stem教育设计原则（精选4篇）
stem教育设计原则 篇1
基于逆向设计的STEM教育
蒋雄超
1986年，在《本科的科学、数学和工程教育》的报告中，美国国家科学基金会（NSF）首次明确提出“科学、数学、工程和技术教育集成”的纲领性建议。STEM教育逐步进入各国课堂，受到人们的关注和重视。
2017年，中国教育科学研究院发布了《中国STEM教育白皮书》，指出“STEM教育应该纳入国家创新型人才培养战略，是跨学科、跨学段的连贯课程群，是面向所有学生培养综合素质的载体”。
2018年12月，美国政府又颁布了STEM教育“北极星”计划，旨在通过科学、技术、工程和数学教育建立一支强大的人才创新队伍。由此可见，STEM教育作为一种教学思想和策略，已成为培养创新人才的重大举措。
一、STEM教育的现状与存在的问题
尽管STEM教育的意义如此重大，但在当前的STEM教育中，教师通常以演绎的方式安排任务，根据内容设计教学活动，关注活动形式的多样化，导致学生学习内容过于宽泛，知识间缺少有机联系，学习体验华而不实。这都偏离了STEM教育的本质。
（一）重活动，轻知识
STEM教育强调综合运用跨学科、多学科知识以解决现实中的问题，培养学生的创新精神和实践能力。它的本质是用形象、生动的方式，强化多学科、跨学科知识的学习。
然而，对STEM教育的认识偏差，使其呈现活动导向的误区。教师热衷追求多样化的活动，营造活跃的课堂气氛，并没有真正理解STEM教育在培养学生掌握知识与技能并灵活应用方面的作用，忽视学生对问题现象的思考和质疑以及在探究中培养掌握相应知识与方法的能力。
（二）重模仿，轻创新
STEM教育强调实践，是对已有实践导向、创新导向的各类教育样式的继承与发展，如设计、发明、制作等。学生由此获得更多的动手的机会，但它的重点不是让学生掌握某项技能，而是在亲身体验中获取对知识的深层次理解，在此基础上开展创意创新。
但很多时候，这种“做中学”容易异化成手工课，缺少与学习内容相关联的内涵知识分解，让学生被范例牵着走，STEM学习探究仅停留于技能培养与模仿层面，创新能力的培养价值被弱化。
二、基于逆向设计的STEM教育实施框架
STEM教育强调过程的模糊性与结果的明确性，强调多学科融合的实践探究，注重创新精神和实践能力的培养，而传统的授课方式并不能满足学生在STEM教育活动中的体验。因此，借鉴逆向设计理念，开展基于逆向设计的STEM教育，为学生内化知识行为，实现深度理解
STEM教育理念基础上对所学内容进行思辨和创新，为学生有效地将知识与技能用于解决实际问题提供了思路。
基于逆向设计的STEM教育以想要的结果为起点，根据所要求的学习证据和用以协助学生学习的教学活动来达成目标。它的实施框架主要包括明确预期的学习结果、确定达到预期效果的评定证据和安排相关的教学活动三个方面。
（一）明确预期的学习结果
预期的学习结果，即学生在完成STEM学习后应该知道什么，能够做什么，涉及的哪些内容需要深入理解。因此，在基于逆向设计的STEM教育中，教师要对STEM教育主题和学生学情进行分析，明确活动中学生应该知道的知识、具备的技能、值得探究的内容概念等，然后确定符合学生发展的目标。这一环节是逆向设计的关键，具有导向性作用。
（二）确定达到预期效果的评定证据
评定证据是确定学生达到预期学习结果的评价标准和依据，是基于逆向设计的STEM教育的重要特点。这一评估环节在了解学生反馈的基础上能够进一步指导后续教学，确保教学活动与学习目标相匹配，并使教师的教与学生的学以预期的学习结果为中心。总的来说，它要以兴趣激发、问题识别、实践操作、问题解决、合作交流等作为评价维度，为教师开展有效的STEM教育提供证据。
（三）安排相关的教学活动
明确结果和合适的评估证据后，教师设计和安排教学活动，选择相应的教学策略和方法。通过引导性问题，让学生找寻问题本质，获得真正理解且利用跨学科知识解决问题的能力，培养学生在不同情境中灵活应对问题的能力。
例如，采用基于问题的探究学习、基于项目的问题解决学习等方式，确保学生所学的是主要概念和原理，而不仅仅是孤立的知识。
三、基于逆向设计的STEM教育学习样态
基于逆向设计的STEM教育实施框架，在具体学习环节中，通过先行明确教学目标、评价标准和评价方式，再逆推教学活动设计，抓住关键问题并挖掘学科核心概念和知识，最终促进STEM教育学习目标的达成。
（一）明确达成目标
在基于逆向设计的STEM教育初始，教师要从学生的立场出发，让学生明确需要达到的目标、期望完成的任务、所学内容的价值等，并视情况安排检测学生学情。
例如，在“投石机”的目标设置中，外层表示学生应当熟悉的内容，不需深入探讨，只需大概了解；中间层表示学生应掌握的必备知识（概念、原理）和技能（过程、策略和方法），是学生达成目标的前提；内层则表示学生应深入理解的内容，是学习的核心（如图1）。
（二）激发学习意愿
STEM教育往往由真实问题来驱动，问题是基于逆向设计的STEM教育的关键。目标确立后，教师应在教学活动中充分利用和主题密切相关的核心问题或真实情境任务激发学生的学习意愿，引导学生主动思考，提高参与度。
例如，“投石机”一课中，播放投石机攻城的视频之后，教师通过问题判断学生对什么是投石机是否有了大概的认识；随后开展实物观察，了解构成投石机的各部分及它们的作用，建立初步的设计观念；最后，利用材料尝试搭建结构，在稳定性、弹性、韧性、杠杆撬动等任务体验中，体会投石机整体与部分的关系，激发学生深入探究的热情。
（三）深化探究主题
一个优秀的STEM教育活动，体现的是学生像科学家一样思考，像工程师一样解决问题，主动发表见解、观点，在逐步探究中深化对知识的理解。因而，教师在基于逆向设计的STEM教育中，需要思考帮助学生更好掌握基本知识、探究核心问题、优化学习表现的方法。
