五年前，在搜索引擎輸入“STEM”，要翻到十頁后才能找到《美國創(chuàng)新戰(zhàn)略——確保我們的經(jīng)濟增長和繁榮》，報告指出要特別重視STEM 教育。今天，關(guān)鍵詞熱度翻了何止千萬倍。
每個人都有對STEM 的“詩和遠方”，它首先是科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)學(xué)科的學(xué)習(xí)和實踐；其次是通過參與真實世界的項目實現(xiàn)跨學(xué)科的融合；再次是凌駕于學(xué)科之上的學(xué)生未來職業(yè)和終身學(xué)習(xí)所需要的能力和素養(yǎng)的培養(yǎng)，它要求學(xué)生參與、合作、創(chuàng)新、分享，像科學(xué)家一樣做研究，像工程師一樣做產(chǎn)品。
就像一切事物的發(fā)展期，當(dāng)STEM 不再神秘，“泛STEM 化”和“唯STEM 表意的偽課程”成了百搭標(biāo)簽。同樣一批設(shè)備一撥人，你在信息化論壇瞧見，在創(chuàng)客現(xiàn)場目睹，在STEM 教室看到。
好比音律失了線譜，熱鬧卻沒有章法。有關(guān)STEM 本土化落地、常態(tài)化課程而非活動開展、教學(xué)教法、以及由誰來教授STEM，它的種種定義和形式，正需要大樣本的實證研究。
2014 年，作為上海教育綜合改革的試點項目，市教委批準(zhǔn)成立“上海市史坦默國際科學(xué)教育研究中心”（簡稱“STEM+ 研究中心”），承擔(dān)為期十年的長周期實證教育研究項目，選擇區(qū)域與學(xué)校開展STEM+教育實踐探索，課程設(shè)計，師資培訓(xùn)，《上海教育》曾對此作過專題報道。
如今，經(jīng)中心與專家論證考核，具備工程思維，向?qū)W生系統(tǒng)傳授STEM+ 教育，改變課堂結(jié)構(gòu)帶動教學(xué)創(chuàng)新的中國第一批326位STEM+ 教師出爐。
他們經(jīng)過了怎樣的培訓(xùn)？有何特質(zhì)？如何理解STEM+ ？
STEM+學(xué)校的形態(tài)
STEM 風(fēng)行以來，出現(xiàn)了韓國式的“STEAM”，“A”為藝術(shù)人文教育，美國派的“STEMx”，“x”代表STEM教育內(nèi)涵在不斷延伸。
STEM+ 研究中心，加號意味無限可能，代表了學(xué)生科學(xué)精神和綜合能力的延伸，強調(diào)社會價值、人文藝術(shù)、信息技術(shù)與STEM 的融合，學(xué)生智力因素和非智力因素的融合。
所以嚴(yán)格來說，中心研究的是“STEM”，培訓(xùn)的是國內(nèi)首批“STEM+”教師，“+”上了本土化演變。
“我們希望讓孩子為未來而學(xué)習(xí)，讓教師擁有啟發(fā)這種學(xué)習(xí)的能力?！盨TEM+ 研究中心主任王懋功談道，國內(nèi)教師習(xí)慣于學(xué)科講授制，對基于項目實施，在項目落實過程中整合學(xué)科并不熟悉。美國的綜合主題式教法，非常適合嵌入STEM+ 項目，本土分科制背景下，做的多是間歇性片斷性活動。
動編動崗動課表，實行系統(tǒng)STEM+ 課程，讓教師帶領(lǐng)學(xué)生進行項目化設(shè)計的學(xué)習(xí)，觀察化設(shè)計的實施，分科教學(xué)，研究普適化教育，讓每個年級所有學(xué)生都能參與，具備工程和科學(xué)素養(yǎng)，而非少數(shù)科創(chuàng)比賽明星。STEM+ 研究中心副主任袁剛這樣解讀研究意義。2014 年9 月，STEM+ 研究中心從徐匯區(qū)的7 所小學(xué)開始課堂實踐，逐漸覆蓋10 區(qū)、涉及100 校，學(xué)段貫穿幼兒園至高中。
