【摘 要】本文从STEM教育的探索与实践研究的意义出发，围绕STEM教育校本化探索的设计，深入探讨了如何基于学校实际，开设与之相匹配的STEM校本课程，从而培养学生科学素养、创新精神与解决实际问题的实践能力。

【关键词】STEM课程 校本课程 创新素养培育

我校开展STEM教育校本化实践旨在探讨在STEM教育理念的构想下，通过完善校本课程，把中学部分学科（物理、化学、生物、劳技、地理等）的教学融合到探究科学、生活科技、科学技术内容的学习中，理解科学知识与社会的联系；采用探究式教学方式和问题解决导向的学习PBL（Problem-Based Learning）方式，将STEM教育的研究方法和形式结合探究活动、设计活动、创新比赛以及具有不同教学功能的内容整合到校本STEM课程中，进行课程的设计与开发。通过课程的实施向学生提供更好的学习经验，激发学生探索知识的动机，提高学习效率，培养提出问题的思考能力和解决实际问题的能力，培养学生科学素养和技术素养，为STEM校本课程的建设和实施提供经验。

一探索与实践的背景和意义

（一）探索与实践的背景

1.国际教育的改变

当今，世界各国的教育部门都在积极探索适应新世纪发展和变化的教育理念和模式，培养具有创新性和综合素质的人才。作为数学、科学、技术、工程融合的STEM教育，就成为了国际社会各界所关心的教育改革话题。STEM教育之所以如此受重视，是因为其聚焦了科学技术的应用与创新，关注学生创新精神和实践能力的培养，是当今世界课程改革的新方向。

2.国内教育的变革

目前，教育改革进入深水区，基础教育的体系也产生了重大变化，在强调聚焦人的发展，培养学生创新精神、合作精神、学习能力、动手操作能力的同时，也强调知识的开放性、教师的自主性，课程的多元化由以往的单一科目扩展到不同学科的综合领域。理科教学注重与技术、工程和社会生产、生活实践、自然环境等知识的交融；理科教学需要培养学生用所学的科学知识、科学方法及科学态度来解决生活中所遇到的实际问题的能力。

3.校本课程的发展

新课程背景下，校本课程的学校本位更加凸显，学校应结合实际情况，针对本校特点、优势为特定的学生群体开设适合学生需求的课程，以满足学生对各种知识的需求。同时，在开设校本课程时，学校可把当前学生课外兴趣小组、学习社团等学习资源进行开发和整合，按照课程的规范和标准，形成有一定实施保障、实施程序的教学资源。校本课程开设有助于综合实践活动的教学实施，依据新课改课程计划，校本课程的课时可与地方课程、综合实践活动等课时结合使用。

（二）探索与实践的意义

通过我校对STEM课程校本化的探索，为校本课程建设的模式优化和课程改革方向提供实践经验，对国内STEM校本课程开发理论的发展，尤其是是课程资源的整合、校本课程教学的形式、学生的体验等方面提供实践参考。

二开展STEM教育校本化实践的设计

（一）研究对象和研究环境

1.研究对象

此次研究对象是我校全体高一年级学生。我校学生有扎实的学科基础和一定的探究能力，能够开展独立或小组合作式的课题研究；我校常年与国外中学展开交流合作，学生具有国际视野，能快速接受新的教育理念和方法。

本研究的实施地点为我校创新类综合实验室，实验室按学科分成物理区域、化学区域、生物实验区域、地理环境实验区域，每门学科区域有相应的学习单。学生的学习活动以个人或小组开展，学生在实验室开始学习、提问、设计、制作、实验等。教师根据情况把不同能力、不同性格、不同性别的学生分到不同小组，以便形成互促互教、及时评价指导学习的教学环境。

2.综合实验室的建设

秉承STEM教育理念，我校创建了“科学家探究之路”实验室并开发了与之相配套的课程，进行了STEM教育中科学教学的改革尝试。我校“科学家探究之路”实验室是根据STEM教育中科学教学的理念进行设计的，其目标是努力创设一个能使学生体验和经历科学家探究过程，形成科学探究精神和能力，加深学生对科学探究过程理解，突出其展示与探究体验双重功能的空间环境。该实验室主要包括物理、化学、生物、地理四个学科展厅（即探究空间），展厅活动内容来自三个支点，即科学史的背景、科学哲学（科学的本质）的底蕴、科学探究（研究）的体验。

