【STEM教育的实践探索以北京市八一学校为例】 北京市实践活动

STEM教育的实践探索以北京市八一学校为例

在当下，推进跨学科知识融合的STEM教育，在帮助学生 打好扎实的学科知识基础的同时，以项目和真实问题为引领， 创新性的解决问题，是近年来我们非常关注的话题。北京市 八一学校对STEM教育高度重视，且具有前瞻性，近三年间学 校在教师中陆续开展了多项培训，并以项目模块为主导，进 行实践教室的新建、改建，在课程及活动设计中也进行了一 些尝试。

一、课程整合设计与实施 我们分析STEM教育的核心特征发现，STEM的技术性、体 验性、设计性乃至实证性与学校现有课程体系中的通用技术 课有相似之处；
而跨学科、协作性、情境性等又符合研究性 学习的一些特点。基于此，我们以通用技术为切入点，将研 究性学习与该课程进行整合，以项目研究的方式开展通用技 术模块内容的学习，开始了第一轮的STEM教学尝试。

起初我们把它称为STEM课，并列出了该课程的管理办法， 从指导思想到课程目标；
从组织机构到课时安排乃至课程评 价、教师职责都做了详细的说明。我们以通用技术学科的选修模块为载体，开设了7门课 程供学生选择（如表1）。在教学内容上，先针对学生进行 研究方法的通识培训，继而是基于任务的模块基础内容的学 习。学生在掌握核心知识与技能后，在该模块领域内自主选 题，以项目研究的方式完成学习。

例如，电子控制与单片机模块，涉及电子技术、控制技 术、传感技术及计算机编程等内容，将硬件平台和软件程序 相结合，整合物理学、电路原理、计算机等跨学科知识。课 程采用开源单片机硬件平台Arduino，在便捷高效的集成开 发环境中编写代码，配以多种传感器，实现光声电、无线控 制与探测等多样化、个性化的电子控制项目方案（如表2）。

二、项目式引领 丰富的选择、实践性的任务，大大调动了学生的学习兴 趣，但在第一轮实践中我们也发现，开放性选题的辅导对授 课教师的要求较高，学生开题想法好，但结题成果欠佳。随 着跟进的培训和理念提升，我们也开始聚焦于选择并开发设 计有针对性的、更为恰当的STEM教学项目。师资上学校采取 了校内培训与技术专家外聘相结合的方式。

我们与清华大学工业中心团队合作开设了3D打印机制 作项目。该项目要求学生团队设计制作一台3D打印机，通过 安装Android操作系统的手机完成遥控，打印制作一个以环 保为主题的创意组合作品。3D打印机项目涉及机械、电子、 控制、计算机、网络、管理等多个学科，学生以团队合作的形式，在做中学，完成构思、设计、实现和运作全过程。学 生学习使用Solidworks软件进行建模，软件应用与数学能力 得到锻炼；
打印机的制作、装配调试与结构优化充分体现了 工程思想；
在材料选择及加工过程中，涉及了大量物理学、 材料学的相关知识；
而学生们在数学课堂中所学的公式真实 地应用在滑轮控制及打印头移动设计中；
跨学科知识的融合 在学生的设计原理报告中得以充分体现；
成果汇报演讲、宣 传海报设计、记录短片制作、科普短剧表演等最终结果的展 现，在很大程度上锻炼了学生的能力，提升了学生的人文素 养。

刘哲、王丰翼两位同学还设计制作出3D打印、数控切割、 激光雕刻一体机。该作品将三个系统共用一个传动系统和控 制系统，采用箱式结构，使用计算机运动控制卡G代码来控 制步进电机，带动滚珠丝杆转动，从而使电主轴、挤出头、 激光头在三个方向均可自由移动。这个新产品不仅让电影中 的“面具打印机”变成现实，而且三个系统的融合将成品的 逼真效果大大提升。这种概念既节省了对于传动装置、电器 系统的需求，又在很大程度上节约了制造成本。该作品获得 全国青年科普实验作品大赛第一名。

三、日常教学与活动设计体现STEM教育思想 我们在课程实践中，面对创新的教学内容，经常采用师 生共同参与培训的策略。学校三十多位教师也报名参加了3D 打印机的制作项目。理论培训结合实践项目，教师们慢慢将STEM作为一种教学方法渗透到日常教学中。例如综合课一火 山，3D设计打印火山模型，通过化学实验模拟火山喷发过程， 利用数学知识计算火山喷发影响的面积，充分体现了跨学科 的思想。再如，“探月任务”是我校科技节中的一项比赛任 务。参赛队员要设计制作一辆通过性好（爬坡、不同摩擦力 地面），有抓取功能、自驱动、寻址的车辆；
设计制作带有 声光效果的温室模型；
设计制作道具并进行短剧表演；
拍摄 一段视频介绍。

虽然在中学开展STEM教育已成为必然。但是我们在实践 中也发现很多问题：如何寻找科技素养普及与科技精英培养 的平衡点；
教师从传统的单一学科教学到跨学科整合的理念 及专业水平有待提升；
适合的STEM项目资源匮乏；
学生在动 手实践项目上的大量时间精力投入与传统学科学习间的冲 突等。这些问题促进我们思考：我们将以学校特色小卫星项 目为推进重点，在技术类（通用技术、信息技术）学科中继 续加大项目开发，通过外引技术与校内研发相结合，设计固 化STEM项目；
引入社会资源、高校资源，外聘教师与校内教 师培训相结合；
建立STEM项目云平台，丰富课程资源，提供 学生展示空间；
将学校原有科技教育与STEM教育、创客教育 做有机融合；
强化总结与评价；
跨校联合，共同开发共享资 源等。

参考文献：
[1]任友群，张逸中．STEM视角看教育改革如何促进科技创新[J]．文汇报，2015(7) [2]余胜泉，胡翔．STEM教育理念与跨学科整合模式[J] 开放教育研究，2015 (4)