STEAM教育概念

　　【STEM教育定义】

　　STEM是科学（Science），技术（Technology），工程（Engineering）
，数学（Mathematics）四门学科英文首字母的缩写
，其中科学在于认识世界
、解释自然界的客观规律；技术和工程则是在尊重自然规律的基础上改造世界、实现对自然界的控制和利用、解决社会发展过程中遇到的难题；数学则作为技术与工程学科的基础工具

。由此可见，生活中发生的大多数问题需要应用多种学科的知识来共同解决
。

　　【STEAM教育定义及内容】

　　STEAM代表科学（Science）
，技术（Technology），工程（Engineering）
，艺术（Arts），数学（Mathematics）。STEAM教育就是集科学，技术
，工程
，艺术，数学多学科融合的综合教育
。

　　STEAM教育重点是加强对学生五个方面的教育：一是科学素养
，即运用科学知识（如物理、化学、生物科学和地球空间科学）理解自然界并参与影响自然界的过程；二是技术素养，也就是使用、管理、理解和评价技术的能力

；三是工程素养，即对技术工程设计与开发过程的理解；四是数学素养

，也就是学生发现、表达、解释和解决多种情境下的数学问题的能力
，五是艺术素养，即培养审美观念、鉴赏能力和创作能力。

科学教育概念

　　【科学教育定义】

　　科学：它指发现
、积累并公认的普遍真理或普遍定理的运用，以及系统化和公式化了的知识。科学是对已知世界通过大众可理解的数据计算、文字解释
、语言说明、形象展示的一种总结
、归纳和认证；科学不是认识世界的唯一渠道
，可其具有公允性与一致性
，其为探索客观世界最可靠的实践方法
。

　　科学教育
：是一种以传授基本科学知识为手段（载体），以素质教育为依托
，体验科学思维方法和科学探究方法，培养科学精神与科学态度
，建立完整的科学知识观与价值观
，进行科研基础能力训练和科学技术应用的教育。

　　科学教育是以全体青少年为主体，以学校教育为主阵地，以自然科学学科教育为主要内容
，并涉及技术、科学史、科学哲学
、科学文化学、科学社会学等学科的整体教育
，以期使青少年掌握自然科学的基本知识和基本技能

，学会科学方法
，体验科学探究

，理解科学技术与社会关系
，把握科学本质
，养成科学精神
，全面培养和提高科学素养
；并通过培养具有科学素养的合格公民，发展社会生产力，改良社会文化
，让科学精神和人文精神在现代文明中交融贯通。

　　【科学教育分类】

　　按研究对象的不同可分为自然科学、社会科学和思维科学
，以及总结和贯穿于三个领域的哲学和数学。

　　按与实践的不同联系可分为理论科学、技术科学
、应用科学等

。

　　按人类对自然规律利用的直接程度，科学可分为自然科学和实验科学两类
。

　　按是否适合用于人类目标来看
，科学又可分为广义科学、狭义科学两类。

　　已经成熟并被社会承认的科学称为"显科学"，尚未成熟，还处于幼芽阶段的科学则可称为"潜科学"
。

STEAM 理念解读

　　【领先的教育理念】

　　STEAM是一种教育理念，有别于传统的单学科

、重书本知识的教育方式
。STEAM是一种重实践的超学科教育概念。任何事情的成功都不仅仅依靠某一种能力的实现，而是需要介于多种能力之间
，比如高科技电子产品的建造过程中
，不但需要科学技术，运用高科技手段创新产品功能，还需要好看的外观，也就是艺术等方面的综合才能，所以单一技能的运用已经无法支撑未来人才的发展，未来，我们需要的是多方面的综合型人才
。 从而探索出STEAM教育理念
。

　　STEAM教育理念最早是美国政府提出的教育倡议，为加强美国K12关于科学、技术
、工程、艺术以及数学的教育。STEAM的原身是STEM理念，即科学（Science）、技术（Technology）、工程（Engineering）、数学（Mathematics）的首字母。鼓励孩子在科学、技术、工程和数学领域的发展和提高

，培养孩子的综合素养，从而提升其全球竞争力
。近几年加入了Arts，也就是艺术
，变得更加全面。

　　STEAM教育在美国的重要性不亚于中国的素质教育，在美国大部分中小学都设有STEAM教育的经费开支，而STEAM也被老师
、校长、教育家们时时挂在嘴边。在STEAM教育的号召下
，机器人、3D打印机进入了学校；奥巴马也加入了全民学编程的队伍，写下了自己的第一条代码；帮助孩子们学习数学、科学的教育科技产品层出不穷；而且这五个学科