无论采用哪种方法，其设计都应以教学目标为依据，根据教学目标设置评价任务，预期学生应有表现开展教学，教学目标、评价任务、预期表现和教学活动的每一点都是对应的。如此，学习才能成为发现证据的过程，评价嵌入学习过程，不断促进目标的达成。表1是“投石机”一课中确定达到预期效果的评定证据和教学活动。
表1
“投石机”中确定达到预期效果的评定证据和教学活动
（四）反思学习过程
STEM教育强调学习过程中知识的累积和技能的获得。因此，基于逆向设计的STEM教育反思，重点在于对学习活动过程的检测和诊断。当完成STEM学习后，教师需要为学生提供反思和再思考的机会，利用反思进一步改善学生的学习并系统梳理知识。
一是过程的反思，如自身参与活动的积极性、小组间的合作交流、归纳整个证据收集过程和数据分析过程的方法等；
二是结果的反思，如作品的质量、设计要求的达成、问题解决的方法等。在对过程与结果反思的基础上，教师指导学生通过撰写报告、反思日志等方式，总结成败得失，提升个体经验，并根据同伴及教师提出的反馈和建议改进，获取更好的问题解决方式，培养问题发现能力。
（五）展评学习所得
评价是教学设计中必不可少的环节。明确的评估标准和反馈，可以帮助教师根据学生学习情况调整教学设计，使学生更加明确学习目标，改进不足。
以教学目标为依据，采用良好的量规评价，是优化教学设计提高基于逆向设计的STEM教育效果的重要举措。它主要包括对学生表现进行评价的指标、评分等级及评分描述等内容。表2是“投石机”一课的量规评价。
表2
“投石机”一课的量规评价
STEM教育的开展，顺应当今快速发展的社会对人才的需求，是提升国家实力的重要途径。采用逆向设计的STEM教育，改变了提出问题、实践操作、评价交流的传统STEM教育模式，在“以终为始”理念的指引下，实现“教、学、评”一体化，为学生真正理解和运用知识，达成问题解决能力和创造力的培养目标提供了载体，也为教师切实开展STEM教育提供了有效支持，助力实现STEM教育效果的最优化。
注：本文系浙江省教育科学规划2018研究课题“创客教育：基于设计性学习的‘双轨共进’模式创生研究”（课题编号：2018SC162）阶段性研究成果。
（作者系浙江省嘉兴市南湖区余新镇中心小学高级教师，浙江省浙派名师培养对象）
stem教育设计原则 篇2
2017-06-17 MOOC
本文由《开放教育研究》杂志授权发布
作者：赵慧臣、马悦、陆晓婷、张艺苇 摘要
在“大众创业，万众创新”的背景下，中国需不断汲取国际经验以开展本土化STEM教育。为了衡量STEM教育的发展状况，我们需要科学的质量标准评价STEM教育。本文通过对权威报告和研究成果的分析，学术内容的综合性，STEM思潮和文化，学校、社区和产业的合作，大学与职业准备的关联四方面解读圣地亚哥郡STEM质量标准。其对我国STEM教育的启示包括：支持教育工作者专业发展，提供STEM人力资源保障；学校、社区和产业分工协作，提升STEM教育质量；按照STEM教育发展阶段开展评估，针对性改进教育质量；开展自我评估，探寻改进STEM教育质量的方案；采用列表形式，推进STEM教育质量评估。作者希望本研究能有助于我国借鉴国际经验形成满足本土需要的STEM教育质量标准。
关键词：STEM教育；质量标准；质量评价
一、引言作为多学科交融领域，STEM教育并不是科学、技术、工程和数学教育的简单叠加，而是要将四门学科内容组合形成有机整体，以更好地培养学生的创新精神与实践能力（余胜泉等，2015）。这不仅是学科或课程层面的改革，更代表面向未来的教育发展战略，甚至是国家提升科技创新的重要途径（董泽华，2015）。在美国，不仅教育部门重视STEM教育，国会、国家科学基金会、国家科学委员会、能源部等部门纷纷建立STEM教育项目。201年，美国学者格雷持·亚克门（Georgete Yakman）将A（艺术）融入STEM教育，提出STEAM教育。北京师范大学2012年承办的第二届科学、技术、工程和数学国际教育大会促进了国内对STEM教育的认识和研究。政策支持方面，《教育信息化“十三五”规划》提出：积极探索信息技术在“众创空间”、跨学科学习（STEAM教育）、创客教育等新的教育模式中的应用。实践方面，国内已有60余所中学引入STEM教育相关课程。不断发展的STEM教育亟待科学标准以进行质量评价。在STEM教育相关标准中，美国印第安纳州制定了STEM教育实施标准，分最小程度实施、部分实施到全面实施来逐步推进，突出基础设施、教学指导、课程设计和扩展学习等关键要素，并采用量化方式形成操作性强的步骤（Indiana Department of Education，2013）。为引导和规范STEM教育的教学活动设计，美国北卡罗来纳州中学STEM学校基于量规制定了教学设计标准，从“初期”“发展”“成熟”“典型”四个阶段，描述教学设计中的10种STEM属性（赵慧臣，2017）。为支持STEM学校和项目，美国圣地亚哥郡（San Diego County）STEM教育质量标准工作组和STEAM质量标准工作组建立了STEM教育质量标准。根据该标准，学校和项目合作伙伴从可持续发展视角调查和思考符合质量标准的要求。其质量标准的制定过程与具体内容对我国发展STEM教育具有重要启示。
二、STEM教育质量标准制定过程为更好地改善和提升STEM学校和项目的效益，美国圣地亚哥郡STEM教育质量标准由不同领域的人员依据科学的标准共同完成，并根据使用情况进行完善。
（一）依据科学的标准圣地亚哥郡STEM教育质量标准的制定参照了科学、技术、工程、艺术、数学等不同领域的标准，包括新一代科学教育标准（NGS）的科学和工程实践、根据共同核心州立标准（CCSS）制定的数学实践标准、根据共同核心州立标准（CCS）制定的个人英语语言艺术读写能力、美国国际教育技术协会（ISTE）学生标准（见表一）。
