小学跨学科教育作业
姓名：郭思雨
学号：1143000274
班级：2014级数学二班
STEM教育介绍
通过阅读文献和查阅资料，我将我了解到 STEM 教育从以下三个方面进行简单介绍。
一、什么是STEM
STEM是科学(Science)、技术(Technology)、工程(Engineering)和数学(Mathematics)四个英文首字母的缩写，简言之STEM教育就是科学、技术、工程、数学的教育，但现实问题往往无法单凭STEM中的某一门学科知识来解决，必须依靠多学科的协同因此STEM教育关于如何综合运用STEM知识解决现实问题的能力的教育，也就是STEM素养教育。
STEM教育起源于美国，最初是美国为保持其科技创新的国际领先地位提供充足的STEM劳动力储备，以便这些技能娴熟的人才能够为美国提供更加持久而强盛的竞争力。美国近年来高度重视STEM教育，联邦STEM教育进展报告显示美国在STEM教育领域的投资逐年增加，2016年预算突破30亿美元。值得注意的是，在大力发展STEM教育的同时，美国充分利用企业、非营利机构等组织与政府部门共同建立了一个高效的跨部门合作的新模式。我国现阶段也越来越关注STEM教育，并取得一定进展，但是相比美国充分调动社会各种力量共同开展STEM教育来说做得还很不够。因此，了解美国STEM教育发展，尤其是其政府与社会力量合办STEM项目的情况，对我国促进社会力量办STEM教育具有借鉴意义。
二、特点介绍
STEM 教育中四门学科的教学必须紧密相连，以整合的教学方式培养学生掌握知识和技能，并能进行灵活迁移应用解决真实世界的问题。融合的STEM 教育具备新的核心特征:跨学科、趣味性、体验性、情境性、协作性、设计性、艺术性、实证性和技术增强性等。
它重点关注四种素养(Literacy)：(1)科学素养是指学生运用科学知识理解自然界、解释自然现象、参与自然界有关决策的能力；(2)技术素养是指学生使用、管理、理解与评价技术的能力，学生应当了解某种技术的发展历程，并知道如何使用新技术来改造社会、国家乃至整个世界；(3)工程素养是指学生应当以工程的视角去理解项目的设计与开发过程；(4)数学素养是指学生对不同情境下数学问题的分析、推理和有效交流思想的能力，学生应当主动发现问题，并清晰表达对这些问题的分析。
( 一) 跨学科
将知识按学科进行划分，对于科学研究、深入研究自然现象的奥秘和将知识划分为易于教授的模块有所助益，但并不反映我们生活世界的真实性和趣味性(Morrison，2009)。因此，分科教学(如物理、化学)在科学、技术和工程高度发达的今天已显出很大弊端。针对这一问题，理工科教育出现了取消分科、进行整合教育的趋势。STEM 教育因此应运而生，跨学科性是它最重要的核心特征。美国学者艾布特斯(Abts)使用“元学科”(meta－ discipline)描述 STEM，即表示它是代表科学、技术、工程和数学等学科的统整的知识领域，它们存在于真实世界中，彼此不可或缺、互相联系(Morrison ，2006)。跨学科意味着教育工作者在 STEM 教育中，不再将重点放在某个特定学科或者过于关注学科界限，而是将重心放在特定问题上，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，实现跨越学科界限、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。
( 二) 趣味性
STEM 教育在实施过程中要把多学科知识融于有趣、具有挑战性、与学生生活相关的问题中，问题和活动的设计要能激发学习者内在的学习动机，问题的解决要能让学生有成就感，
因此需有趣味性。STEM 教育强调分享、创造，强调让学生体验和获得分享中的快乐感与创造中的成就感。有的项目还把STEM 教育内容游戏化(将游戏的元素、方法和框架融于教育场景)，因为将基于探索和目标导向的学习嵌入游戏中，有利于发展学习者的团队技能、教授交叉课程概念和负责的科学内容主题，可以得到更多、更理想的教育产出。例如，芬兰大学和美国北伊利诺伊大学合作成立了Finnish － US，在 K － 16 阶段开展基于游戏的 STEM教育。
( 三) 体验性
STEM 教育不仅主张通过自学或教师讲授习得抽象知识，更强调学生动手、动脑，参与学习过程。STEM 提供了学生动手做的学习体验，学生应用所学的数学和科学知识应对现实世界问题，创造、设计、建构、发现、合作并解决问题。因此，STEM 教育具有体验性特征，学生在参与、体验获得知识的过程中，不仅获得结果性知识，还习得蕴含在项目问题解决过程中的过程性知识。这种在参与、体验中习得知识的方式对学生今后的工作和生活的长远发展会产生深刻影响。例如，我国台湾学者赖恩莹等利用乐高作为模组教具培养学生有关齿轮、力矩等工程概念(Lai ，Zhang ＆ Wang ，2012)。学生通过搭建乐高组件测试相关原理，不仅可以了解物理概念与知识，还在工程设计体验中感受到这些知识的重要作用，将抽象的知识与实际生活连接起来，很好地体现了 STEM 教育的体验性特征。