（二）课程开发与教学设计

1.实验室课程的开发

目前，我校“科学家探究之路”实验室开设了一门科学普及型研究型课程，针对高一、高二年级全体学生，在每个班级劳动周期间用3课时进行科学探究过程体验，培养学生对科学研究的兴趣，加深学生对自然科学的理解，培养学生的科学思维、动手能力与理论联系实际的能力。该课程具体实施方案如下。

首先，学生在进入实验室浏览各个展厅后选择自己感兴趣的主题进行研究性学习。在鼓励学生进行实验、调查、自主探究主题的过程中，以学习单为载体，分主题设置不同的问题，引导学生思考、探究。

其次，在“科学家探究之路”实验室中不再采用传统的“教师教，学生听”教学模式，而采用以学生为主体的探究式学习过程，教师只提供诸如仪器的正确使用、药品的安全管理、学生的人身安全等必要的辅助指导。

再次，学生在实验室的探究活动未必有标准答案，探究结果也不需要取得某项成果。整个课程注重的是对学生探究思维、探究能力的培养。教师在引导学生深入探究的学习单上分主题设置了不同的问题，分为A、B、C、D四个等级，难度越高分值越大（相应的分值分别为5分、10分、40分、60分）。最终，教师可通过学生探究的问题量以及难度，对学生的探究过程进行量化评价。

2.教学设计案例

我校分别设计了多个物理、化学、生物、地理、环境的学习单，为学生提供多种选择。如下是化学学习单实例。

化学学习单-展台1《化学与饮食》

（1）为什么薄荷糖放到可乐中会发生喷涌？同时吃这几样食品会危害人体吗？为什么？

（B）答：__________________________________

（2）除了可乐外，薄荷糖和哪些物质在一起，同样可产生沸腾现象？（列举出五种）

（B）答：__________________________________

（3）在牛奶和柠檬水混合的实验中你观察到了什么现象？试解释产生该现象的原因。

（B）答：__________________________________

（4）能否将牛奶和柠檬水同吃？为什么？

（A）答：__________________________________

（5） 在补铁剂和茶水混合的实验中你观察到了什么现象？试解释产生该现象的原因。

（B）答：__________________________________

（6）贫血病人能否用茶水送服补铁剂？

（A）答：__________________________________

（7）补铁剂和茶水同食，属于食物拮抗作用原理中的哪一种？

（A）答：__________________________________

三STEM校本化探索与实践的成果

（一）创新实验室的运行成果

“科学家探究之路”实验室的实验拉近了科学知识与日常生活的距离，在可控、开放的时空中，通过学习探究，体验知识形成和获取的过程、完成对知识的建构。理论联系实际，大大激发了学生在日常生活中动手实验的欲望，养成动手的习惯，提高其探究能力。

在体验完实验室课程后，学生们提出了一些自己想要进一步了解的问题。有部分学生甚至提出了研究课题，并在专家的进一步指导下，参与了青少年科技创新大赛以及各类青少年创新赛事。例如，我校学生李舟凡提出建立智能食堂点菜系统，以缓解我校食堂点菜排长队的难题。另外，每天一早进入食堂前，学生可以扫一扫昨天制订的菜单，然后系统根据扫菜单的时间顺序相应地在食物供应的窗口送出套餐，在再次扫过菜单后，食物才能从“智能锁”上被取走，从而避免了误拿、多拿。

（二）开发校本化的STEM课程

我校鼓励各理科教师进行集体备课，采用教师合作模式，以《STEM项目学生研究手册》一书为参考，各学科教师在介绍STEM研究方法时，以各自学科的内容为案例进行讲解和应用。

（三）STEM校本化课程实施后的学生成果

1.学生课题参与度分析

近两年我校学生参与课题研究的人数达到了80%以上，有的学生利用寒暑假已经做出了基本的结论；有的通过校内导师指导或者通过校内导师与高校导师牵线，利用大学的资源和平台开展了课题研究。总之，我校学生的课题参与度和积极性有了显著提高。

2.学生课题获奖情况分析

对我校近三年学生的创新创意成果统计如下图1、图2所示。

图1 创新获奖项目数量的变化 

图2 获奖创意作品的数量变化

通过对数据的分析，我们可以发现：我校学生的创新成果每年逐步增长，从成果的质量上来看，一等奖的增长比例最快；从成果类型来看，创意类作品有了很大的突破，从第30届只有一个三等奖的创意作品，到2017年入围的18个创意类作品，可以看出学生在课题意识和创意方面的进步，这也是我校一直坚持培养的方面。我校长期致力于培养学生的问题意识和课题意识，并组织教师形成导师团队指导学生科学地开展课题研究，有理念、有方法、有计划地进行课题研究。我校学生在校学习了STEM研究方法，并积极参加各类相关活动，进行实践探索。例如，在2016年10月举办的首届“STEM世博会”活动中，我校高二年级学生沈是昊、王若凡从众多选手中脱颖而出荣获“最佳展示奖”。