（二）不同领域人员的参与为了研制STEM教育质量标准，圣地亚哥郡于2013年1月成立了STEM教育质量标准工作组，其工作包括研究美国其他州的质量标准、确定STEM量规的关键部分、修订本地区已创建的STEM教育质量标准文件草案。工作组成员背景十分丰富，既有教师、校长、社区管理员、家庭教师协会会员，又有大学教师、工程师以及非正式的教育工作者和家长。在圣地亚哥郡教育办公室科学教育协调员约翰·斯皮格尔（John Spiegel）和科学联盟成员南希·泰勒（Nancy Taylor）领导下，该工作组在审查文献和分析其他州的相关探索后，制定了优先级列表，列出了优质STEM教育规划的关键属性（San Diego County Office of Education，2015）。2014年4月，圣地亚哥郡STEAM领导小组办公室邀请不同背景的艺术教育者、艺术合作伙伴、公认的STEAM社区领导人以及STEM工作组代表，共同收集和综合STEM和STEAM标准文档。2015年8月，多元化的团队将STEM教育质量标准和STEAM标准综合，使属性内容、实践方式和能力标准相匹配。
（三）多部门合作共同完成圣地亚哥郡STEM教育质量标准工作组确定STEM教育质量关键属性的优先列表后，制定了STEM教育质量标准框架（SDSTEMQC）草案。通过共享SDSTEMQC草案，不同部门、组织可以共同对其进行完善。工作组成员在国家和地方STEM项目和组织中讨论框架，并与加利福尼亚州STEM学习网络和教育部门合作，在标准的属性、组成部分和要素上达成共识，共同推进标准的制定工作。此外，圣地亚哥郡STEM教育质量标准在完善标准的相关元素时，结合美国1个州的使用情况，不断优化标准的具体内容及描述方式，以确保标准的科学性和可操作性。
三、STEM教育质量标准内容STEM质量的四项基本属性为：综合性学习（Integrated Learning），STEM思潮和文化，学校、社区和产业的合作，大学与职业准备的关联（见表二）。其中，“学术内容的综合性”和“STEM思潮和文化”描述了STEM学校（项目）质量所需条件。“学校、社区和产业的合作”指STEM学校和项目应打破课堂教学的束缚，通过与社区和产业合作实现教育目的。“大学和职业准备的联系”指很多大学为STEM和STEAM职业做好准备。圣地亚哥郡STEM教育质量标准通过发展、成熟、聚焦和典范四个阶段确定学校（项目）现状，以及下一步可能需要改进的工作。其中，发展阶段指学校（项目）开始发展STEM教育相关要素的能力，但还需做更多工作。成熟阶段指学校（或项目）所有学生进行STEM学习。聚焦阶段指学校（或项目）正在努力确保所有学生获得深层次的STEM体验。典范阶段指学校（项目）高水平地完成STEM工作，而且创造了可持续发展、有收获的项目。
（一）学术内容的综合性1.综合性学习STEM教育注重培养学生的综合素质和问题解决能力，帮助学生获得将课程和真实世界的问题或经历联系起来的学习经验，全面提升学生的科学素养、技术素养、工程素养和数学素养，陶冶艺术情操。STEM教育的综合性学习主要体现在跨学科学习、真实问题的解决、基于绩效的任务和评估，以及个性化学习环境（见表三）。1）开展跨学科学习，提高学生解决真实问题的能力。STEM教育强调利用科学、技术、工程或数学等学科相互关联的知识解决问题，从多学科知识综合应用的角度提高学生解决实际问题的能力的教育目标（余胜泉等，2015）。从发展阶段到成熟阶段和聚焦阶段，学生参与跨学科学习体验的机会逐渐增多、更加频繁。2）借助真实问题的解决，促进学生将所学知识应用于社会生活。学生参与基于真实问题的学习，运用相关知识探讨为什么会出现该问题，阐释如何更好地解决问题。STEM结合生活中有趣、挑战的问题，通过问题解决过程实现教学目标，让学生体验真实生活，获得社会性成长。从发展阶段、成熟阶段到聚焦阶段，学生越来越重视真实问题的解决，逐渐增加将真实问题解决作为学习的重要组成部分的机会。3）基于绩效的任务和评估，引导学生深度学习。基于绩效的任务建立在已有内容知识、过程技能和工作习惯上，策略性地将基于绩效的任务放到一节课或一单元中学习。基于绩效的任务是学习活动不可或缺的部分，成为评估学生学习质量的重要方式。从发展阶段、成熟阶段到聚焦阶段，学生越来越多且频繁地参与基于绩效的任务和评估。4）构建个性化学习环境，体现以学生为中心的理念。构建个性化学习环境需要根据学生的优势、学习需要和兴趣针对性地提供支持，包括引导学生选择学习什么、怎么学习、什么时间学习以及在哪里学习等。在初级阶段，学生很少自己选择学习内容、学习方式等，更多由教师进行指导。从成熟阶段到聚焦阶段，学生逐渐学会自定步调学习，根据学习习惯和知识基础个性化地作出选择，充分体现以学生为中心的教学理念。2.符合标准参考标准包括英语语言艺术和数学共同核心州立标准、新科学教育标准、美国国际教育技术协会（ISTE）标准、学生和职业技术教育标准。其中，共同州立核心标准中技术整合内容包括：使用网络等技术制作和发布作品，与他人互动并合作，集成不同媒体和格式；集成并评估不同媒体的信息，包括用视觉、数量和口头进行集成和评估；策略性地使用数字化媒体和可视化方式表达信息（San Diego County Office of Education，2015）（见表四）。1）引导学生参与实践，使学生在体验中学习。STEM教育强调通过“做中学”，即以动手实践参与的方式提升学生的综合素养和创新能力。在发展阶段，学生在教师的帮助下在课堂教学中参与实践环节，教师意识到学生所参与的实践应具有规范性。从成熟阶段到聚焦阶段，学生越来越多地参与标准引导的实践，并通过亲身体验探索新知识。2）鼓励学生参与讨论，发散学生思维。