，技术和工程结合，艺术和数学结合，打破常规了学科界限
。

　　比较常见的是用PBL将STEAM教育理念落地课堂。例如，老师可以让学生进行一个未来感十足的项目，比如机器人项目
。这种类型的项目打通了STEAM模型的所有方面，而这也正是PBL的优势所在。

　　“S”
：科学地找出使机器人功能所需的电气部件
、以及其中的原理
；

　　“T”：用于技术上确定如何将机器人连接到互联网以使其移动；

　　“E”：作为实际的机器人
；

　　“A”
：用于设计它的外观，以及设想它的功能

；

　　“M”：用于数学计算和编码以使其移动
。

　　这是一个实际的物理项目的例子，解决了一个复杂的问题（即创建未来技术），并鼓励学生以创新
、协作和有益的方式进行所有的工作

。随着教育工作者越来越多地使用技术，根据个别学生的需求和学习风格创造定制的课程
，考虑将艺术纳入技术学习的所有独特方式，这些令人激动。

　　教育工作者的目标应该是培养一批全面发展的学生：他们拥有必要的知识与技能，在未来的员工中蓬勃发展
，并且用创造性改变这个世界。

　　【理解盲区】

　　2016年世界经济论坛的报告中有这么一句话：“目前还是小学生的一代人

，将来从事的工作中，有65%还不存在
。”那么，我们该怎样帮助孩子提升未来竞争力呢
？也许
，得依靠STEAM教育
。如今全球的教育关键词中，STEAM教育一定是最炙手可热的一个。当你看到八九岁的孩子是科技达人，或是编程能手时
，不必太吃惊
。

　　STEM教育起源于美国，在欧美地区大力推行，在越来越多的国家实力的比较中，获得STEM学位的人数和比率成为重要指标，美国政府甚至将STEM教育计划，视为国家战略。在STEM大热之时
，也有不少家长对其有认识误区
。如果只是把STEM简单理解为理工科学习，或是理解为玩玩机器人

、3D打印、编程

，就太狭隘

、初级了
。那么，国际上流行的STEM教育与学习方法

，中国孩子如何习得精髓，家长又应当如何理解并引导呢？

　　1．STEAM教育是分科的，更是整合的

　　首先从字面意思来理解

，STEAM是分科的，它代表科学
、技术、工程、艺术和数学五个独立的学科领域
，但它一定又是整合的，是一个整体，这也是今天全球STEAM教育最为看重的
，即跨学科和项目制学习（Project-Based Learning
，简称PBL）

。

　　显而易见
，项目制学习，不但是跨学科的，这种学习方法更为孩子提供了融入真实情景的体验。这些体验辅助学生学习，帮助其对科学
、技术

、工程
、艺术、数学各领域里的概念形成有力而逼真的理解
，同时融会贯通，发挥想象力，找到问题解决方案
。

　　所以当家长为孩子选择STEM项目的时候
，一定首先是基于PBL项目制学习，一定是跨学科的
，且以解决问题为导向
。

　　2．STEAM教育不是“新时代的数理化”

　　30年前的1986年，美国国家科学基金会（NSF）就发布了名为《科学、数学和工程本科生教育》的报告。到今天
，美国K12（从幼儿园到高中），STEAM教育已经蔚然成风，颇成体系
。2014年，美国总统奥巴马与新泽西州的二十多位国中生共同参加了程序设计一小时（hour of code）活动
。STEAM教育由此在全球大热
。

　　但是
，如果把工具当内容，譬如玩转3D打印机或编程，今天打或编一个小狗，明天打或编一个小猫，分门别类学习STEM学科知识与技术，就算看着酷炫，其实跟几十年前像一台机器一样学习数理化，没什么区别。那不是STEM教育，那是某种程度上披着STEM外衣的的“应试教育”。

　　科技和技术方面的知识与技能，并不是STEM教育的最终结果，而只是过程中的一种工具，一种提升人们生活质量的手段。

　　3．STEAM教育更应该从幼儿抓起

　　每个孩子天生都是科学家
，2015的《自然》杂志上集中推出几篇从幼儿园到大学的“科学、技术、工程与数学”（STEM）教育文章，系统审视了STEM教育的希望和挑战

。《自然》杂志指出，每个孩子天生都是科学家
，只要从小就给他们合适的科学教育
。孩子传统上所接受的科学教育主要是基于讲授式的，但这种形式的科学教育有其显著的问题。尤其是在21世纪的今天
，这种形式的科学教育越发凸显其问题。