STEM+ 研究中心秘書長王雪華介紹，100 所學(xué)校分實驗學(xué)校、特色學(xué)校、示范學(xué)校三個層次多態(tài)并存。它們實踐的不同形態(tài)STEM+ 課程，大致可分成四類。
第一種打通自然、勞技、信息技術(shù)和校本拓展課，學(xué)科統(tǒng)整后每周拿出兩課時用于STEM+ 課。
第二種利用拓展型研究型課程，通過STEM+ 項目讓內(nèi)容更有質(zhì)量。
第三種與校本課程和學(xué)校特色結(jié)合，發(fā)展為有學(xué)校特征的STEM+ 課程。
第四種類似世界外國語小學(xué)、康健外國語小學(xué)，將課表調(diào)整為4+1，四天分科，一天綜合主題活動日。
“我們也不確定哪一種會是STEM+ 課程最正確最有效形式，或許哪個都不是，最好的還未出現(xiàn)，又或許根本沒有最佳一說。”觀察研究STEM+ 學(xué)校的走向，經(jīng)三年初步實證、三年形成經(jīng)驗、四年逐步推廣，正是十年長周期研究分為“三三四”的目的。
一堂STEM+課含義無限，“為未來學(xué)習(xí)”是核心指向
STEM+ 研究中心向?qū)W校提供了一整套技術(shù)支持，確保STEM+ 課程順利開展，學(xué)生活動手冊、教學(xué)多媒體課件、教師指南和教學(xué)參考書、教師教學(xué)工具包、在線交互式教學(xué)平臺、DIS 數(shù)字化實驗儀器、設(shè)備、工程制作工具和科學(xué)實驗材料、學(xué)生數(shù)據(jù)采集評價平臺、專家定期入校觀察和指導(dǎo)等。
為詳細收集數(shù)據(jù)，統(tǒng)計師生參與度，能力變化，STEM+ 研究中心推出了學(xué)生能力評價體系，設(shè)置了14大類42 個子項目100 多個學(xué)生素養(yǎng)采集點。
根據(jù)活動任務(wù)，根據(jù)年段不同，設(shè)置差異化的STEM+ 素養(yǎng)指標(biāo)，并建模型形成可被評估的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，在此基礎(chǔ)上完成STEM+ 學(xué)生個性設(shè)計和素養(yǎng)分析圖標(biāo)，同時還可以集成數(shù)據(jù)進行整體性評估分析，總體分值統(tǒng)計方式可分為按班級、按學(xué)校、按區(qū)縣，而且均能生成環(huán)形比例圖，用于從整體上改善教學(xué)。
當(dāng)然，上STEM+ 課程的教師，是至關(guān)重要的一環(huán)。
STEM +教師如何煉成
經(jīng)歷兩年一輪的培訓(xùn)，首批STEM+老師會帶來怎樣的新局面？
本著教會教師，再教給學(xué)生的順序，以有興趣、自愿報名為原則，來自實踐校326 位語文、數(shù)學(xué)、英語、信息技術(shù)、體育、科學(xué)常識、美術(shù)等各學(xué)科教師，按照每一學(xué)期12 次培訓(xùn)完成一個STEM+ 項目的進度，參加了第一輪兩年師訓(xùn)。
12 次培訓(xùn)又劃成了“四五三”三階段，4 次知識技能鋪墊，5 次實踐工程思維五步法，之后是分享、評估、拓展進階。
看似復(fù)雜，操作起來也不簡單。中心師訓(xùn)部高級研究員張穎以五步法“共情、定義、設(shè)計、制作測試和分享改進”為例。
共情是喚起教師對所要教授內(nèi)容的情感共鳴?！爸挥挟?dāng)一位教師從內(nèi)心喜愛課程內(nèi)容，才能帶來好課?！?/span>