STEM教育中真实问题的解决需要学生与他人讨论，充分发挥学生的主观能动性，让学生的头、手、脑全部活动起来。一方面，学生和教师的讨论便于教师深入了解学生掌握的知识，指导学生优化学习。另一方面，学生之间的交流可以提高学生的学习积极性，引导他们开阔思维、互相学习，激发学习潜能。从发展阶段、成熟阶段到聚焦阶段，学生通过听、说和写等方式，参与讨论的频率逐渐增多。3）支持学生合作学习，锻炼学生团队解决问题的能力。STEM教育立足于实际问题，鼓励学生通过协作和实践完成项目、解决问题，强调在群体协同中相互帮助、相互启发。STEM教育的问题解决离不开学生、教师专家的合作。从发展阶段、成熟阶段到聚焦阶段，学生通过小组或团队合作分析问题、解决问题或完成项目的机会越来越多。3.技术的深度融合STEM教育强调学生要具备一定的技术素养，了解技术应用、技术发展过程，具备分析新技术如何影响自己乃至周边环境的能力（余胜泉等，2015）。当然，教育工作者也应掌握一定的技术，不断提高教育技术能力，以便更好地为学生学习提供支持。技术的深度融合包括合理使用技术、技术支持、共同愿景、支持政策（包括资金）、教师应用技术以及学生应用技术（见表五）。1）学生、教师、职工和学校领导合理使用现有技术和新兴的技术，包括便利可靠的基础设施、硬件和数字内容。在发展阶段，所有学生、教师、职工和学校领导具有有限的权利使用现有和新兴的技术以及数字化资源。在成熟阶段，所有学生、教师、职工和学校领导具有充分的权利使用现有和新兴的技术以及数字化资源。在聚焦阶段，所有学生、教师、职工和学校领导有稳健、可靠的权利使用现有和新兴的技术以及数字化资源。2）不断维护、更新与使用信息通信技术和数字化学习资源，为STEM教学提供可靠帮助。从发展阶段到成熟阶段和聚焦阶段，师生在使用信息通信技术及数字化学习资源方面实现从有效具有、快速利用到立即利用的发展。3）提高所有利益相关者教育技术能力的共同愿景。STEM教育既包括在校接受常规教育，也包括到校外参加STEM项目等社会实践活动。所有利益相关者（教师、学生、家长、后勤人员和社区人员等）均需具备一定的教育技术能力。在提升所有利益相关者教育技术能力的共同愿景上，学校的领导能力不断加强，从有限积极主动、足够积极主动提升到制度化地积极主动。4）制定支持政策和方案，促进项目可持续发展。政策、方案和资金是保证STEM教育发展的基础。从发展阶段、成熟阶段到聚集阶段，学校支持STEM教育的政策和方案从有限到充足，再到逐步制度化。5）引导教师应用技术，提升教学整合能力。技术是支持STEM教学创新的重要手段。从发展阶段、成熟阶段到聚焦阶段，教师为学生、同事和社区人员不断提供引导，帮助学生学习，改善教学效果和丰富专业实践。6）鼓励学生应用技术，提升学习体验。STEM教育主张将技术无缝地融入教学各环节，增强学生驾驭复杂信息、进行复杂建模与计算的能力，引导学生善于运用技术解决问题（余胜泉等，2015）。从发展阶段到成熟阶段和聚焦阶段，学生不断提高应用技术进行交流、合作、分析和创造的频率。
（二）STEM思潮和文化1.STEM教育中的专业发展STEM教育的专业发展指为了适应新的教学内容、教学方式和教学特点，学校对所有教职工开展专业培训。STEM专业发展包括教师接受相关主题的指导和STEM学习的综合方法、有专业学习计划并专门的时间练习和分享想法、制定个性化的STEM学习目标、通过培训实现跨学科STEM课程/单元、与行业和社区合作者协作进行专业学习、从外部资源获得专业发展（包括大学）（见表六）。1）逐渐增加STEM专业发展的频率，提高教师的教学素养。与传统的分科教育不同，STEM教育强调将不同学科内容组合成有机整体，以培养学生的创新精神和实践能力。由于传统教师可能难以直接胜任STEM教育工作，对教师和管理员进行专业培训成为STEM教育顺利开展的重要条件。从发展阶段到聚焦阶段，教师和管理员获得STEM专业发展的机会逐渐增多。2）扩大STEM专业发展范围，提高相关人员的教学保障能力。不仅教师需要加强STEM专业培训，学校所有与学生有联系的教职工同样需要提升STEM素养。在发展阶段，只对少数教师进行STEM专业发展培训。在成熟阶段，大多数教师要接受STEM专业发展培训。到聚焦阶段，学校所有教职工要接受STEM专业发展培训。3）构建与STEM实践相匹配的专业学习社区，营造良好的教学交流氛围。STEM专业学习社区活动包括探讨如何实现STEM课程作业向项目转换；分析和反思学生的作品；谈论如何将学生评价用于改进教学策略；共同创造学生的形成性评价和总结性评价；教师定期合作开发STEM课程作业，并分享实践成效（San Diego County Office of Education，2015）。在发展阶段，学校发展与STEM实践相匹配的专业学习社区。在成熟阶段，学校确立与STEM实践相匹配的专业学习社区。在聚焦阶段，学校持续建设与STEM实践相匹配的专业学习社区，并不断完善。2.提升STEM教育的能力和动力STEM教育中，设计创意作品是获得成就感的重要方式，也是维持和激发学习动机、保持学习好奇心的重要途径（余胜泉等，2015）。学生作品在公众平台展示，有助于师生通过媒体工具相互交流、相互学习。学校对师生设计的优秀成果应给予充分肯定，以激发其积极性和学习动机。STEM教育的能力和动力建设包括展示和庆祝STEM教育的成果、创新性文化和成果的交流（见表七）。1）激励STEM学习成就的措施应用频繁，提升学生的动机与兴趣。为营造积极的STEM学习文化，师生举行展示和庆祝活动，包括科学之夜、STEM节、地区领导人和学校董事会答谢并庆祝STEM成果和发展、所有学生参加各种各样的STEM项目或展示会、同行和专业人士在学校和社区中讨论和庆祝成就以及学生参加地区比赛和展示会（San Diego County Office of Education，2015）。