　　对此，《自然》认为，为了培养21世纪的科学家
，我们的教育需要培养孩子“创造性的问题解决能力”（creative problem solving）、“批判性思维”（critical thinking）和“合作”（collaboration）等“软技能”（soft skills）。而且，《自然》也相信，良好的STEM教育还有另一显著好处—促使下一代人具有普遍良好的科学素养
。

　　让孩子从小就爱上STEAM，给孩子一个做真实科学的机会
。

STEAM教育分类

　　【按课程形式分类】

　　1．机器人教育

　　机器人教育

：指通过搭建、编程
、运行机器人
，激发学生的学习兴趣、培养学生的综合能力和良好的思维习惯
。在此过程中，学生除了可以掌握机器人的基本构造和搭建过程
，还可以通过控制机器人，了解到编程的乐趣
，因此机器人教育真正做到了寓教于乐。

　　2．编程教育

　　少儿编程教育是通过编程游戏启蒙、可视化图形编程等课程，培养学生的计算思维和创新解难能力的课程。少儿编程教育并非高等教育那样学习如何写代码
、编制应用程序
，而是通过编程游戏启蒙、可视化图形编程等课程，培养学生的计算思维和创新解难能力

。例如学生在制作一个小动画的过程中，自己拆分任务、拖拽模块
、控制进度，从而理解"并行"
、"事件处理""目标实现"这样的概念。

　　3．创客教育

　　“创客教育”是创客文化与教育的结合
，基于学生兴趣，以项目学习的方式，使用数字化工具，倡导造物，鼓励分享，培养跨学科解决问题能力、团队协作能力和创新能力的一种素质教育。

　　4．科学实验

　　科学实验，是指根据一定目的，运用一定的仪器、设备等物质手段
，在人工控制的条件下
，观察、研究自然现象及其规律性的社会实践形式
。是获取经验事实和检验科学假说、理论真理性的重要途径。在实验活动中，隔离、介入
、追迹、仪器操作，对象形态改造
，实验条件控制以及资源利用等，都表明实验者是自然和社会的参与者。科学实验的范围和深度，随着科学技术的发展和社会的进步而不断扩大和深化
。

　　中小学阶段的科学实验主要包含：物质科学、生物科学
、化学科学等实验类型。

　　5．STEM科学盒

　　科学盒子是包含若干主题实验材料包的套装盒子，美观大方
，结实耐用
，并搭配专业的课程指导，非常方便收纳和教学开展。此外，盒子里有不同的材料包，每个材料包都有注明内容的标识（仪器、原材料、说明书等），可以根据不同的实验课程来取用，完成不同的实验，大大减少了学生实验的准备时间。

　　6．艺术教育

　　艺术教育，指的是以文学、音乐
、美术、舞蹈等为艺术手段和内容的审美教育活动
。美育的重要组成部分。任务是培养审美观念
、鉴赏能力和创作能力
。以培养鉴赏能力为主
，创作能力为辅，使受教育者在欣赏优秀艺术品的实践中学习审美知识
，形成审美能力。结合STEAM教育模式的艺术教育更多指的是以美育、创造为主线
，结合工程设计，兼具技术属性的项目教学
，多以美术科学盒为表现形式。

STEAM教育特征

　　1．跨学科

　　将知识按学科进行划分
，对于科学研究
、深入探究自然现象的奥秘和将知识划分为易于教授的模块有所助益
，但并不反映我们生活世界的真实性和趣味性（Morrison，2009）。因此
，分科教学（如物理、化学）在科学、技术和工程高度发达的今天已显出很大弊端
。针对这一问题
，理工科教育出现了取消分科
、进行整合教育的趋势
。STEAM教育因此应运而生，跨学科性是它最重要的核心特征
。

　　美国学者艾布特斯（Abts）使用“元学科”（meta-discipline）描述STEAM，即表示它是代表科学、技术、工程和数学等学科的统整的知识领域，它们存在于真实世界中，彼此不可或缺、互相联系（Morrison
，2006）

。跨学科意味着教育工作者在STEAM教育中，不再将重点放在某个特定学科或者过于关注学科界限，而是将重心放在特定问题上，强调利用科学、技术、工程或数学等学科相互关联的知识解决问题，实现跨越学科界限、从多学科知识综合应用的角度提高学生解决实际问题的能力的教育目标。

