【STEM教育定義】

　　STEM是科學（Science），技術（Technology），工程（Engineering），數學（Mathematics）四門學科英文首字母的縮寫，其中科學在于認識世界、解釋自然界的客觀規律；技術和工程則是在尊重自然規律的基礎上改造世界、實現對自然界的控制和利用、解決社會發展過程中遇到的難題；數學則作為技術與工程學科的基礎工具。由此可見，生活中發生的大多數問題需要應用多種學科的知識來共同解決。

　　【STEAM教育定義及内容】

　　STEAM代表科學（Science），技術（Technology），工程（Engineering），藝術（Arts），數學（Mathematics）。STEAM教育就是集科學，技術，工程，藝術，數學多學科融合的綜合教育。

　　STEAM教育重點是加強對學生五個方面的教育：一是科學素養，即運用科學知識（如物理、化學、生物科學和地球空間科學）理解自然界并參與影響自然界的過程；二是技術素養，也就是使用、管理、理解和評價技術的能力；三是工程素養，即對技術工程設計與開發過程的理解；四是數學素養，也就是學生發現、表達、解釋和解決多種情境下的數學問題的能力，五是藝術素養，即培養審美觀念、鑒賞能力和創作能力。

　　【科學教育定義】

　　科學：它指發現、積累并公認的普遍真理或普遍定理的運用，以及系統化和公式化了的知識。科學是對已知世界通過大衆可理解的數據計算、文字解釋、語言說明、形象展示的一種總結、歸納和認證；科學不是認識世界的唯一渠道，可其具有公允性與一緻性，其為探索客觀世界最可靠的實踐方法。

　　科學教育：是一種以傳授基本科學知識為手段（載體），以素質教育為依托，體驗科學思維方法和科學探究方法，培養科學精神與科學态度，建立完整的科學知識觀與價值觀，進行科研基礎能力訓練和科學技術應用的教育。

　　科學教育是以全體青少年為主體，以學校教育為主陣地，以自然科學學科教育為主要内容，并涉及技術、科學史、科學哲學、科學文化學、科學社會學等學科的整體教育，以期使青少年掌握自然科學的基本知識和基本技能，學會科學方法，體驗科學探究，理解科學技術與社會關系，把握科學本質，養成科學精神，全面培養和提高科學素養；并通過培養具有科學素養的合格公民，發展社會生産力，改良社會文化，讓科學精神和人文精神在現代文明中交融貫通。

　　【科學教育分類】

　　按研究對象的不同可分為自然科學、社會科學和思維科學，以及總結和貫穿于三個領域的哲學和數學。

　　按與實踐的不同聯系可分為理論科學、技術科學、應用科學等。

　　按人類對自然規律利用的直接程度，科學可分為自然科學和實驗科學兩類。

　　按是否适合用于人類目标來看，科學又可分為廣義科學、狹義科學兩類。

　　已經成熟并被社會承認的科學稱為"顯科學"，尚未成熟，還處于幼芽階段的科學則可稱為"潛科學"。

　　【領先的教育理念】

　　STEAM是一種教育理念，有别于傳統的單學科、重書本知識的教育方式。STEAM是一種重實踐的超學科教育概念。任何事情的成功都不僅僅依靠某一種能力的實現，而是需要介于多種能力之間，比如高科技電子産品的建造過程中，不但需要科學技術，運用高科技手段創新産品功能，還需要好看的外觀，也就是藝術等方面的綜合才能，所以單一技能的運用已經無法支撐未來人才的發展，未來，我們需要的是多方面的綜合型人才。 從而探索出STEAM教育理念。

　　STEAM教育理念最早是美國政府提出的教育倡議，為加強美國K12關于科學、技術、工程、藝術以及數學的教育。STEAM的原身是STEM理念，即科學（Science）、技術（Technology）、工程（Engineering）、數學（Mathematics）的首字母。鼓勵孩子在科學、技術、工程和數學領域的發展和提高，培養孩子的綜合素養，從而提升其全球競争力。近幾年加入了Arts，也就是藝術，變得更加全面。

　　STEAM教育在美國的重要性不亞于中國的素質教育，在美國大部分中小學都設有STEAM教育的經費開支，而STEAM也被老師、校長、教育家們時時挂在嘴邊。在STEAM教育的号召下，機器人、3D打印機進入了學校；奧巴馬也加入了全民學編程的隊伍，寫下了自己的第一條代碼；幫助孩子們學習數學、科學的教育科技産品層出不窮；而且這五個學科，技術和工程結合，藝術和數學結合，打破常規了學科界限。