在发展阶段，学校至少落实一件事以展示和庆祝师生在STEM上的努力。在成熟阶段，学校落实多个事件展示和庆祝师生的STEM成果。在聚焦阶段，学校经常举办展示和庆祝师生STEM成果活动，提高学生STEM学习的兴趣和动力，使其更加积极参与STEM项目实践。2）不断营造创新的文化氛围，培养学生改造世界的能力。STEM教育领导者鼓励学生不断创新，并且给予创新者荣誉和奖励。创新性文化包括：确认几项当地的议题或师生将要从事的创新解决方案、鼓励并建立师生冒险的信心、将技术应用于STEM教育创新、学校领导者承认并安排闲暇时间关注师生的创新以及奖励学生的创造力和冒险精神（San Diego County Office of Education，2015）。从发展阶段、成熟阶段到聚焦阶段，学校要为重视庆祝STEM师生的工作，营造创新文化环境。3）利用交流工具和社交媒体分享STEM成果，营造积极互动的学习氛围。师生通过交流工具和社交媒体公布STEM作品，既为他人提供学习和参考样板，相互促进；又可以提升师生的学习积极性。从发展阶段、成熟阶段到聚焦阶段，使用交流工具和社交媒体进行STEM成果交流的频率不断提高。3.吸引所有学生参与STEM教育关注所有学生，尤其重视提高弱势群体学生的STEM素养，鼓励所有学生参与STEM项目、课程和活动（见表八）。为了促进弱势群体学生参与STEM项目、课程和活动，学校应制定相关的指导方针，提供制度支持。1）支持弱势群体，提高STEM教育活动的普及面。支持弱势群体，体现在确定指导方针和职能上，促进弱势群体学生参与STEM活动。在发展阶段，学校没有指导方针或适当的职能，明确提高弱势群体的STEM教育活动参与度。在成熟阶段，学校领导者意识到应提高弱势群体的STEM能力，制定指导方针或适当职能，明确提高弱势群体的STEM项目、课程和活动的参与度。在聚焦阶段，学校已制定针对弱势群体的指导方针和完成适当职能。2）鼓励更多学生参与，提升STEM教育参与度。STEM教育应让所有学生拥有参与STEM项目、课程和活动的机会。在发展阶段，只有少数学生能够参与STEM教育活动。在成熟阶段，大多数学生可以参与STEM项目、课程和活动。在聚焦阶段，全部或绝大部分学生能够参与STEM项目、课程和活动。3）加强校外、课外STEM与学校日常学习的联系，使学习与生活紧密联系。为了促使STEM教育更好地与生活相联系，在课外或校外设置的STEM教育活动要与学校的课程学习彼此相依、互为补充，共同培养学生的创新实践能力。在发展阶段，校外或课外STEM教育活动与学校日常学习彼此独立，没有任何联系。在成熟阶段，校外或课外的STEM教育活动与学校的日常学习联系起来。在聚焦阶段，所有的校外或课外STEM教育活动与学校日常学习相联系。4.STEM教育的材料和设施材料和设施是实施STEM教育的硬件条件。其中，“材料”包括数字化教学与学习资源、新兴技术等，“设施”包括专用教室、硬件设备等。1）为教师提供STEM教育材料和资源，吸引学生参与。高质量材料和资源能够吸引学生参与STEM学习。在发展阶段，教师没有或很少高质量材料和资源吸引学生参与STEM学习。在成熟阶段，教师能够使用很多高质量材料和资源吸引学生参与STEM学习。在聚焦阶段，教师有充足的高质量材料和资源吸引学生参与STEM学习。2）为STEM教学留出充足空间，改善教学条件。为实践课安排讲授、学习和展示的空间可以提高STEM教育质量。在发展阶段，没有为STEM讲授、学习和展示提供空间，学校没有体会“做中学”的深刻内涵。在成熟阶段，学校为STEM讲授、学习和展示提供了很多空间。在聚焦阶段，学校充分认识到动手实践的重要性，为STEM讲授、学习和展示提供充足的空间。
（三）学校、社区和产业的合作1.STEM教育规划为推动STEM教育规划的制定和落实，制定者应清楚地知道STEM教育规划的目标和策略，所有利益相关者均需要对规划有所了解。1）学校制定STEM教育规划，促进项目可持续开展。学校根据STEM教育的目标，结合STEM教育现状，制定STEM教育发展规划，用于指导学校的STEM工作，科学地开展STEM教学和项目。在发展阶段，学校准备制定与全校目标相匹配的STEM教育规划，但还没有成果。在成熟阶段，学校已制定了与全校目标相匹配的STEM教育规划，将规划制度化、文本化。在聚焦阶段，学校在制定了与全校目标相匹配的STEM教育规划后，根据规划实施的反馈情况不断修改完善。2）增加STEM教育的财政资源，支持教学目标的实现。充足的资金用于STEM教学和项目活动才能保证其顺利进行。在发展阶段，最低限度的甚至没有财政资源用于确保STEM目标的达成，学校领导不重视STEM教育；在成熟阶段，很多财政资源用于确保STEM目标的完成，学校领导开始注意到STEM教育的重要性；在聚焦阶段，有充足的财政资源确保STEM目标的达成。3）教职工、家长和合作伙伴交流并监督学校的STEM教育规划。STEM教育规划的制定者需要明确并描述STEM教育规划的目标和策略。作为规划的实施者，教职工、学生家长和合作伙伴也应知道并描述STEM教育规划的目标和策略，以便采取正确合理的方式方法。在发展阶段，教职工、学生家长和合作伙伴不会描述甚至不知道STEM教育规划的目标和策略。在成熟阶段，教职工、学生家长和合作伙伴能够描述STEM教育规划的目标和策略。在聚焦阶段，教职工、学生家长和合作伙伴能够详细地描述STEM教育规划的目标和策略，深入认识和了解STEM教育规划，领会STEM教育发展的关键。2.STEM教育网络STEM教育需要学校、社区组织、教育机构和产业等共同合作，形成STEM教育网络，包括STEM教育网络的合作、利益相关者和资金两个方面。STEM教育提倡学校与社区和企业建立合作伙伴关系，形成协同联动的知识创新共同体。