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【摘 要】本文阐述了STEM教育的基本理论，提出了从社会、学校、家庭三个维度创设体验空间，基于自身教育实践，从开设创新课程、构建“工作坊”教学模式、形成评价新机制、提供传统的和开源软硬件制作工具、吸纳专业及背景广阔的跨界导师、构建线上线下互联互通的融合空间这六个方面进行STEM教育的实施研究，以点燃学生创新造物的热情，增强国家创新实力，解答“钱学森之问”。
【关键词】STEM教育；Scratch编程；3D建模打印；创客教育
【中图分类号】G633.67 【文献标识码】A
【论文编号】1671-7384（2017）04-0035-04
著名的物理学家钱学森曾提出这样一个问题：“为什么我们的学校总是培养不出杰出的人才？”这一世纪之问引发了教育界的深入思考。毫无疑问，我们的学校能够培养出来“人才”，只是钱老所说的“杰出人才”更强调的是具有创新能力的人才。特别是在世界多极化、经济全球化背景下，科技创新成为驱动经济发展的关键动力，科技人才是国家科技实力、创新实力和国家竞争力的重要体现，因此，培养科技人才、提升创新能力成为各国教育的重要内容。而我国在应试教育背景下，长期以来存在着重脑力轻手工、重理科轻工程的现象，相当多的学生眼高手低、高分低能。远在大西洋彼岸的创新强国似乎可以为我们提供新思路：美国有“惠普车库”“迪斯尼车库”“亨利·福特车库”“苹果电脑车库”“A Spec车库”等这些为全球提供创新科技的“车库”，于是便有了“车库文化”一说。这种车库文化体现了美国国民的“尚技重工”，推进了人类科技的进步，也潜移默化地影响着他们的下一代，这种“车库文化”就是创客教育，它提倡自己动手DIY、鼓励创新开拓的思想。同时，STEM教育被视为培养学生科技创新能力的有效方式，受到世界各国的广泛关注。STEM 即科学、技术、工程和数学四门学科的简称，于20世纪80年代末由美国科学基金会联合科学家、技术家、工程师和数学家共同提出。STEM教育致力于培养和提高学生跨学科解决问题的能力，强调工程技术与科学、数学等学科的融合。虽然，创客教育与STEM教育的关系在学术界仍然存在争议，但是在实践中将学校内的创客教育视为STEM教育，是一种平衡实践和理性的办法。美国的STEM教育实践证明，STEM教育可以提升国民素质，促进就业与收入分配的均衡化，增强国家经济实力，驱动创新。
创设STEM教育体验空间
目前，我国的STEM教育逐渐蓬勃发展起来，2016年3月发布的《中国创客教育蓝皮书2015》，体现了国家对STEM教育的重视。许多学校也相继开展了STEM教育实践，并取得一定的成果，如清华大学i.Center众创空间、英特尔—西南交通大学大学生创客活动中心、温州中学DF创客空间和北京市丰台区第八中学创客空间。但是前进的道路不会是一帆风顺的，笔者在基层了解到的许多学校的STEM教育运作模式是：当上级发文有创新竞赛或者机器人赛事的时候，学校层面布置发动，购置赛事主办方规定某赞助商所在公司生产的机器人，训练学生参赛拿奖。很多学校的STEM教育的实施现状从实施时间上看是从文件颁布开始到拿奖状结束；从内容上看创新大赛往往嫁接了许多教师的创意，机器人比赛运用指定机型、指定软件、指定方案进行设计；从受众上看，仅是一小部分学生参与。因此，在STEM教育的实践过程中存在着内容形式化、创意虚假化、目的功利化的不足。教育是慢的艺术，它需要有一个普及的、持续的推动，因此STEM教育的实践就必须建设体验空间，让每一名学生都有机会、有时间、有空间感受STEM教育的魅力，点燃创造激情。
1. 从社会层面，培育有共同兴趣爱好或利益的社会群体
