凝心聚力，携手并进促二中STEM教育深入发展

黎梦欣 颜丽娟 李曦东

[摘要]为落实《广州市教育事业发展第十三五规划（2016-2020）》，适应教育领域综合改革的要求，引领和推动STEM教育在广州市的发展，广州市第二中学于2016年开始推行STEM教育，培养掌握核心技术的高素质科技人才。本文从STEM竞赛课程框架、教学组织模式、教师队伍建设、交流活动等多方面介绍了学校STEM教育发展成果，以期为广州各基础学校开展STEM教育提供借鉴。

[关键词]中学教育;STEM;竞赛课程;科技教育

一、背景

广州二中教育集团是广州市首批教育集团之一，已形成“一校两核三類四区五元”的新格局。广州市第二中学是全国首批国家示范性高中、首批广东省青少年科技教育特色学校、基础教育特色课程（科技类）学校、全国唯一的全国科技体育（无线电测向）训练活动基地、全国科技体育传统学校、广东省航空航天科普教育定点学校、航空飞行营地。在质量立校理念指导下，我校以打造优质师资为基础，以先进的学校文化领航，以高水平的科研护航，以多领域的教育高地为发展目标，关注STEM教育的发展，教育质量稳定，办学成果显著，社会誉之“历史名校，状元摇篮”。

为落实《广州市教育事业发展第十三五规划（2016-2020）》，适应教育领域综合改革的要求，引领和推动STEM教育在广州市的发展，我校于2016年开始推行STEM教育，培养掌握核心技术的高素质的科技人才，并取得了部分成效。在广州市教育局、香港教育局、澳门特别行政区第四届行政长官选举委员会的共同见证下，由广州市青少年科技教育协会、香港行政长官卓越教学奖教师协会、香港科技教育学会、澳门科技教育协会联合组成的穗港澳STEM教育联盟于2017年4月在广州市第二中学高中部签约成立，我校为联盟的广州常驻点。联盟倡导的STEM教育理念是透过解难项目，培育学生科艺素养、人本精神及创业家思维，使年轻一代能综合应用跨科目知识和技能，配合工程思维去创新发明，解决现实生活困境问题，致力培养国家年轻一代成为21世纪的创新创业人才。

在过去的几年里，广州、香港和澳门的教育工作者在STEM教育方面建立了强有力的合作。我校在《中国STEM教育白皮书》《中国STEM教育2029创新行动计划》《中国STEAM教育发展报告》等国家级指导性、标准性文件和专家的指导下，依托穗港澳STEM教育联盟领先的优质资源和服务，融合学校教学特色，围绕课程开发、师资建设、成果呈现等方面进行研究，形成了符合广州二中教育集团发展要求的STEM教育课程，提升了教师STEM教育能力，为广州二中教育集团的师生提供了一套前沿的STEM教育解决方案。

二、成果

（一）结合特色项目，提出“四段式”STEM竞赛课程框架

航模和无线电测向是我校的特色项目，这些项目都非常经典，而且综合性强，也具有一定的时代性，项目中涉及的科学、技术、工程、数学都是永恒的议题，教学目标主要是培养学生的STEM素养和综合素质。我校以特色项目为载体，结合学校自身优势，通过剖析、改革教学内容并进行归纳，提出了以“理论积累、实践融合，赛事引领，拓展提高”为研究思路的“四段式”课程框架（如图1），该课程框架将理论与实践相结合，动手与动脑并重，校内与校外同互动，实现了STEM教学模式、特色教学内容的有效创新。

航模和无线电测向等项目除了需要学习基本理论知识以外，还应该让学生在实际中“知其然亦知其所以然”，教师在理论讲授中融合实践认知，让学生进行动手体验和实训，将知识传播、能力培养、素质教育融于一体，加强学生对项目的认知，促进日后专业知识的深入掌握。除此之外，要学生提高学习兴趣和水平，依靠课堂教学是远远不够的。要进一步提升学生的综合素质和能力，其中一个有效途径是参加各种比赛。在日常教学中，项目教学包含了竞赛任务，教师带领学生全面解读各类竞赛体系，对各类竞赛进行针对性训练，与此同时，也提供面向赛事教练的培训。学生在项目中除了学习理论知识、进行实践训练以及参与竞赛，还需要应用所学知识解决现实生活中的问题。

