基于STEM教育理念的教学方法的选择

郑泽丽

(喀什大学教育科学学院，新疆喀什，844000)

STEM，即科学(Science)、技术(Technology)、工程(Engineering)、数学(Mathematics)的英文首字母的缩写。教育理念注重有效地培养和提高学生科学的素养、技术的素养、工程的素养与数学的素养，具有跨学科性、趣味性、体验性、情境性、协作性等教育特征。[1]STEM教育注重提高学生问题分析与解决的能力以及创新能力，有助于为21世纪培养一批创新型人才。在美国，STEM教育已经发展30多年，近年来世界各国也逐渐开始实施STEM教育。随着STEM教育理念日渐深入实施，社会必然会对STEM的教师和学生提出更高的要求，STEM教师对教学方法的正确选择是首要的。因此，在STEM现代教育理念日渐深入的情况下，STEM教师对教学方法的正确选择在实践中也变得尤为重要。

一、STEM教育实施的必要性

随着信息时代的发展，STEM教育理念的实施有其必要性。一方面，从国际层面来看，各国为提高本国国际竞争力，竞相培养21世纪技能人才。另一方面，从我国国情来看，我国经济的转型发展需要合理的人才结构和高质量的人才。

(一)国际社会对21世纪技能人才的迫切需求

国际社会对21世纪技能人才的重视与迫切需求，使STEM教育有其实施的必要性。21世纪所要求的技能之一就是学习与创新的技能。从宏观上看，是否具有学习与创新的技能被国际社会当作区分学生是否已为21世纪越来越复杂的国际社会生活与工作环境做好准备的一种认证方式。从微观上看，创造性、批判性思维、交流与沟通以及合作等是学生为未来国际社会做好准备所必不可少的。[2]而STEM教育的实施有助于充分培养学生科学与探究的能力、创新的意识、批判性的思维、信息技术的应用能力等未来社会发展所必备的技能和创新能力。[3]因此，STEM教育的实施有助于21世纪的技能专业人才的再教育和培养，有助于满足未来国际社会对技能人才的迫切需求。

(二)国内经济与教育的发展需要优质的STEM人才

我国在经济转型发展的过程中存在着人才质量不高、人才结构有缺陷等问题，教育领域中新时代核心素养对教育人才有了新的要求。所有这些问题或要求均促进我国STEM教育的开展与实施。

1.社会经济转型中人才结构与质量的现状，以及社会对人才的需求

我国目前社会经济的发展、人才结构与劳动力质量的实际变化情况，需要我国积极实施STEM教育。第一，我国于2015年提出“中国制造2025”，力争在新中国成立一百年时，综合经济实力进入世界制造产业强国的前列。[4]2016年颁布的《国家创新驱动发展战略纲要》进一步提出了国家分三步走，到2050年建成世界制造业和科技创新产业强国的战略。[5]所有这些发展战略的实现都意味着需要创新型人才的有力支撑。但从目前的人才发展情况来看，创新型专业技术人才、高水平技能人才的匮乏将会成为我国社会经济发展与转型的一个重要瓶颈。[6]第二，中国制造业人才的竞争力和水平有待进一步提高。比如，中国目前劳动力数量的排名处于世界第一，而研发技术人员的数量在120多个国家中的排名仍然比较靠后。第三，经济转型对制造业人才的结构也提出了更高的要求。中国的人才数量虽然是在逐步增长的，但是中国人才的结构仍然是有缺陷的。[6]在2019年的《世界人才报告》中，我国“熟练的工人的可获得性”“金融技能的可获得性”以及“高级管理人才的可获得性”的指标虽较2018年排名有所靠前，但在63个国家中均列于25名之后。 而“满足企业需求的语言技能”及“高级管理人员的国际经验”这两个指标的排名在63个国家中却仍列40名之后。[7]因此，在我国要进一步实现社会主义市场经济持续转型升级、人才结构的调整和优化以及质量提高的背景下，STEM教育变得尤为重要。