如上海创客中心在内的90家创业服务组织共同成立了上海“众创空间”联盟，中国电子学会现代教育技术分会牵头的全国中小学STEAM教育大会目前已召开四届；柴火创客空间得到全球最大的创客集会Maker Faire 官方授权，以主办方的形式从2012 年起开始每年举办深圳制汇节。社会作为一个大的环境，拥有丰富的资源和条件，社会群体的建立一方面可以吸引志同道合的学生聚集在一起激发热情，彼此的想法碰撞出创造火花；另一方面有利于资源的整合和充分利用。利用学校以外的一些好的资源和服务，还会让学校和学生畅通地享受高精尖技术带来的视野和能力的跃升，以及以此为载体带来的人际交流范围的扩大，为其以后健康走入社会和生活奠定基础。
2. 从学校层面，建设STEM体验中心
最近江苏、重庆、上海等地命名了一批STEM实验学校或者STEM实验工作室。学校是教书育人的主要阵地，因此非常有必要通过学校层面的引领来带动STEM教育或者说创客教育的开展。在各校建设STEM体验中心或者创客教室，对学生更开放，可以让每一名学生都能动动手、动动脑，切实感受到STEM教育的魅力。
3. 从家庭层面，建设角落文化
创作需要有一个DIY的三维物理空间。美国有车库文化，但许多中国家庭目前的住房条件或许都不具备。基于本国国情，每个中国家庭里可以建设“角落文化”，并配置DIY的相应工具器材，以供孩子们在空闲时间动手摆弄，在这小小的角落里说不定就能萌生大大的创意。
只有建立良好的创客教育大环境才能让创客运动席卷全国。所以，要解决STEM课程的空间体验问题，需要通过社会、学校、家庭的“三维驱动”才能有效打通边界，使得社会之间、学校之间、家长之间的知识和智慧畅通流传，以智慧生成智慧，最终服务于学生的健康成长与发展。
STEM教育的实施策略
1. 开设STEM创新课程
除了物理空间的创设之外，学校还应该开设符合校本、生本的STEM创新课程，以及持续推进机制的建立。市场上一些公司推出的课程或许有些借鉴意义，但大都是美国的舶来品，在中国落地生根需要适应、嫁接和改造的过程。笔者近几年在实践的基础上先后编撰了《中小学生3D建模打印教程》和《面向STEM的Scratch创新课程》，并且在小學高年级全年级推进，受到了家长和同行的好评。具体策略是，在五年级开设3D建模打印社团，六年级成立STEM创新社团，全年级开设3D建模打印课程和Scratch创新课程，这样五年级的社团成员到了六年级成为了教师小助手，STEM创新社团成员也成了Scratch创新课程实施中的好帮手。 2. 采用“工作坊”教学模式
开设创客空间，并设置有专门的创意课程，为学生们提供“让想象落地”的平台很重要。在实际教学中，探索适合这一崭新课程的教学模式也需要一线教育者去实践与思考。笔者在实际教学中采用“工作坊”的教学模式，取得了预期的成效。例如，笔者在2016苏州市小学信息技术教学观摩活动中的公开课“沙滩椅塑料构件制作”，从孩子们熟悉的“沙滩椅损坏后如何修复”这一问题入手，让学生体验运用3D建模打印解决生活中的实际问题。教学过程中探索“工作坊”教学新模式，微课、学案、教材、小组协作结合运用，各环节在教师的主导下有序展开，整课以“课题竞标”为主线，在PPT上实时评价记录，教学容量大，节奏快，适合高年级学生的年龄特点，取得了良好的教学效果。“工作坊”的角色有三种，分别为“参与者”“专业者”“促成者”，这里教师需要培育好“专业者”，这是工作坊教学模式成功的关键所在。3D建模课程是在六年级全年级进入课程的，之前的五年级开设了3D建模打印社团。这些“精英”到了六年级自然而然成为了“专业者”。在Scratch创新课程的学习中，学校STEM创新社团的成员们则也相应地成为了“专业者”。工作坊的宽松环境有利于学生发散性思维的培养和学生间的协助活动的开展。