　　2．趣味性

　　STEAM教育在实施过程中要把多学科知识融于有趣、具有挑战性、与学生生活相关的问题中，问题和活动的设计要能激发学习者内在的学习动机，问题的解决要能让学生有成就感
，因此需有趣味性
。STEAM教育强调分享、创造，强调让学生体验和获得分享中的快乐感与创造中的成就感。有的项目还把STEAM教育内容游戏化（将游戏的元素
、方法和框架融于教育场景），因为将基于探索和目标导向的学习嵌入游戏中，有利于发展学习者的团队技能、教授交叉课程概念和负责的科学内容主题，可以得到更多、更理想的教育产出（Johnson et al.
，2013）。

　　3．体验性

　　STEAM教育不仅主张通过自学或教师讲授习得抽象知识，更强调学生动手、动脑，参与学习过程。STEAM提供了学生动手做的学习体验

，学生应用所学的数学和科学知识应对现实世界问题，创造、设计、建构

、发现
、合作并解决问题。因此，STEAM教育具有体验性特征，学生在参与、体验获得知识的过程中
，不仅获得结果性知识

，还习得蕴含在项目问题解决过程中的过程性知识。这种在参与

、体验中习得知识的方式对学生今后的工作和生活的长远发展会产生深刻影响。

　　学生通过搭建乐高组件测试相关原理，不仅可以了解物理概念与知识，还在工程设计体验中感受到这些知识的重要作用，将抽象的知识与实际生活连接起来
，很好地体现了STEAM教育的体验性特征
。

　　4．情境性

　　STEAM教育具有情境性特征
，它不是教授学生孤立、抽象的学科知识
，而强调把知识还原于丰富的生活，结合生活中有趣、挑战的问题
，通过学生的问题解决完成教学
。STEAM教育强调让学生获得将知识进行情境化应用的能力，同时能够理解和辨识不同情境的知识表现，即能够根据知识所处背景信息联系上下文辨识问题本质并灵活解决问题。

　　STEAM教育强调知识是学习者通过学习环境互动建构的产物，而非来自于外部的灌输。情境是STEAM教育重要而有意义的组成部分，学习受具体情境的影响，情境不同，学习也不同。只有当学习镶嵌在运用该知识的情境之中，有意义的学习才可能发生
。

　　5．协作性

　　STEAM教育具有协作性，强调在群体协同中相互帮助、相互启发，进行群体性知识建构
。STEAM教育中的问题往往是真实的，真实任务的解决离不开其他同学、教师或专家的合作。在完成任务的过程中，学生需要与他人交流和讨论。STEAM教育的协作性就是要求学习环境的设计要包括建构主义倡导的“协作”和“会话”两要素：让学生以小组为单位，共同搜集和分析学习资料、提出和验证假设
、评价学习成果；同时，学习者通过会话商讨如何完成规定的学习任务。

　　6．设计性

　　STEAM教育要求学习产出环节包含设计作品，通过设计促进知识的融合与迁移运用，通过作品外化学习的结果、外显习得的知识和能力。设计出创意作品是获得成就感的重要方式，也是维持和激发学习动机
、保持学习好奇心的重要途径
。因此
，设计是STEAM教育取得成功的关键因素。美国学者莫里森认为，设计是认知建构的过程
，也是学习产生的条件（Morrison，2005）。学生通过设计可以更好地理解完成了的工作
，从而解决开放性问题
。在这个过程中，学生学习知识、锻炼能力、提高STEAM素养
，因此设计性是STEAM教育的又一核心特征
。

　　7．实证性

　　实证性作为科学的本质（Nature of Science）的基本内涵之一，是科学区别于其他学科的重要特征，也是科学教育中学习者需要理解
、掌握的重要方面
。STEAM教育要促进学生按照科学的原则设计作品
，基于证据验证假设、发现并得出解决问题的方案；要促进学生在设计作品时，遵循科学和数学的严谨规律，而非思辨或想象
，让严谨的工程设计实践帮助他们认识和理解客观的科学规律。

　　8．技术增强性

　　STEAM教育强调学生要具备一定技术素养，强调学生要了解技术应用、技术发展过程，具备分析新技术如何影响自己乃至周边环境的能力
。在教学中，它要求利用技术手段激发和简化学生的创新过程
，并通过技术表现多样化成果，让创意得到分享和传播，从而激发学生的创新动力。STEAM教育主张技术作为认知工具，无缝地融入到教学各个环节，培养学生善于运用技术解决问题的能力，增强个人驾驭复杂信息、进行复杂建模与计算的能力
，从而支持深度学习的发生
。

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