　　比較常見的是用PBL将STEAM教育理念落地課堂。例如，老師可以讓學生進行一個未來感十足的項目，比如機器人項目。這種類型的項目打通了STEAM模型的所有方面，而這也正是PBL的優勢所在。

　　“S”：科學地找出使機器人功能所需的電氣部件、以及其中的原理；

　　“T”：用于技術上确定如何将機器人連接到互聯網以使其移動；

　　“E”：作為實際的機器人；

　　“A”：用于設計它的外觀，以及設想它的功能；

　　“M”：用于數學計算和編碼以使其移動。

　　這是一個實際的物理項目的例子，解決了一個複雜的問題（即創建未來技術），并鼓勵學生以創新、協作和有益的方式進行所有的工作。随着教育工作者越來越多地使用技術，根據個别學生的需求和學習風格創造定制的課程，考慮将藝術納入技術學習的所有獨特方式，這些令人激動。

　　教育工作者的目标應該是培養一批全面發展的學生：他們擁有必要的知識與技能，在未來的員工中蓬勃發展，并且用創造性改變這個世界。

　　【理解盲區】

　　2016年世界經濟論壇的報告中有這麼一句話：“目前還是小學生的一代人，将來從事的工作中，有65%還不存在。”那麼，我們該怎樣幫助孩子提升未來競争力呢？也許，得依靠STEAM教育。如今全球的教育關鍵詞中，STEAM教育一定是最炙手可熱的一個。當你看到八九歲的孩子是科技達人，或是編程能手時，不必太吃驚。

　　STEM教育起源于美國，在歐美地區大力推行，在越來越多的國家實力的比較中，獲得STEM學位的人數和比率成為重要指标，美國政府甚至将STEM教育計劃，視為國家戰略。在STEM大熱之時，也有不少家長對其有認識誤區。如果隻是把STEM簡單理解為理工科學習，或是理解為玩玩機器人、3D打印、編程，就太狹隘、初級了。那麼，國際上流行的STEM教育與學習方法，中國孩子如何習得精髓，家長又應當如何理解并引導呢？

　　1．STEAM教育是分科的，更是整合的

　　首先從字面意思來理解，STEAM是分科的，它代表科學、技術、工程、藝術和數學五個獨立的學科領域，但它一定又是整合的，是一個整體，這也是今天全球STEAM教育最為看重的，即跨學科和項目制學習（Project-Based Learning，簡稱PBL）。

　　顯而易見，項目制學習，不但是跨學科的，這種學習方法更為孩子提供了融入真實情景的體驗。這些體驗輔助學生學習，幫助其對科學、技術、工程、藝術、數學各領域裡的概念形成有力而逼真的理解，同時融會貫通，發揮想象力，找到問題解決方案。

　　所以當家長為孩子選擇STEM項目的時候，一定首先是基于PBL項目制學習，一定是跨學科的，且以解決問題為導向。

　　2．STEAM教育不是“新時代的數理化”

　　30年前的1986年，美國國家科學基金會（NSF）就發布了名為《科學、數學和工程本科生教育》的報告。到今天，美國K12（從幼兒園到高中），STEAM教育已經蔚然成風，頗成體系。2014年，美國總統奧巴馬與新澤西州的二十多位國中生共同參加了程序設計一小時（hour of code）活動。STEAM教育由此在全球大熱。

　　但是，如果把工具當内容，譬如玩轉3D打印機或編程，今天打或編一個小狗，明天打或編一個小貓，分門别類學習STEM學科知識與技術，就算看着酷炫，其實跟幾十年前像一台機器一樣學習數理化，沒什麼區别。那不是STEM教育，那是某種程度上披着STEM外衣的的“應試教育”。

　　科技和技術方面的知識與技能，并不是STEM教育的最終結果，而隻是過程中的一種工具，一種提升人們生活質量的手段。

　　3．STEAM教育更應該從幼兒抓起

　　每個孩子天生都是科學家，2015的《自然》雜志上集中推出幾篇從幼兒園到大學的“科學、技術、工程與數學”（STEM）教育文章，系統審視了STEM教育的希望和挑戰。《自然》雜志指出，每個孩子天生都是科學家，隻要從小就給他們合适的科學教育。孩子傳統上所接受的科學教育主要是基于講授式的，但這種形式的科學教育有其顯著的問題。尤其是在21世紀的今天，這種形式的科學教育越發凸顯其問題。