3. 探索教学评价新机制
笔者在实践中还对教学评价及奖励机制进行了一定的探索，取得了较好的成效。
首先是改变学生的评价模式，在应试教育的浸润下，许多信息技术教师至今还用“考试”来决定学生的评价结果。这就造成学生一些平时学习的惰性，试图与其他学科一样，在最后的考试中侥幸过关。针对这一现象，笔者制定了平时成绩占百分之九十，期末考核占百分之十的评价机制。每节课作品完成并通过作业提交系统上交的、项目推进明显、回答难度系数较高问题等方面表现良好的即时加分。最后对总分进行排序，决定学生最终成绩的评定。
在同样的评价策略下，笔者又发现班级和班级之间存在着不小的差异。基于此推出班级作品完成排行榜，及时公布平行班各班的作品完成总数及完成率，唤醒班级的集体荣誉感。于是有的班级为了避免垫底，有的班级为了“一雪前耻”，有的班级则为了争夺年级第一，纷纷找寻他们所谓的“潜力股”。这种你追我赶的氛围的形成，显然有利于教学目标的达成。当然，设立一些激励机制是必要的，比如，每班的前五名可以获得老师的签名赠书，且可以进入学校的STEM创新社团等，这些激励措施用来激发学生们的学习兴趣。
4. 提供传统的和开源软硬件制作工具
在创客教室、STEM体验中心，配备让学生能实现创意、摸到梦想的3D打印机、Arduino等性价比高的硬件设备。Arduino是开源硬件软件，它基本透明掉了硬件电子部分，只剩下软件部分，把电子部分组成“模块”，这种简单易懂的软件使得小学生也能轻松上手，理解使用。也正因如此，它的硬件价格低廉，软件也无须购买。国内许多公司化运作的机器人比赛，购买一个器材动辄几千上万，笔者撰写的《面向STEM的Scratch课程》配套的可供全班学生使用的25套Arduino器材花销总和不到2万，而且由于硬件的兼容性好，传感器通用性强，在需要升级“版本”时还可有效利用原有器材。
5. 吸纳专业及背景广阔的跨界导师
对于处在发展中的学生来说，拥有专业知识的教师的引领和指导是非常关键的。虽然中国目前还没有出现类似创客之父一样有影响力等级的人物，但是在学校层面已经有景山学校的吴俊杰、温州中学的谢作如老师等引领；所有这些都为我国跨学科整合性人才的培养创造了有利条件。
6. 构建线下线上互联互通的融合空间
为了更好地实施教学，需要打破传统课程的时空限制。在课程的教学过程中，在学生机端建立“教学微视频”文件夹，学生除了在工作坊中探讨，寻求专业者的指导外 ，还可以从校本课程、教学微视频等多渠道及时获得跨越障碍的有效信息。有的学生远程跟淘宝的传感器卖家通过旺旺进行沟通，了解传感器的性能、安装及相关重要参数等。此时，网络上的一些“专业者”也参与其间，交流将不再局限在课堂，也不再受到时间和空间的限制。
结 语
学校创客教育、STEM教育的课程开发者谢作如老师指出，中小学建设创客空间必要的条件有：足够大的场所、足够全的工具，以及足够长的开放时间。这三个足够解决物理三维空间和实施的时间四个维度的要素。实际上，就如本文所述，要有效地持续推进，还需要一线教师开发的适合校情生情的实验课程，探索适应教育新模态的教学模式及教学评价机制，给各实验学校培训和配备STEM教育或者创客教育师资等。
1993年钱学森在写给钱学敏的信中这样描述未来的教育：“我在想，中国21世纪的教育是要培养18岁的大成智慧学硕士。”2010年我国在《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020年）》中提出了战略目标，即到2020年进入人力资源强国行列，我们也欣喜地看到“北京创客空间”“上海新车间”“深圳制汇节”都有的“大成硕士”的隐约身影。因此，我们有理由相信随着创客运动的深入发展，相信会有更多的教育工作者對STEM教育进行实践和研究，逐步形成突破时空界限、多场景无缝衔接与融合的全时空化学习情境，点燃学生的创新造物的火花，提升STEM素养，也最终将会找到钱老世纪之问的解决之道。