例如我校航模STEM竞赛课程，该课程渗透STEM教育理念，以无人机运动为基础，建立并逐步完善了一套层次清晰、结构分明且行之有效的学生竞赛的组织机制，丰富了校内学生的STEM活动。培养学生扎实的航空理论知识，认识无人机各个组成部分及飞行原理，学习航模、飞控、绘图、飞行安全等理论知识，进行绘图、航模设计与制作、飞行等实操训练，组建无人机校队，参与全国、省、市乃至国际级无人机相关赛事，将航模制作工艺进行拓展应用，对航模进行创新设计。培养学生的解决问题的意识，提高学生动手能力，引导学生将所学知识应用于解决生活问题，为学生成长为具有创新和工匠精神的人才创造条件。锻炼学生的思考能力、观察能力、毅力耐力和动手能力，同时也增强了学生的自信心，能以科学且严谨的态度对待学习、生活和工作。

（二）融合常规课程，构建基于工程设计的STEM常规课程教学组织模式

我校结合教学的常规学科如物理、化学、通用技术、综合实践课程等，通过借鉴CDIO工程教育理念、建造主义理论、实用主义学习理论和情境学习理论的观点和理念，结合穗港澳STEM教育联盟提倡的教育目标，构建了基于工程设计的STEM课程教学组织模式（如图3）。模式要求调动学生的能动性，让学生像工程师一样思考和实践，合理设计若干个针对性强的活动，提供足够的时间，让学生协作互动，在活动中内化学科知识。让学生参与到工程设计中或者要求学生分析已有工程设计问题的解决方法，学生通过项目学习，能够体验工程设计过程，形成工程思维习惯，运用工程设计方法解决问题。

例如融合高中通用技术必修1和必修2的STEM课程《美丽中国——建筑模型的设计与制作》，为学生创造了一个真实的工程情境——模拟担任一名建筑设计师，以现有的中国建筑为原型，制作一个建筑模型，并与环境融合，模拟原型建筑的场景，展现美丽中国。学生通过一系列的试验和探究，获得设计和制作建筑模型所需的背景经验知识，根据所学知识设计解决方案，建立模型和检验数据，并通过课堂交流的方式将工程产品的价值表现出来。

（三）完善集团STEM课程体系

1. 常规课程的实践

集团依托现行国家课程，在常规课程中寻找切合知识点，融入STEM教育理念，结合STEM课程设计的核心理念与目标，整合各个学科的教学目标和手段，面向全体学生，在常规教学中进行STEM课程实践，使学科教学与STEM教育的优势最大化。

2. 研学课程的探索

研学课程在每周三下午第八、九节课进行，在研究性学习的基础上，由不同学科的老师进行STEM课程开发，结合生活实践，融入STEM元素，形成基于STEM教育的研学课程，课程面向部分学生，选题贴近学生的学习和生活，学生可以根据自己的兴趣选择课程。

3. 竞赛课程的深化

在传统的竞赛项目如航模、无线电测向、机器人等竞赛课程继续深化，面向特长学生，根据各项目特点，渗透STEM教育理念，实现传统特色竞赛项目的有效创新。

（四）以点带面组建STEM教育教师人才队伍

我校应教育集团STEM教育发展需要，在学校领导的组织下，以高中部STEM教师为引领，以点带面，组建了广州市二中教育集团STEM教育教师人才队伍。通过项目引领的方式，培养各校区STEM教师的项目技能，熟悉STEM课程的开发和教学模式，最终达到为学校培养人才、带领新人的目标。队伍定期开展参与式培训，分析各校区的STEM教育开展情况，剖析各校区STEM教育经验及存在的问题，做好更为精准的校区STEM教育帮扶计划，同时通过项目培训，共同探讨符合各校区发展需要的STEM教育项目开发模式，谋求集团STEM教育普及化、特色化发展，提升集团各校区STEM教师的能力、STEM教育工作的质量。

（五）发挥联盟优势，组织大湾区和国际STEM交流活动

我校发挥联盟优势，组织和参加了大湾区乃至国际的STEM交流活动。在交流活动中，我校与加拿大艾伯塔省狼溪教育局K12教育代表团、全国各地STEM教育工作者、香港特别行政区行政长官卓越教学奖教师协会、香港科技教育学会、澳门科技教育协会、六国无线电测向代表团就STEM课程设置与教学、继续深化学校间的合作等议题进行了友好的交流，我校形式多样、内容丰富的STEM教育课程和活动得到高度肯定，交流活动也促进了不同文化背景的师生交流，碰撞出了创新思想的火花，为我校STEM教育发展开辟了新空间。