在初级阶段，学校寻求与其他学校、社区组织和企业确立合作伙伴关系，为建立优质学校提供有效的STEM项目质量解决方案。在发展阶段，学校已经与其他学校、社区或企业确立了至少一个合作伙伴关系。在聚焦阶段，学校确定了与其他学校、社区或企业具有共同愿景、互惠互利、可控制、可评估的多个合作伙伴关系。STEM学校主持或参加利益相关者的会议，明确不同利益相关者的具体职责。利益相关者包括教职工、家长、社区组织、行业和业务合作伙伴以及高等教育机构。利益相关者通过制定策略和提供资金等方式帮助和支持STEM项目。在发展阶段，学校很少甚至从不主持或参加社区利益相关者的会议。在成熟阶段，学校有时主持或参加社区利益相关者的会议。在聚焦阶段，学校经常主持或参加社区利益相关者的会议，加强与教职工、学生父母、社区组织、行业和业务合作伙伴以及高等教育机构的联系，共同促进STEM教育发展。3.师生与STEM伙伴互动STEM教育强调在群体协同中相互帮助，支持知识的协同建构。STEM师生需要与伙伴进行交流和讨论，包括STEM学生与伙伴的互动以及STEM教师与伙伴的互动（见表九）。学生与STEM伙伴互动包括实习、实地考察、特邀发言人等，以更好地了解彼此的学习需求。STEM教师与伙伴互动包括专业学习、外展实训等，有助于拓展教师专业发展的路径。
（四）大学与职业准备的关联1.使大学和STEM职业发展路径相匹配STEM教育除了对学生进行科学、技术、工程、艺术和数学教育之外，还应与未来就业接轨（尤其在高等教育阶段）（见表十）。1）学习开展竖向规划，支持学校教育与社会需求同步。STEM教育的竖向规划指尽可能少地改变学生原有学习状态的情况下满足市场劳动力的要求。在发展阶段，STEM教师不符合学校层面的竖向规划，没有意识到应将学生的学习与劳动力需求联系起来。在成熟阶段，STEM教师有时符合学校层面的竖向规划。在聚焦阶段，STEM教师经常符合学校层面的竖向规划。2）辅导员和教师分享STEM职业信息，引导学生职业取向。针对学生未来的职业选择，学校应及时掌握STEM项目和职业发展状况，并与辅导员和教师分享，增加学生在STEM领域的就业机会。在发展阶段，学校很少与辅导员和教师分享高等教育STEM项目和职业主题的信息。在成熟阶段，学校有时与辅导员和教师分享高等教育STEM项目和职业主题的信息。在聚焦阶段，学校能够及时将STEM项目和职业主题信息传递给辅导员和教师，重视学生在STEM领域的就业状况。3）高校增加与职业领域相关的STEM课程数量，提升学生就业竞争力。为了引导学生做好在STEM领域工作的准备，学校开设相关课程，缩小学生现有技能与职业所需技能间的差距，提升学生的就业竞争力，确保学生能够顺利实现职业愿景。在发展阶段，学校没有开设校园或虚拟学生所需的与职业领域相关的STEM课程。在成熟阶段，学校完善课程设置，开设了几门校园或虚拟学生所需的与职业领域相关的STEM课程。在聚焦阶段，学校开设了很多与职业领域相关的STEM课程，提高学生的就业竞争力。4）学校增加学生探究STEM职业的机会，提升学生就业质量。学校为学生提供参观、实习等探究STEM职业的机会。从发展阶段、成熟阶段到聚焦阶段，学生有越来越多的机会探索STEM职业，发现STEM职业与所学课程的联系，寻找职业兴趣点和未来工作方向。5）高校辅导员指导学生进行职业规划，帮助学生明确就业需求。高校辅导员根据学生所学课程、参加的项目活动等对其职业发展给予指导，帮助学生进行职业规划，并持续关注他们的职业发展动向。从发展阶段、成熟阶段到聚焦阶段，辅导员从不和学生讨论和分析职业规划与高等教育的联系和匹配度，到逐渐提高与学生共同讨论和分析学生职业规划问题的频率。2.将时间用于科学教学和数学教学在STEM教育中，科学支持人们认识世界的规律，数学为人们发展与应用科学、工程、艺术和技术提供思维方法和分析工具（赵慧臣等，2016）。因此，重视科学和数学教学，利用专门的时间进行跨学科教育和学习，对培养学生的科学素养和数学素养至关重要。小学阶段、初中阶段和高中阶段的学生学习STEM相关课程的侧重点不同（San Diego County Office of Education，2015）。1）逐渐强化小学数学教学和科学教学，培养学生科学认知。从发展阶段到成熟阶段，小学生由不接受数学和科学教学发展到接受数学和科学教学，学校逐渐重视培养学生数学素养和科学素养。在聚焦阶段，学生接受的数学和科学教学不再是单纯的书本知识，还包括综合或课外的STEM教育活动及课程，包括编程、机器人设计或其他应用数学和科学活动。2）不断强化初中数学和科学教学，提升学生科学素养。从发展阶段到成熟阶段，初中生由不接受数学和科学教学发展到接受三学年的数学和科学教学。在聚焦阶段，学生除接受三学年数学和科学教学外，还可以选择综合或课外的STEM教育活动及课程，包括编程、机器人设计、工程课程或活动。3）持续强化高中数学和科学教学，提高学生科学知识与技能。从发展阶段到成熟阶段，高中生由不接受数学和科学教学发展到接受两学年的数学和科学教学。在聚焦阶段，学生除接受三学年数学和科学教学外，还可以选择职业技术教育课程或课外STEM教育活动及课程。高中阶段的STEM选修课包括计算机科学、电脑编程或ICT产业编程，网络和/或硬件工程认证（San Diego County Office of Education，2015）。
四、启示随着STEM教育进入公立学校及教育政策层面，STEM+教师、STEM+课程等理念不断涌现，学校逐渐设计STEM课程、开展STEM项目和活动。针对我国STEM教育发展现状及需要，圣地亚哥郡STEM质量标准有重要启示。从系统角度看，圣地亚哥郡STEM教育质量标准不仅体现在学术内容的综合性、STEM思潮和文化等对教育的要求，而且涉及学校、社区和产业的合作以及大学与职业准备的关联等。因此，STEM教育质量的评价不能仅仅关注自身的状况，还要把社会支持因素纳入，从更为宏观的视野加以判断。