（作者单位：江苏苏州市吴江区鲈乡实验小学）
【关键词】STEM教育；Scratch编程；3D建模打印；创客教育
【中图分类号】G633.67 【文献标识码】A
【论文编号】1671-7384（2017）04-0035-04
著名的物理学家钱学森曾提出这样一个问题：“为什么我们的学校总是培养不出杰出的人才？”这一世纪之问引发了教育界的深入思考。毫无疑问，我们的学校能够培养出来“人才”，只是钱老所说的“杰出人才”更强调的是具有创新能力的人才。特别是在世界多极化、经济全球化背景下，科技创新成为驱动经济发展的关键动力，科技人才是国家科技实力、创新实力和国家竞争力的重要体现，因此，培养科技人才、提升创新能力成为各国教育的重要内容。而我国在应试教育背景下，长期以来存在着重脑力轻手工、重理科轻工程的现象，相当多的学生眼高手低、高分低能。远在大西洋彼岸的创新强国似乎可以为我们提供新思路：美国有“惠普车库”“迪斯尼车库”“亨利·福特车库”“苹果电脑车库”“A Spec车库”等这些为全球提供创新科技的“车库”，于是便有了“车库文化”一说。这种车库文化体现了美国国民的“尚技重工”，推进了人类科技的进步，也潜移默化地影响着他们的下一代，这种“车库文化”就是创客教育，它提倡自己动手DIY、鼓励创新开拓的思想。同时，STEM教育被视为培养学生科技创新能力的有效方式，受到世界各国的广泛关注。STEM 即科学、技术、工程和数学四门学科的简称，于20世纪80年代末由美国科学基金会联合科学家、技术家、工程师和数学家共同提出。STEM教育致力于培养和提高学生跨学科解决问题的能力，强调工程技术与科学、数学等学科的融合。虽然，创客教育与STEM教育的关系在学术界仍然存在争议，但是在实践中将学校内的创客教育视为STEM教育，是一种平衡实践和理性的办法。美国的STEM教育实践证明，STEM教育可以提升国民素质，促进就业与收入分配的均衡化，增强国家经济实力，驱动创新。
创设STEM教育体验空间
目前，我国的STEM教育逐渐蓬勃发展起来，2016年3月发布的《中国创客教育蓝皮书2015》，体现了国家对STEM教育的重视。许多学校也相继开展了STEM教育实践，并取得一定的成果，如清华大学i.Center众创空间、英特尔—西南交通大学大学生创客活动中心、温州中学DF创客空间和北京市丰台区第八中学创客空间。但是前进的道路不会是一帆风顺的，笔者在基层了解到的许多学校的STEM教育运作模式是：当上级发文有创新竞赛或者机器人赛事的时候，学校层面布置发动，购置赛事主办方规定某赞助商所在公司生产的机器人，训练学生参赛拿奖。很多学校的STEM教育的实施现状从实施时间上看是从文件颁布开始到拿奖状结束；从内容上看创新大赛往往嫁接了许多教师的创意，机器人比赛运用指定机型、指定软件、指定方案进行设计；从受众上看，仅是一小部分学生参与。因此，在STEM教育的实践过程中存在着内容形式化、创意虚假化、目的功利化的不足。教育是慢的艺术，它需要有一个普及的、持续的推动，因此STEM教育的实践就必须建设体验空间，让每一名学生都有机会、有时间、有空间感受STEM教育的魅力，点燃创造激情。
1. 从社会层面，培育有共同兴趣爱好或利益的社会群体
