爱国主义精神和创新开放的时代精神，鼓励各学科教师积极参与。作为全校项目学习的主题，学校首先组织多学科教师剖析主题、分析内容，组织教师集中讨论和课程开发。教师通过集中讨论、外出调研、集中学习、随堂跟课指导、反思与提升等多种形式，学习项目的设计和推进过程，研讨如何培养学生的创新思维，整合校内外资源，实现资源的有效利用。
比如，英语教师结合本学科的学习要点（积累词汇、提高阅读能力和语言的运用能力等），以游戏的方式，引导学生用英语传播中国的传统文化。教师提供话题——“紫荆关”的相关游戏开发，学生自主地寻找资料阅读并进行英文写作，教师的角色从学生学习的领导者转变为引导者和参与者。
项目学习的实践，激发了一批教师的研究热情，“PBL项目式学习”课题实践活动促进了跨学科的融合。比如，技术学科组的教师将劳动技术、通用技术、信息技术、数学、物理、美术等学科内容相互融合，开展了“遥控小船的设计与制作”项目。这个项目用上了物理中的“浮力”“电路”的相关知识，数学中的“测量”“体积的计算”和“抛物线”等相关知识，劳动技术中的“直线锯割”“曲线锯割”“连接方式”等知识，通用技术中的“设计的一般过程”“方案的设计”“产品的评价”等知识，还用上了信息技术中的“程序编写”，美术中的“草图绘制”“外观修饰”等知识。
在项目实践过程中，教师不仅是知识与技能的传授者，也是项目情境的设计者、学生自主学习的引导者、实施过程中的指导者和观察者、展示交流的质疑者和评价者。项目实施后，教师还是整理者和分析者，总结教学过程和效果。
三、STEM+教育探索的成效与反思
（一）直面学习，提升获得感
STEM课程开展一两年后，教师清晰地感受到学生的成长与变化。首先是学生自信心的提高，他们从羞于表达，到积极回答问题和展现自己。其次是学生解决问题能力的提升，他们从答案单一、空有想法、只知百度、不善质疑、轻言放弃，到答案多元、愿意实施、多种检索、敢于质疑、勇于坚持，逐渐形成正确的研究习惯，理解了批判性思维的重要性，体验到学习的乐趣。
以2016年的校内最佳综合奖为例，有位学生从地理课上的一份关于黄土高原水土流失的学习单，意识到水土流失正发生在许多地方，应将模拟实验做出来，让更多同学关注。选定项目后，她结合生活，选定了三个自变量：土壤分布、倾斜角度和水流速度，并选用大小不一的纸箱搭建实验模型，进行了27次实验。在模拟实验中，她记录了每次被冲掉的土量，分析数据，得出结论，撰写报告，并与同学分享了研究中遇到的问题及解决方法，展望了下一步研究方向。
（二）从学习者转变为小导师
“新的长城”项目学习是STEM+课程的一部分，该项目以国家基础课程为核心，并进行了适当的拓展。其与基础课程的联系见表3。
表3 北京中学的基础课程设置与长城项目学习的联系
在该项目学习中，学生用中英文撰写长城八个关口的介绍，宣传保护长城的理念；设计闯关智力游戏，增强宣传的趣味性；设计艺术书签，作为游戏奖品；利用校园英文广播电台宣传长城文化。此外，还利用纸模搭建长城，开展科技嘉年华活动。学生设计的意念狙击手闯关游戏，戴上头盔后可用意念控制激光束完成打靶，将信息和电子技术用于项目学习。
STEM+项目的目的是通过完成主题学习，让学生不断成长，并影响到更多的人参与其中，把创新、开放、共享的理念传递出去。高一学生借着学校的自主项目平台，开展了“STEM课程进校园”项目。在项目初期，他们自发地组建团队、制订方案、积极备课，经学校专家组的审核，经历项目答辩、修订方案、再次答辩，最终实施项目。学生利用课余时间向教师咨询、一次次试讲，完善备课环节，并主动联系打工子弟学校，为小学生送去自己精心准备的STEM课程。他们的认真、热情和幽默受到打工子弟学校师生的一致好评。为了准备耗材，他们在微信上建立了经费筹集平台，向社会募集经费。每次课后，他们都组织课后反思，不断创新自己的教学内容和方式，持续改进教学。在此过程中，他们成了真正的小导师，具有创新意识和能力，并通过微信公众号将自己的感悟传递给更多的学生，这无疑体现了STEM教育的理念。
（三）从学习走向创造与生成
2018年6月，学校组织12～16周岁的一批女生参与了中国妇女发展基金会主办的“寻找STEM GIRLS”项目。通过线上的学习与思考，线下的观察、讨论与设计，我校女生形成了各自的项目主题方案。经选拔，共有13名女生凭借扎实基础和创新思维，成功进入第二阶段在中科院进行的前沿知识和技能培训，并进行项目方案的展示和答辩。在答辩环节，有3名女生凭借对“滴灌解决西部土地盐碱化问题”方案的创意展示脱颖而出（如图1），参与到第三阶段赴内蒙古贫困地区科考，并设计方案解决当地的实际问题。
图1 STEM女孩项目展示与答辩
在此过程中，学生不仅要搜集资料，综合运用多学科知识，还要有严谨的思维和创新的意识。这都让学生在STEM课程中学到的内容得到了很好的应用，也让她们发现更好的自己。
在北京中学的STEM教育探索中，出现了一批有探索热情的师生，他们从分科走向综合，从课堂走向生活，从STEM走向STEM+。“+”是一种理念，“+”什么呢？师生将STEM和人文艺术相结合，和社会服务相结合，碰撞出了许多新的火花。这些创新的火花在悄然地改变着学校的课程和教学，传递着创新的文化。跨学科的整合，最根本的落脚点是要实现各学科间有机联系的再建立，既包含知识的联系，又涉及教学方法和学习方法的联系，更蕴含着用创新改变世界的心灵火种。通过STEM+课程的学习，学生将有机会体会各学科知识的相通性，促进各学科知识的融会贯通，在师生共同检索、阅读、写作、设计、操作的过程中，教师实现了跨学科的课程内容开发，学生实现了跨学科的学习。
面对新课改、新高考，如何让学生主动去探索，这是我们每位基础教育工作者面对的课题。我们希望构建一个积极、开放的学习环境，释放出师生的潜能；我们希望师生一起做有趣的事情，过有意义的生活；我们希望给师生提供挑战机会，让学校中的每个人都成为最好的自己。
（作者任炜东系北京中学党总支书记，物理特级教师；岳蕾系北京中学教师、博士；刘乃忠系北京中学副校长）
文章来源：《中小学数字化教学》2019年第2期
责任编辑：牟艳娜
微信编辑：李中华
监 制：朱哲
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