（一）引导教育工作者专业发展，提供STEM教育人力资源保障STEM教师是确保STEM+项目/课程成功的核心钥匙（王雪华，2015）。传统单科教学教师很难将不同学科知识融会贯通。STEM教育是对传统教育的改革，而改革最重要的是思想转变。只有对所有教职工开展STEM教育培训，构建与STEM实践相匹配的专业学习社区，营造良好的教学交流氛围，乃至STEM思潮与文化，才能更加有效地支持所有学生的STEM学习。例如，经过培训的教师等相关人员才能更加善于通过交流工具和社交媒体分享STEM成果，不断展示和庆祝STEM教育的新进展，营造积极互动的学习氛围，形成创新性和创造性文化。
（二）学校、社区和产业分工协作，提升STEMSTEM教育能否真正起到作用的核心是如何在教学及实践中真正推进跨学科的融合（杨馥红，201）。STEM教育需要学校、社区或企业和教育管理机构之间形成合作伙伴关系，形成协同联动的知识创新共同体，支持学生开展创新实践活动。首先，学校可以通过创建有效的STEM课程、创新教学方法和教学活动，促进学生参与STEM教育，并通过科学的评估优化课堂教学（赵慧臣，2017）。其次，教育部门应颁布支持STEM教育的政策，增加STEM教育项目的资金支持，促进相关部门的合作。最后，企业可以为STEM教育提供支持，包括为STEM学生提供就业指导和在公司实习或调查的机会、为STEM学校提供资金支持等。当然，STEM教育也离不开家长及社区组织的支持。
（三）按照STEM教育发展阶段开展评估，改进教育质量圣地亚哥郡STEM教育质量标准根据发展、成熟、聚焦和典范四个发展阶段确立了学校（项目）应该达到的状态，有利于人们以比较的视野分析当前的状态及下一步需要改进的方面。
量规可以支持人们按照标准评价STEM教育质量，提高教育质量评估的针对性和有效性。国内关于量规的研究主要集中于根据量规的特征与功能，将其应用于评价网络教学、学科教学和教育信息化等。我们可以借鉴量规应用于评价的研究成果，根据STEM教育质量的特征，分别在不同阶段开展评估，以有利于学校有针对性地改进STEM教育。例如，对于某些引进国外STEM项目的学校，我们可以将其界定处于发展阶段；而对于引进国外STEM项目后形成自身特色的学校，我们可以将其界定为处于成熟阶段，在此基础上根据两个发展阶段的特征有针对性地设计质量标准。STEM教育质量的重要工具。借助自我评估工具，教育管理部门可以明确学校STEM教育的质量和成果，总结STEM现状，分析STEM学校（项目）存在的挑战与机遇，找到目标与现状之间的差距，形成STEM教育发展的具体目标和实现步骤。
（四）实施自我评估，探寻改进STEM教育质量的方案圣地亚哥郡STEM教育质量标准自我评估工具还列出了四个发展阶段自我评估的量化表格，有利于STEM学校（项目）开展客观的质量评价。学校使用自我评估工具可对自我评估内容进行总结，包括已取得的STEM成果及面临的机会，并列出今后12个月的目标和行动计划。
教育质量自我评估工具可以作为教育部门监督学校
（五）采用列表形式，推进STEM教育质量评估为了使耗时较长的STEM项目产生真实有效的可交付成果，制定行动计划是必不可少的推动手段。采用列表的形式将STEM教育的目标、步骤、时间安排等罗列出来，可以把握STEM教育的进展。“目标和行动计划列表”包括行动步骤、负责人、时间安排以及预期成果等（见表十一）。项目实施时，应草拟每个阶段需要完成的成果概要，形成清晰的计划列表。在项目实施过程中，参照已列出的目标和行动计划列表，到每个行动的步骤、负责人、时间安排以及可交付的成果等，实现STEM项目按计划有序进行。若计划在实施过程中受到干扰，应及时根据实际进行修改和调整，在确保项目整体按时推进的前提下，及时微调每个行动步骤，并将上个阶段未完成的任务在下个阶段及时弥补。项目实施时，应草拟每个阶段需要完成的成果概要，形成清晰的计划列表。在项目实施过程中，参照已列出的目标和行动计划列表，到每个行动的步骤、负责人、时间安排以及可交付的成果等，实现STEM项目按计划有序进行。若计划在实施过程中受到干扰，应及时根据实际进行修改和调整，在确保项目整体按时推进的前提下，及时微调每个行动步骤，并将上个阶段未完成的任务在下个阶段及时弥补。基金项目：2016年度河南省软科学研究计划项目“中小学实施STEM教育的问题与对策研究”（17240410320）；2016年河南省哲学社会科学项目“我国中小学实施科学、技术、工程和数学（STEM）教育的路径与对策研究”（2016CJY032）；2017年度河南省教师教育课程改革研究项目“中学教师STEM（科学、技术、工程、数学）教学能力提升的研究与实践”（2017-JSJYYB-04）；河南大学教育科学学院青年科研基金项目“STEM教育中不同机构的协作关系及其优化研究”。
作者简介：赵慧臣，博士，河南大学教育科学学院现代教育研究所副教授、河南省教育信息化发展研究中心研究人员，硕士研究生导师，研究方向：教育信息化、STEM教育；马悦，在读本科生，河南大学教育科学学院；陆晓婷，在读硕士研究生，河南大学教育科学学院；张艺苇，在读本科生，河南大学教育科学学院。
转载自：《开放教育研究》2017年第3期
stem教育设计原则 篇3
前言：
如今 Stem教育理念正走向深处，科学、数学、技术、工程几门课程的融会运用，这是解决生活问题的必要手段。而基于stem教育理念下的教学活动，应该包括其基本理念，同时也应该兼备人文、艺术等基本思想，为学生未来的创新设计奠定基础，这就是教学活动的重要目标。那么，选择怎样的活动内容合适呢?我们该怎样进行教学?有效的Stem教育应该是怎样的呢?