如上海创客中心在内的90家创业服务组织共同成立了上海“众创空间”联盟，中国电子学会现代教育技术分会牵头的全国中小学STEAM教育大会目前已召开四届；柴火创客空间得到全球最大的创客集会Maker Faire 官方授权，以主办方的形式从2012 年起开始每年举办深圳制汇节。社会作为一个大的环境，拥有丰富的资源和条件，社会群体的建立一方面可以吸引志同道合的学生聚集在一起激发热情，彼此的想法碰撞出创造火花；另一方面有利于资源的整合和充分利用。利用学校以外的一些好的资源和服务，还会让学校和学生畅通地享受高精尖技术带来的视野和能力的跃升，以及以此为载体带来的人际交流范围的扩大，为其以后健康走入社会和生活奠定基础。
2. 从学校层面，建设STEM体验中心
最近江苏、重庆、上海等地命名了一批STEM实验学校或者STEM实验工作室。学校是教书育人的主要阵地，因此非常有必要通过学校层面的引领来带动STEM教育或者说创客教育的开展。在各校建设STEM体验中心或者创客教室，对学生更开放，可以让每一名学生都能动动手、动动脑，切实感受到STEM教育的魅力。
3. 从家庭层面，建设角落文化
创作需要有一个DIY的三维物理空间。美国有车库文化，但许多中国家庭目前的住房条件或许都不具备。基于本国国情，每个中国家庭里可以建设“角落文化”，并配置DIY的相应工具器材，以供孩子们在空闲时间动手摆弄，在这小小的角落里说不定就能萌生大大的创意。
只有建立良好的创客教育大环境才能让创客运动席卷全国。所以，要解决STEM课程的空间体验问题，需要通过社会、学校、家庭的“三维驱动”才能有效打通边界，使得社会之间、学校之间、家长之间的知识和智慧畅通流传，以智慧生成智慧，最终服务于学生的健康成长与发展。
STEM教育的实施策略
1. 开设STEM创新课程
除了物理空间的创设之外，学校还应该开设符合校本、生本的STEM创新课程，以及持续推进机制的建立。市场上一些公司推出的课程或许有些借鉴意义，但大都是美国的舶来品，在中国落地生根需要适应、嫁接和改造的过程。笔者近几年在实践的基础上先后编撰了《中小学生3D建模打印教程》和《面向STEM的Scratch创新课程》，并且在小學高年级全年级推进，受到了家长和同行的好评。具体策略是，在五年级开设3D建模打印社团，六年级成立STEM创新社团，全年级开设3D建模打印课程和Scratch创新课程，这样五年级的社团成员到了六年级成为了教师小助手，STEM创新社团成员也成了Scratch创新课程实施中的好帮手。 2. 采用“工作坊”教学模式
开设创客空间，并设置有专门的创意课程，为学生们提供“让想象落地”的平台很重要。在实际教学中，探索适合这一崭新课程的教学模式也需要一线教育者去实践与思考。笔者在实际教学中采用“工作坊”的教学模式，取得了预期的成效。例如，笔者在2016苏州市小学信息技术教学观摩活动中的公开课“沙滩椅塑料构件制作”，从孩子们熟悉的“沙滩椅损坏后如何修复”这一问题入手，让学生体验运用3D建模打印解决生活中的实际问题。教学过程中探索“工作坊”教学新模式，微课、学案、教材、小组协作结合运用，各环节在教师的主导下有序展开，整课以“课题竞标”为主线，在PPT上实时评价记录，教学容量大，节奏快，适合高年级学生的年龄特点，取得了良好的教学效果。“工作坊”的角色有三种，分别为“参与者”“专业者”“促成者”，这里教师需要培育好“专业者”，这是工作坊教学模式成功的关键所在。3D建模课程是在六年级全年级进入课程的，之前的五年级开设了3D建模打印社团。这些“精英”到了六年级自然而然成为了“专业者”。在Scratch创新课程的学习中，学校STEM创新社团的成员们则也相应地成为了“专业者”。工作坊的宽松环境有利于学生发散性思维的培养和学生间的协助活动的开展。
3. 探索教学评价新机制
笔者在实践中还对教学评价及奖励机制进行了一定的探索，取得了较好的成效。