在五步法階段內(nèi)，每次培訓(xùn)第一件事是通過十五分鐘到半小時的熱身活動共建情感交流。例如“紙塔挑戰(zhàn)”要求教師在時限內(nèi)以小組合作方式，用報紙等材料在不借助外力輔佐前提下搭建紙塔獨立支撐超過一分鐘。
“小游戲既是對其后‘橋梁’項目建立共情，還蘊涵了深層次的STEM+ 培養(yǎng)目標(biāo)，能進一步看出快速建模能力和小組中的自然領(lǐng)導(dǎo)力?！睆埛f說。
第二步定義是明確概念與問題，在“喂鳥器”項目里，教師需要分別知道“喂”涉及的食物與能量轉(zhuǎn)化關(guān)系，“鳥”的身體構(gòu)造習(xí)性與環(huán)境的關(guān)系，“器”的基本公司設(shè)計法則。最重要的，定義喂鳥器在上海落地的工程問題。
“工程思維的一個特征是根據(jù)發(fā)現(xiàn)項目實行問題，并提出解決方案?！痹瑒偺岬?，在喂鳥器項目里，教師們發(fā)現(xiàn)了在上海繁忙喧鬧大都市里鳥類經(jīng)常無法落下覓食。
這意味著將喂鳥器置于街邊樹上的通常做法行不通，方案改為在小區(qū)屋頂搭設(shè)。隨之而來的是制作符合上海鳥類特征的喂鳥器。教師們找到上海鳥類保護協(xié)會，詢問本地鳥類種類，喙型、腿長、習(xí)性，這樣才算定義了一個項目概念。
之后是“設(shè)計”繪制工程三視圖，一邊制作裝置一邊驗證“制作測試”以及在比較過程中得到啟發(fā)的“分享”。
不同于以往學(xué)生們做實驗是為了證明課本上的理論和結(jié)果，用相同的方法和儀器，希望得出相同的結(jié)果。一次STEM+ 項目的參與，是工程思維的貫穿，是跨學(xué)科的多種素養(yǎng)協(xié)作。這樣的課程設(shè)計，不僅在基于項目的學(xué)習(xí)過程中，掌握跨學(xué)科的知識和能力，還潛移默化地理解學(xué)習(xí)和生活是息息相關(guān)，今天的學(xué)習(xí)和明天的職業(yè)是緊密相連的。
培訓(xùn)期間習(xí)得的做法、思想、理念，教師可在校內(nèi)STEM+ 課程沿襲傳授，也可以加以改進融入個人、學(xué)校特色，甚至創(chuàng)新顛覆。
“我們提供的是粗線條的教材細線條的教學(xué)，教師有自由發(fā)揮的空間，對于他們培訓(xùn)后STEM+課效果如何，中心也會派出課堂觀察員和專家聽課。目標(biāo)是讓每個實踐校每個培訓(xùn)教師成長直到有能力‘單飛’。離開了中心，他們能自成一派?！比绾卧u估教師是否達到該級別，張穎拿出了《STEM+ 教師評級指南》設(shè)置的黃、藍、綠、黑四級螺旋上升的勛章體系。
藍表示積累級，要求有兩個以上的STEM+ 項目實施，有自己的反思和教研總結(jié)。綠為改舊級，要求融會貫通將STEM+ 方法用到本職工作中。黑為創(chuàng)新研發(fā)級，要英語好善分享能帶教，改造學(xué)校課程創(chuàng)造STEM+ 課程。
四級體系靈感來源于上海教師培訓(xùn)的學(xué)分銀行政策，袁剛認為，上海嚴(yán)格的教研師訓(xùn)是Pisa成功的經(jīng)驗，學(xué)分銀行作為統(tǒng)一的硬指標(biāo)與職稱評定掛鉤，但少了個體成長記錄與個性化認定。
STEM+ 四色升級體系指代不同標(biāo)準(zhǔn)境界，方便教師了解個人狀況。據(jù)悉，目前已有不少參與培訓(xùn)的教師達到了綠勛章級別。
STEM+項目的本土化實施
世界外國語中學(xué)教師王鳴九每周除了六、七年級的8 節(jié)信息技術(shù)課，還有兩節(jié)STEM+ 拓展課“設(shè)計義肢”。