Stem教育是为学生的解决问题奠基的，所以我认为Stem教育应该从真实情景开始，从真实问题开始，从解决问题或者是做得更好方面展开活动。Stem教育应该遵循做中学理念，让学生在主动参与中利用Stem教育以及相关素养来解决问题，通过一系列有序有效的活动来培养学生的Stem素养。
我认为活动项目选择应该具有Stem特点，同时应该是学生乐于参与，有一定的活动意义的，或者需要学生从设计构思、尝试制作、反思设计、再改进再设计的过程，这也是创新设计的重要内容。
鸡蛋保护器虽然已经有很多学校开展过，但是作为学生活动，还是有很强的开展意义的。首先鸡蛋保护器具有较强的科学意义，如月球登陆、安全降落、重力加速度、缓冲等原理。鸡蛋保护器的设计方案很多，材料可以因地制宜，制作难度也适合。其中的Stem思想较多，因此是值得开展的Stem教育活动。
鸡蛋保护器的`拓展教学，为了将活动做到深处，因此设想用每周两节课的拓展课连续上三次。鸡蛋保护器的制作首先是学生不断修正的过程，又是一次比赛活动。第一次：侧重于方案设计，交流修正，布置回家制作。第二次：展示各自的作品，大家来猜一猜，实际测试，分析原因，再次设计，再回家制作。第三次：展示作品，猜一猜，实际测试，分析原因，比一比评一评。
教学目标：
1、通过做中学，让学生主动参与整个活动，侧重于在体验中调动学生的积极性，培养学生解决问题的能力。
2、活动主要从鸡蛋保护器的问题思考，设计交流，修正设计，制作测试，再修正，再设计，再制作的过程，遵循一般性创新制作的基本流程，以贴近生活实际。
3、教师在其中的作用主要就是引导，遵循技术设计的一般流程，激励学生主动参与，鼓励学生不断做得更好。
4、制作材料原则上学生自己准备，鸡蛋可以学校备用。
5、通过比赛来调动学生的参与积极性，培养荣誉感。
情感目标：
1、培养学生精益求精的创作素养，知道唯有不断改进，才能做得更好。
2、培养学生自主思考、主动设计、不断修正的意识。
3、善于倾听他人的观点，善于指出和表达观点，理性看待自己的方案，懂得与他人善意的交流。
4、培养创新设计的兴趣，发挥不折不饶的精神。
教学预案：
第一课时
| 活动环节 | 教师参与 | 学生参与 |
| 科学情境 | 教师引用探月工程，软着陆情景，设疑引题 | 见识探月工程，主动思考软着陆的基本方法 |
| 问题提出 | 鸡蛋撞地球，怎样保护鸡蛋，要求从学生三楼投下不破，要求用少量的材料，大家设计方案 | 思考鸡蛋保护方法，自主绘制设计图 |
| 交流方案 | 引导学生交流自己的方案，接受大家的建议 | 主动汇报，接受大家的质疑，反观自己的方案 |
| 改进设计 | 引导学生再次设计 | 再次设计，积极改进 |
| 布置作业 | 布置回家制作鸡蛋保护器 | 回家制作鸡蛋保护器 |
第二课时
| 活动环节 | 教师参与 | 学生参与 |
| 展示作品 | 安排学生放好作品位置，组织学生参观，猜一猜谁的好 | 参观，预测，学习和反思 |
| 高空测试 | 要求学生带着鸡蛋保护器，从三楼投下，然后检查是否破碎 | 投掷鸡蛋保护器，检查自己的鸡蛋破了没有 |
| 交流反思 | 针对投掷结果，大家再来看看，怎样的鸡蛋保护器才能安全着陆 | 学生通过对好的鸡蛋保护器和不好的鸡蛋保护器的对比，进行思辨和交流，取长补短，反思质疑 |
| 再次设计 | 引导学生根据实验结果，修正自己的方案 | 反思、质疑、修正方案 |
| 布置作业 | 布置回家制作鸡蛋保护器 | 再次制作鸡蛋保护器 |
stem教育设计原则 篇4
导读：
所谓审美性原则，是指在音乐教育活动设计中把握好儿童的审美特点，以审美感知的培养、审美情感的激发为出发点，遵循将审美的特殊性质贯穿于音乐的欣赏、表演和创造等活动形式之中。对于儿童来说，在音乐的学习活动中除了获得一定的知识技能、发展一定的能力
所谓审美性原则，是指在音乐教育活动设计中把握好儿童的审美特点，以审美感知的培养、审美情感的激发为出发点，遵循将审美的特殊性质贯穿于音乐的欣赏、表演和创造等活动形式之中。
对于儿童来说，在音乐的学习活动中除了获得一定的知识技能、发展一定的能力以外，还被引领进入一个美的世界。审美的音乐的基本特性，是音乐教育活动必不可少的特殊性质。这种性质是确保音乐教育目标有效达成的必要条件，也是音乐教育在全部教育中的独特之处。富有审美性的音乐教育活动不仅能使儿童的情感世界变得更加丰富，而且能增强儿童的独创性，发展儿童创造美的能力。
音乐教育活动中的审美性原则，具体来说，是通过教师启发引导下的音乐美的感受、体验活动逐渐培养儿童获得认识美、爱好美和创造美的能力。
为此，教师在活动设计的过程中可从以下几个方面人手：(1)寓美于形，即寓审美性于生动形象的音乐活动内容和形式之中。
首先，教师必须为儿童选择富有审美趣味和意境的音乐作品和材料，从音乐听觉能力的培养开始，通过对音乐作品中具体可感的音乐形象的分析和比较使儿童接受美的熏陶；其次，应注意从音乐本身的审美特性出发，使内容与形式相适应，这种适应是指两者之间是否协调、是否能够很好地唤起儿童的审美情感和体验。
例如音乐欣赏活动——《梦幻曲》，它是德国著名音乐家舒曼创作的一首宁静优美的世界名曲。由于音乐的性质是宁静而柔和的，音乐的节奏是舒缓而绵长的，且音乐对儿童来说不具备可直接感受到的具体形象化的故事或情节，因此，在给儿童欣赏此曲的活动中，可以采用一个与音乐的气氛和意境相吻合的配乐故事或散文来帮助儿童感受和理解音乐所要表达的情感。这种以语言材料为辅助手段的音乐欣赏形式显然与其欣赏的内容是相协调的，它能较好地唤起儿童的审美体验，丰富儿童的审美情感。
(2)寓美于情，即寓审美教育于儿童的情感体验之中。
在音乐活动各个环节、程序的安排以及教师引导方法的设计中牢牢地把握住这一点，通过音乐作品唤起儿童的情感体验，激励儿童的积极情感，在一定的联想和想象中产生情感的共鸣。
(3)寓美于乐，即将审美性寓于轻松有趣、活泼快乐的音乐活动形式之中。
儿童的审美教育和熏陶不仅要有美的作品，还要有合适的环境。审美教育的影响对儿童来说，既不是一种说教，也不可能有立竿见影的效果。因此，在儿童的音乐活动以及日常生活中，自然地、自如地、随机地、潜移默化地渗透，才是儿童易于接受和乐于接受的。