　　對此，《自然》認為，為了培養21世紀的科學家，我們的教育需要培養孩子“創造性的問題解決能力”（creative problem solving）、“批判性思維”（critical thinking）和“合作”（collaboration）等“軟技能”（soft skills）。而且，《自然》也相信，良好的STEM教育還有另一顯著好處—促使下一代人具有普遍良好的科學素養。

　　讓孩子從小就愛上STEAM，給孩子一個做真實科學的機會。

　　【按課程形式分類】

　　1．機器人教育

　　機器人教育：指通過搭建、編程、運行機器人，激發學生的學習興趣、培養學生的綜合能力和良好的思維習慣。在此過程中，學生除了可以掌握機器人的基本構造和搭建過程，還可以通過控制機器人，了解到編程的樂趣，因此機器人教育真正做到了寓教于樂。

　　2．編程教育

　　少兒編程教育是通過編程遊戲啟蒙、可視化圖形編程等課程，培養學生的計算思維和創新解難能力的課程。少兒編程教育并非高等教育那樣學習如何寫代碼、編制應用程序，而是通過編程遊戲啟蒙、可視化圖形編程等課程，培養學生的計算思維和創新解難能力。例如學生在制作一個小動畫的過程中，自己拆分任務、拖拽模塊、控制進度，從而理解"并行"、"事件處理""目标實現"這樣的概念。

　　3．創客教育

　　“創客教育”是創客文化與教育的結合，基于學生興趣，以項目學習的方式，使用數字化工具，倡導造物，鼓勵分享，培養跨學科解決問題能力、團隊協作能力和創新能力的一種素質教育。

　　4．科學實驗

　　科學實驗，是指根據一定目的，運用一定的儀器、設備等物質手段，在人工控制的條件下，觀察、研究自然現象及其規律性的社會實踐形式。是獲取經驗事實和檢驗科學假說、理論真理性的重要途徑。在實驗活動中，隔離、介入、追迹、儀器操作，對象形态改造，實驗條件控制以及資源利用等，都表明實驗者是自然和社會的參與者。科學實驗的範圍和深度，随着科學技術的發展和社會的進步而不斷擴大和深化。

　　中小學階段的科學實驗主要包含：物質科學、生物科學、化學科學等實驗類型。

　　5．STEM科學盒

　　科學盒子是包含若幹主題實驗材料包的套裝盒子，美觀大方，結實耐用，并搭配專業的課程指導，非常方便收納和教學開展。此外，盒子裡有不同的材料包，每個材料包都有注明内容的标識（儀器、原材料、說明書等），可以根據不同的實驗課程來取用，完成不同的實驗，大大減少了學生實驗的準備時間。

　　6．藝術教育

　　藝術教育，指的是以文學、音樂、美術、舞蹈等為藝術手段和内容的審美教育活動。美育的重要組成部分。任務是培養審美觀念、鑒賞能力和創作能力。以培養鑒賞能力為主，創作能力為輔，使受教育者在欣賞優秀藝術品的實踐中學習審美知識，形成審美能力。結合STEAM教育模式的藝術教育更多指的是以美育、創造為主線，結合工程設計，兼具技術屬性的項目教學，多以美術科學盒為表現形式。

　　1．跨學科

　　将知識按學科進行劃分，對于科學研究、深入探究自然現象的奧秘和将知識劃分為易于教授的模塊有所助益，但并不反映我們生活世界的真實性和趣味性（Morrison，2009）。因此，分科教學（如物理、化學）在科學、技術和工程高度發達的今天已顯出很大弊端。針對這一問題，理工科教育出現了取消分科、進行整合教育的趨勢。STEAM教育因此應運而生，跨學科性是它最重要的核心特征。

　　美國學者艾布特斯（Abts）使用“元學科”（meta-discipline）描述STEAM，即表示它是代表科學、技術、工程和數學等學科的統整的知識領域，它們存在于真實世界中，彼此不可或缺、互相聯系（Morrison，2006）。跨學科意味着教育工作者在STEAM教育中，不再将重點放在某個特定學科或者過于關注學科界限，而是将重心放在特定問題上，強調利用科學、技術、工程或數學等學科相互關聯的知識解決問題，實現跨越學科界限、從多學科知識綜合應用的角度提高學生解決實際問題的能力的教育目标。