首先是改变学生的评价模式，在应试教育的浸润下，许多信息技术教师至今还用“考试”来决定学生的评价结果。这就造成学生一些平时学习的惰性，试图与其他学科一样，在最后的考试中侥幸过关。针对这一现象，笔者制定了平时成绩占百分之九十，期末考核占百分之十的评价机制。每节课作品完成并通过作业提交系统上交的、项目推进明显、回答难度系数较高问题等方面表现良好的即时加分。最后对总分进行排序，决定学生最终成绩的评定。
在同样的评价策略下，笔者又发现班级和班级之间存在着不小的差异。基于此推出班级作品完成排行榜，及时公布平行班各班的作品完成总数及完成率，唤醒班级的集体荣誉感。于是有的班级为了避免垫底，有的班级为了“一雪前耻”，有的班级则为了争夺年级第一，纷纷找寻他们所谓的“潜力股”。这种你追我赶的氛围的形成，显然有利于教学目标的达成。当然，设立一些激励机制是必要的，比如，每班的前五名可以获得老师的签名赠书，且可以进入学校的STEM创新社团等，这些激励措施用来激发学生们的学习兴趣。
4. 提供传统的和开源软硬件制作工具
在创客教室、STEM体验中心，配备让学生能实现创意、摸到梦想的3D打印机、Arduino等性价比高的硬件设备。Arduino是开源硬件软件，它基本透明掉了硬件电子部分，只剩下软件部分，把电子部分组成“模块”，这种简单易懂的软件使得小学生也能轻松上手，理解使用。也正因如此，它的硬件价格低廉，软件也无须购买。国内许多公司化运作的机器人比赛，购买一个器材动辄几千上万，笔者撰写的《面向STEM的Scratch课程》配套的可供全班学生使用的25套Arduino器材花销总和不到2万，而且由于硬件的兼容性好，传感器通用性强，在需要升级“版本”时还可有效利用原有器材。
5. 吸纳专业及背景广阔的跨界导师
对于处在发展中的学生来说，拥有专业知识的教师的引领和指导是非常关键的。虽然中国目前还没有出现类似创客之父一样有影响力等级的人物，但是在学校层面已经有景山学校的吴俊杰、温州中学的谢作如老师等引领；所有这些都为我国跨学科整合性人才的培养创造了有利条件。
6. 构建线下线上互联互通的融合空间
为了更好地实施教学，需要打破传统课程的时空限制。在课程的教学过程中，在学生机端建立“教学微视频”文件夹，学生除了在工作坊中探讨，寻求专业者的指导外 ，还可以从校本课程、教学微视频等多渠道及时获得跨越障碍的有效信息。有的学生远程跟淘宝的传感器卖家通过旺旺进行沟通，了解传感器的性能、安装及相关重要参数等。此时，网络上的一些“专业者”也参与其间，交流将不再局限在课堂，也不再受到时间和空间的限制。
结 语
学校创客教育、STEM教育的课程开发者谢作如老师指出，中小学建设创客空间必要的条件有：足够大的场所、足够全的工具，以及足够长的开放时间。这三个足够解决物理三维空间和实施的时间四个维度的要素。实际上，就如本文所述，要有效地持续推进，还需要一线教师开发的适合校情生情的实验课程，探索适应教育新模态的教学模式及教学评价机制，给各实验学校培训和配备STEM教育或者创客教育师资等。
1993年钱学森在写给钱学敏的信中这样描述未来的教育：“我在想，中国21世纪的教育是要培养18岁的大成智慧学硕士。”2010年我国在《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020年）》中提出了战略目标，即到2020年进入人力资源强国行列，我们也欣喜地看到“北京创客空间”“上海新车间”“深圳制汇节”都有的“大成硕士”的隐约身影。因此，我们有理由相信随着创客运动的深入发展，相信会有更多的教育工作者對STEM教育进行实践和研究，逐步形成突破时空界限、多场景无缝衔接与融合的全时空化学习情境，点燃学生的创新造物的火花，提升STEM素养，也最终将会找到钱老世纪之问的解决之道。
（作者单位：江苏苏州市吴江区鲈乡实验小学）