（六）开展内容丰富的校内STEM教育成果展示活动

2019年-2020年，我校开展了全国科技活动周之广州市第二中学STEM教育成果展示活动，在展示活动中开展了FPV项目，以FPV工程制作为主导，学习无人机原理、制作无人机的技术和操控技术，并进行竞速比赛;开展无线电制作项目，运用所学的知识进行无线电测向机的制作、调试，用调试好的测向机进行信号的搜寻以及对所收到的信号进行分析处理，从中掌握测向机的基本制作和调试过程，并感受实地测向的过程;各个学科开展了丰富多彩的科技文化沙龙，让学生感受STEM学科的魅力;邀请了中山大学物理学院副院长姚道新教授和张宏浩教授、科大讯飞AI创新教育首席技术专家王雨蒙老师为学生带来了主题为“关联电子体系-从少体走向多体”“奇妙的物理世界”“迎接人工智能時代”的科普讲座，使学生进一步了解STEM教育，激发了学生对科学、技术、工程、数学的兴趣，培养了学生的科技精神和研究精神，提高了学生的实践能力，为学生提供更多展示自己和提高自己的舞台。

（七）打造STEM课程空间

STEM课程空间是学校STEM整体建设方案的一部分，为课程与教育提供服务和支持，是STEM教育实施效果的重要影响因素，其重要性不言而喻。学校在原科普教育科技实验室和学生发展中心科技创新室的基础上进行改造，添置了3D打印机、激光雕刻机、人工智能机器人等设备，打造了人工智能体验空间、VEX机器人课程空间、无线电测向课程空间、3D打印工作空间等，为学生提供了创新创意分享的空间，促进了学生的自主参与和管理，实现了实践导向和开放共享，消除时间和空间障碍，提供了思想交流碰撞的空间。

（八）建立STEM评价体系及评价指标

根据集团STEM课程的特点，集团建立了STEM评价体系和评价指标，在STEM项目的实施过程中，从学生的STEM工程设计过程——定义问题、创建设计、建立模型、测试并收集数据、分析数据并重新设计、交流结果对学生的学习过程进行评价，并从项目的结构、过程、学生参与度、教学资源等方面对项目整体进行评估;对于项目的总结性评价，主要是通过对学生的STEM工程笔记、作品、分享汇报进行评价，以保证STEM课程达到设定的预期效果。

三、实践成效

（一）教师提升

教师通过参与集团STEM教师培训，进行STEM课程的设计、开发、实施和评价，提高了STEM课程开发的敏感性，会自主地将课程与学生的日常生活结合起来，主动关注学生的问题导向，抓住学生的兴趣点，以生成课程;提高了新课改背景下STEM活动设计、策划、组织能力以及动手实践和操作能力，提升了开展实施STEM活动的水平，指导学生选题和实施项目的能力。以及有效发挥了教师的教育机智。

（二）学生成长

学生在各个STEM课程教师的指导下，通过STEM课程的学习，设计制作了课程相应的作品和方案，作品成果体现了STEM各个学科的融合，体现了学生掌握的科学、科技、工程和数学（STEM）知识，以及追求博学、凡事求真、懂得律已、务实认真、善于变通、机智灵巧的品质，展现出学生创新解难能力、设计思维和工程思维，同时具备将意念转化为图样和实物的能力。此外，学生参加各级别航空航天模型、无电测向、机器人、青少年科技创新等竞赛活动，发掘潜能，发挥特长，成绩斐然，硕果累累。

（三）学校发展

学校开展符合学生发展需求的STEM课程和STEM活动，保障每一位学生都能受到良好的STEM教育。承办赛事展现了我校STEM教育的硕果。各主流媒体及时对我校STEM教育工作进行宣传，使社会各界认识、了解我校，增强了我校师生的集体荣誉感，也给了我校与各校的交流、学习机会，促进STEM教育可持续发展。

四、总结反思

我校依托穗港澳STEM教育联盟的优势资源，聚焦STEM教育，进行理论探索和案例实践，以STEM教育来推动学校教育创新和人才改革模式更新。学校将继续积极推进STEM课程建设，开展内容丰富、形式多样的STEM活动;探索课堂教学与STEM教育一体化、开放式的教学模式，建立自己的品牌STEM课程，充分发挥其示范和辐射作用;创建自己的STEM品牌教师，鼓励教师积极参加STEM教育的理论和实践研究，能以先进的教育理念引领STEM教育的实践;充分利用校内外的资源，推动学校的STEM教育的发展。学校将继续促进STEM教育深度发展，为STEM教育本土化，为未来粤港澳大湾区开展STEM深度教育合作，实现教育强国目标而努力。