　　2．趣味性

　　STEAM教育在實施過程中要把多學科知識融于有趣、具有挑戰性、與學生生活相關的問題中，問題和活動的設計要能激發學習者内在的學習動機，問題的解決要能讓學生有成就感，因此需有趣味性。STEAM教育強調分享、創造，強調讓學生體驗和獲得分享中的快樂感與創造中的成就感。有的項目還把STEAM教育内容遊戲化（将遊戲的元素、方法和框架融于教育場景），因為将基于探索和目标導向的學習嵌入遊戲中，有利于發展學習者的團隊技能、教授交叉課程概念和負責的科學内容主題，可以得到更多、更理想的教育産出（Johnson et al.，2013）。

　　3．體驗性

　　STEAM教育不僅主張通過自學或教師講授習得抽象知識，更強調學生動手、動腦，參與學習過程。STEAM提供了學生動手做的學習體驗，學生應用所學的數學和科學知識應對現實世界問題，創造、設計、建構、發現、合作并解決問題。因此，STEAM教育具有體驗性特征，學生在參與、體驗獲得知識的過程中，不僅獲得結果性知識，還習得蘊含在項目問題解決過程中的過程性知識。這種在參與、體驗中習得知識的方式對學生今後的工作和生活的長遠發展會産生深刻影響。

　　學生通過搭建樂高組件測試相關原理，不僅可以了解物理概念與知識，還在工程設計體驗中感受到這些知識的重要作用，将抽象的知識與實際生活連接起來，很好地體現了STEAM教育的體驗性特征。

　　4．情境性

　　STEAM教育具有情境性特征，它不是教授學生孤立、抽象的學科知識，而強調把知識還原于豐富的生活，結合生活中有趣、挑戰的問題，通過學生的問題解決完成教學。STEAM教育強調讓學生獲得将知識進行情境化應用的能力，同時能夠理解和辨識不同情境的知識表現，即能夠根據知識所處背景信息聯系上下文辨識問題本質并靈活解決問題。

　　STEAM教育強調知識是學習者通過學習環境互動建構的産物，而非來自于外部的灌輸。情境是STEAM教育重要而有意義的組成部分，學習受具體情境的影響，情境不同，學習也不同。隻有當學習鑲嵌在運用該知識的情境之中，有意義的學習才可能發生。

　　5．協作性

　　STEAM教育具有協作性，強調在群體協同中相互幫助、相互啟發，進行群體性知識建構。STEAM教育中的問題往往是真實的，真實任務的解決離不開其他同學、教師或專家的合作。在完成任務的過程中，學生需要與他人交流和讨論。STEAM教育的協作性就是要求學習環境的設計要包括建構主義倡導的“協作”和“會話”兩要素：讓學生以小組為單位，共同搜集和分析學習資料、提出和驗證假設、評價學習成果；同時，學習者通過會話商讨如何完成規定的學習任務。

　　6．設計性

　　STEAM教育要求學習産出環節包含設計作品，通過設計促進知識的融合與遷移運用，通過作品外化學習的結果、外顯習得的知識和能力。設計出創意作品是獲得成就感的重要方式，也是維持和激發學習動機、保持學習好奇心的重要途徑。因此，設計是STEAM教育取得成功的關鍵因素。美國學者莫裡森認為，設計是認知建構的過程，也是學習産生的條件（Morrison，2005）。學生通過設計可以更好地理解完成了的工作，從而解決開放性問題。在這個過程中，學生學習知識、鍛煉能力、提高STEAM素養，因此設計性是STEAM教育的又一核心特征。

　　7．實證性

　　實證性作為科學的本質（Nature of Science）的基本内涵之一，是科學區别于其他學科的重要特征，也是科學教育中學習者需要理解、掌握的重要方面。STEAM教育要促進學生按照科學的原則設計作品，基于證據驗證假設、發現并得出解決問題的方案；要促進學生在設計作品時，遵循科學和數學的嚴謹規律，而非思辨或想象，讓嚴謹的工程設計實踐幫助他們認識和理解客觀的科學規律。

　　8．技術增強性

　　STEAM教育強調學生要具備一定技術素養，強調學生要了解技術應用、技術發展過程，具備分析新技術如何影響自己乃至周邊環境的能力。在教學中，它要求利用技術手段激發和簡化學生的創新過程，并通過技術表現多樣化成果，讓創意得到分享和傳播，從而激發學生的創新動力。STEAM教育主張技術作為認知工具，無縫地融入到教學各個環節，培養學生善于運用技術解決問題的能力，增強個人駕馭複雜信息、進行複雜建模與計算的能力，從而支持深度學習的發生。

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