2.教育领域新时代核心素养的要求

我国STEM教育对人才的培养与新时代核心素养的发展要求不谋而合。新时代核心素养的形成和发展，需要引导学生在真实的社会生活情境中学习和运用相关的知识、技能，而不只聚焦于纯粹、单一的某个学科内容或主题中。这就要求教育者在选取课程内容和进行课程设计时，进行有效的跨学科内容或主题教学。而目前STEM已在全球范围内发展成为重要的跨学科主题，且为学生创造了跨学科的学习机会和体验。[8]此外，核心素养的核心之一是创造性的思维能力[9]，而STEM教育有助于更好地培养和提高学生的创造性思维与自主创新能力。因此，为应对新时代核心素养的发展要求，我国亟须积极培养一批STEM教育人才。

二、STEM教育理念下的教学方法

教学方法作为现代教学论学科研究领域的重要研究范畴，直接影响着整个学校教育的质量。[10]STEM教育理念需要教师有一套合适的教学方法。STEM教育运用了跨学科的创造性思维和跨学科知识的融合帮助学生解决真实世界和情境中的问题，从而有效培养和提高学生的创造力和STEM素养。因此，STEM教育对教师的理论专业性和实践能力的要求更高，要求教师具备良好的跨学科知识的融合运用能力、创新思维能力、工程与信息技术理论和实践的能力、STEM参与教学实施的能力等。[11]为了充分激发学生的创造力和STEM潜力，教师必须完善和改进其教学方法。以下简单介绍三种常用的STEM教学方法。

(一)跨学科教学法

跨学科教学是培养全面发展人才的一条有效途径。教师通过跨学科的方法对STEM教育进行指导，使学生能够建立与现实世界的联系，并为就业做准备。

常用的几种基于跨学科的教学法主要有知识移植法、辐射法、实践法及跨学科综合法等。其一，知识移植教学法的目的是，通过借鉴或综合引用其他跨学科知识为本学科的课堂服务，帮助学生解决影响本学科课堂教学的问题。这种跨学科的知识迁移法旨在促进学生对本学科中某些具体知识点的深入理解和综合运用，或为学生创设特定的课堂教学实践情境等。[12]其二，辐射法是指以某一学科研究的对象为基础和中心，对学生所研究的内容从各个不同的知识角度或侧面进行发散性的深入思考与系统性的实践，扩散运用到其他学科中，充分发挥跨学科核心知识的“辐射”驱动效应，逐步实现多学科知识整体的发展。[12]其三，实践教学法是指基于跨学科的STEM课程，在充分融合教师和学生已经掌握的现有知识的基础上，设计一系列STEM的实践教学活动，引导并提高学生在实践中发现问题、解决问题的意识和能力，提升学生沟通与合作的能力，培养学生开拓创新的精神。[12]其四，综合法是指多种科学理论和方法的有机综合运用，将分析与综合、归纳与逻辑演绎、定量与定性等多种科学方法有机结合起来，形成一个统一的综合法整体。[12]

(二)项目学习教学法

项目学习教学法是以真实的项目任务为基础，要求学生在项目中运用多种方法和技能解决一系列问题，进而完成最终确定项目的一种教学方法。基于真实项目学习的STEM融合课程，即开放式的STEM项目学习，为学生提供了开放式的真实模拟项目学习任务，引导学生通过掌握和运用有关STEM的跨学科知识和专业技能，解决多个项目相关的问题，最终的目标是帮助学生顺利完成所要求的真实项目学习的任务。基于真实项目的STEM融合学习旨在通过让学生参与真实的STEM项目，使学生学习、运用并充分调动自身科学、技术、工程和数学等各种跨领域学科知识，形成所要求的真实项目的整体解决方案，同时指导学生如何予以设计和实施，最终帮助学生完成所要求的项目和产品，实现所要求的学习目标和期望。[13]基于项目学习的教学法注重“做中学”，并鼓励学生在完善自己的知识体系的同时发展新的知识。