學(xué)生從辨識骨骼、探秘關(guān)節(jié)、勘察肌肉，到認識義肢、發(fā)現(xiàn)問題、定義問題，再到創(chuàng)意設(shè)計工程制圖、結(jié)構(gòu)與材料工程制作、展示演講、評估與完善、教學(xué)資源改進討論與反饋……
如果說STEM+ 的核心載體是課程項目，正是通過它們來影響教師學(xué)生，引領(lǐng)STEM+ 進程。
對這些舶來品的本土化設(shè)計，STEM+ 研究中心花了大量心思。第一批40 個項目從學(xué)前貫穿到高中，針對不同年齡段學(xué)生特征。每門課程都是一個從真實世界出發(fā)、與未來職業(yè)關(guān)聯(lián)的、跨學(xué)科融合的、項目式學(xué)習(xí)過程。
從生命科學(xué)領(lǐng)域的制作蟲蟲盒子、搭建溫室，到環(huán)?？茖W(xué)領(lǐng)域的制作雨量器、設(shè)計再生紙、水凈化系統(tǒng)、太空車、防止水土流失，再到物質(zhì)科學(xué)領(lǐng)域的超級運動鞋、設(shè)計道路、義肢、過山車，建造防震建筑、環(huán)保大壩，幼兒園大班有機場、比薩店項目，高中有可替代能源、食品生產(chǎn)與加工項目……涵蓋了生命科學(xué)、地球與環(huán)境科學(xué)、物質(zhì)科學(xué)以及社會科學(xué)、技術(shù)與設(shè)計等跨學(xué)科領(lǐng)域。
這些項目有“橋梁”“船模”等世界性課題，更多是結(jié)合本土化改造的同選題不同問題的中國或上海特色項目。
引入青蒿素的“綠色清潔器”，根據(jù)城市熱點生成的“霧霾面罩”，獲國際大獎的“石頭造紙”，甚至在得知學(xué)生疑惑楊利偉飛上太空后宇航倉里的氧氣哪里來，夠不夠用后設(shè)計的“肺活量計”。過程中還將移動學(xué)習(xí)、3D 打印、開源電子積木、機器人、新型材料、可視化編程、Arduino 智能控制等新技術(shù)融入課程。
一個典型STEM+ 課堂的特點是在看似無序的學(xué)習(xí)情境中，強調(diào)學(xué)生的設(shè)計能力與問題解決能力。STEM+ 教師可能提出一個問題，然后希望學(xué)生組成一個班級范圍內(nèi)的探究小組開展研究。
在研究過程中，學(xué)生被要求使用技術(shù)搜集、分析數(shù)據(jù)，并設(shè)計、測試和改進一個解決方案，然后與其同伴交流研究成果。
所以當(dāng)輪到STEM+ 教師將制作實用的喂鳥器的任務(wù)布置給學(xué)生，學(xué)生就需要親自體驗鳥的喙是如何咬開食物，學(xué)生先觀察鳥類的喙都不盡相同，需要制作出不同鳥類咬開食物的器官喙的替代物。
在體驗的基礎(chǔ)上，學(xué)生思考，多少種喂鳥器才能滿足所有鳥類的需要。在教師幫助下進行三視圖設(shè)計。最后通過合作學(xué)習(xí)進行工程制作，親手搭建喂鳥器。
在實踐校，STEM+ 正以不同表現(xiàn)形式成為系統(tǒng)課程，首批STEM+ 教師也在以自己課堂方式演繹。
要問他們有何共性，跨界是家常便飯，用工程思維教學(xué)是常態(tài)，逐步延伸改變本職教學(xué)，更善思善想，更關(guān)注多維度素養(yǎng)的培育。STEM+ 教師如此，他們的學(xué)生，也當(dāng)如是。
要問他們有何共性，跨界是家常便飯，用工程思維教學(xué)是常態(tài)，逐步延伸改變本職教學(xué)，更善思善想，更關(guān)注多維度素養(yǎng)的培育。STEM+ 教師如此，他們的學(xué)生，也當(dāng)如是。（ 來源：STEM世界，原載于《上海教育》2016年6B刊）
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