（四）STEM教育校本化之校外合作

1．建立STEM课程教学基地

2016年11月4日，我校与上海市STEM云中心合作，在我校建立了STEM课程基地。此举标志着较成熟的STEM课程正式在我校落地，我校STEM教育的发展又向前推进了一步。

2．合作课程

上海市STEM云中心的教师在我校开展了“STEM导论”和“DNA项链”两门课程。精心设计的课程与专业的实验设备带领学生开启了STEM教育的奇妙之旅，对提高我校学生STEM综合素养、运用科学方法解决实际问题的能力产生了重要而深远的影响，它与同时推出配套的“科技前沿系列”名师讲坛活动，成为我校培养科技创新型人才的两大基石。

四STEM课程校本化探索与实践之反思

（一）实践探索的若干收获

1.通过STEM课程的教学，学生在科学探究方法、数据分析处理手段和能力方面得到了提高。学生的创新思维、创新能力得到了锻炼，创新动机得到了增强，学习的兴趣和关注的范围得到了扩展，学生从关注实验本身到关注科学探究的方法、思想，关注生活中的科技、环境、自然等问题。可见，STEM课程能有效帮助学生掌握研究问题的科学方法。

2.STEM课程教学中釆用的探究式教学和问题导向的学习方式效果显著，有助于创建愉悦的学习气氛，培养学生合作学习、互励互教的能力，有助于激发学生学习兴趣，提高学习效率。

3.学生对STEM教育理念和方法持正面的态度。学生认为教学活动有趣，乐于接受不同的教育方法和新的理念，学习中又有很多动手的机会，愿意主动参与到学习中，态度积极。另外，新颖的教学内容、以学生为主的教学方式和良好的课堂环境，为培养学生的能力提供了保障，学生非常愿意将所学用到实际中去，参与创新活动或赛事。

4.STEM课程强调面向项目的学习方式，与学生自身经验或社会生活的关联程度越高，学生的学习兴趣也越高，学习动机更强。学生常常能够根据生活经验及时、准确地发现问题关键点，并能有一定程度的发散思维，联想生活中类似的问题。

5.在本次研究中，STEM课程建设中的多学科教师合作模式、校企合作模式等在课程开发、实施方式、实施质量上都取得了较好成效，初步完成了我校STEM课程校本化的开发和建设工作。

（二）进一步发展方向及相关建议

根据本次研究的结论，针对我校STEM教育校本化的开发和实践，我们提出以下几点建议。

1.鼓励我校理科教师参与STEM课程的开发。我校不少教师仍停留在独立的学科教学上，其实，随着信息社会的发展，学生越来越容易获得学科知识信息，教师若要给学生更宽广的知识，自己就不能只局限于本学科，应该关注学科间的联系以及如何联系实际解决问题。

2.寻求多方位合作。除了制订我校定期研发的新教学资源和完善已有课程的计划，我校还吸收借助如高校、科研机构、社会教育机构等其他相关教育资源来完善课程的开发。

3.丰富课程外的活动。STEM教育以课程为载体，但囿于课时，学生项目更多的需要在课外进行交流。我们建议校本课程开发教师在发展校本课程内容时，要适当地融入比赛活动、科学游戏要素，把竞赛活动、科学游戏作为一些活动的教学策略，从而帮助学生达成学习目标，提高科学素养。

4.获得多方评估与反馈。新事物的发展总是曲折螺旋式上升的，在加速STEM课程校本化的过程中，校方和参与教师应该及时获得多方面评估和建议的反馈。教师作为课程发展最直接的实施者，教师素质的提高，教学水平的提高以及教学方式的改进，在对教师自身专业成长方面有很大帮助的同时，也将最大程度地影响到课程的质量。

参考文献：

[1]杨士军.高中生科学研究入门（第三版）[M].上海:复旦大学出版社,2016.

[2]钟柏昌,张丽芳.美国STEM教育变革中“变革方程”的作用及其启示[J].中国电化教育,2014(4).

（作者系复旦大学附属中学  杜程鹏  杨士军  刘 玲  姜晓梅）

（本文刊载于《现代教学》2018年5A刊）

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