(三)问题解决法

问题解决法的过程一般由六个主要步骤组成：(1)仔细分析问题，对问题进行表征。即遇到任何一个复杂的问题时，先对该问题进行主动建构与分析理解，这是后续解决问题的重要基础。(2)有效提出多种可以解决问题的方案。在基本了解了一个问题后，通过分析比较其现状与预期中所要达成的发展目标之间的差距，就能够准确地发现其发展的趋势，依据这个趋势可以有效提出不止一种解决问题的方案。(3)选择最优的解决方案。在充分考虑了时间、人力、物力、财力等各种因素后，从多种问题的制订和解决方案中选择最优的一种解决方案。(4)制订和实施方案。将选定好的问题解决方案在实际的情境中加以实施。(5)评价方案的效果。一是评价问题解决方案实施的整个过程，确认方案是否严格遵循了规范、是否存在错误步骤或者遗漏了步骤等。二是评价问题解决方案实施后所产生的实际效果，确认方案能否产生预期的效果，成功地解决问题，顺利地达到目标。(6)对方案内容进行修正。若评价方案效果不理想，教师就要先进一步分析其原因，再对方案的内容进行修改，之后重复第四步骤，直至出现的问题最终得到了圆满解决。[14]为了能够更好更深入地解决课堂教学问题并提出最优解决办法，具有真实教学经验的STEM教育工作者需要熟练掌握这种以学生实际需求为导向的独特教学法。

综上，随着之后教学研究的不断深入，除上述的STEM教学常用的几种教学方法外，教育界应该还会不断涌现出多种适合于STEM教育的教学方法。

三、STEM教学方法的选择依据与运用

任何教学方法的正确选择与综合运用都应当遵循一定的依据。第一，教学目的和任务。教学任务对教学方法的正确选择和运用具有方向性的指导意义。教学方法的选择要根据不同的教学目标进行。在基本明确教学目标之后，教师要对各种教学方法完成教学目标的可能性和影响进行综合分析，然后结合实际情况选择最佳的教学方法。第二，在教学内容的具体性质和特点方面，不同的教学内容决定了所采用教学方法的不同，教师要根据不同学科的具体性质和教材的具体特点选择一套合适的教学方法。第三，在考虑到学生的年龄特征对教学方法选择的影响这一方面，教师要注重学生的实际发展情况，特别是学生的心理特征和知识基础。除上述影响因素外，STEM还受教学手段、教学环境、教师自身的能力和素质、课程内容和重难点、教学时间和效率等因素的影响和制约。这就要求教师要全面、具体、综合地分析、考虑各种有关的因素，进行综合权衡和取舍。[15]

STEM教学方法的选择和运用还应注重其综合性、灵活性、创造性及时代性等特征。综合性是指根据实际的教学任务和教学内容，综合运用多种教学方法，避免长期单独使用一种教学方法。灵活性是指从实际的教学情况出发，随时对现有教学方法进行相应的优化和调整。创造性是指根据教学需要和实践的具体实施情况，在准确把握和运用现有各种教学方法的基础上有所创造。[15]时代性则是指现有教学方法的运用要做到与时俱进，开拓创新。此外，我国STEM教师在进行各种STEM的教学时，要兼顾学生身心发展的顺序性、阶段性、差异性与不均衡性，还要严格遵循直观性、启发性、量力性、思想性、实践性、科学性相统一，理论联系实际，因材施教等一系列教学原则，选择一套适合学生学与自身教的最有效的STEM教学方法。

四、结语

在这个信息、科技和社会经济快速发展的新的历史时期，教育的发展是一个国家经济社会发展的根本。而对教师的培养是学生成才的关键因素，教师对教学方法的正确选择直接影响着学生上课的积极性和主动性。高明的教师的教学方法的整体构成总是丰富多彩和千变万化的，且包含着能体现教师个性和教学特色的一些独创性因素。[16]因此，我国需要进一步大力加强STEM创新型教师人才的培养，培养其跨领域多学科综合教学能力、信息科学技术综合应用能力，开拓其创新教学的思维，从而真正有助于教师选择一套适合自身教和学生学的有独特风格的科学的STEM教学方法。