( 四) 情境性
STEM 教育具有情境性特征，它不是教授学生孤立、抽象的学科知识，而强调把知识还原于丰富的生活，结合生活中有趣、挑战的问题，通过学生的问题解决完成教学。STEM 教育强调让学生获得将知识进行情境化应用的能力，同时能够理解和辨识不同情境的知识表现，即能够根据知识所处背景信息联系上下文辨识问题本质并灵活解决问题。STEM教育强调知识是学习者通过学习环境互动建构的产物，而非来自于外部的灌输。情境是 STEM 教育重要而有意义的组成部分，学习受具体情境的影响，情境不同，学习也不同。只有当学习镶嵌在运用该知识的情境之中，有意义的学习才可能发生。教师在设计 STEM 教育项目时，项目的问题一方面要基于真实的生活情景，另一方面又要蕴含着所要教的结构化知识。这样，学生在解决问题的过程中，不仅能获得知识，还能获得知识的社会性、情境性及迁移运用的能力。情境性问题的解决，可以让学生体验真实的生活，获得社会性成长。
( 五) 协作性
STEM 教育具有协作性，强调在群体协同中相互帮助、相互启发，进行群体性知识建构。STEM 教育中的问题往往是真实的，真实任务的解决离不开其他同学、教师或专家的合作。在完成任务的过程中，学生需要与他人交流和讨论。建构主义指出，学习环境的四大要素包括“情境”“协作”“会话”和“意义建构”(何克抗，1997)。STEM 教育的协作性就是要求学习环境的设计要包括“协作”和“会话”两要素:让学生以小组为单位，共同搜集和分析学习资料、提出和验证假设、评价学习成果;同时，学习者通过会话商讨如何完成规定的学习任务。需指出的是，小组学习最后的评价环节以小组成员的共同表现为参考，而不是根据个人的表现进行独立评价。
( 六) 设计性
STEM 教育要求学习产出环节包含设计作品，通过设计促进知识的融合与迁移运用，通过作品外化学习的结果、外显习得的知识和能力。设计出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。因此，设计是 STEM 教育取得成功的关键因素。美国学者莫里森认为，设计是认知建构的过程，也是学习产生的条件(Morrison ，2005)。学生通过设计可以更好地解完成了的工作，从而解决开放性问题。在这个过程中，学生学习知识、锻炼能力、提高 STEM 素养，因此设计性是 STEM 教育的又一核心特征。科学在于认识世界，解释自然界的客观规律，技术和工程则在尊重自然规律的基
础上改造世界，实现对自然界的控制和利用，解决社会发展过程中遇到的难题。按照科学和数学的规律开展设计实践是科学、数学、技术与工程整合的重要途径。
(七) 艺术性
也有人提出 STEAM 的概念，强调在 STEM 中加入“Art”学科。这个“A”狭义上指美术、音乐等，广义上则包括美术、音乐、社会、语言等人文艺术，实际代表了 STEM 强调的艺术与人文属性。STEM 教育的艺术性强调在自然科学教学中增加学习者对人文科学和社s会科学的关注与重视，例如在教学中增加科学、技术或工程等相关发展历史，从而激发学生兴趣、增加学习者对 STEM 与生活联系的理解以及提高学生对 STEM 相关决策的判断力;再如，在对学生设计作品的评价中，加入审美维度的评价，提高学生作品的艺术性和美感。概括来说，STEM 教育的艺术性是以数学元素为基础，从工程和艺术角度解释科学和技术。
( 八) 实证性
实证性作为科学的本质(Nature of Science) 的基本内涵之一，是科学区别于其他学科的重要特征，也是科学教育中学习者需要理解、掌握的重要方面。STEM 教育要促进学生按照科学的原则设计作品，基于证据验证假设、发现并得出解决问题的方案;要促进学生在设计作品时，遵循科学和数学的严谨规律，而非思辨或想象，让严谨的工程设计实践帮助他 们认识和理解客观的科学规律。总之，STEM 教育不仅要注重科学的实证性，更强调跨学科情景中通过对问题或项目的探索，培养学生向真实生活迁移的科学精神和科学理性。
( 九) 技术增强性
STEM 教育强调学生要具备一定技术素养，强调学生要了解技术应用、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。在教学中，它要求利用技术手段激发和简化学生的创新过程，并通过技术表现多样化成果，让创意得到分享和传播，从而激发学生的创新动力。STEM 教育主张技术作为认知工具，无缝地融入到教学各个环节，培养学生善于运用技术解决问题的能力，增强个人驾驭复杂信息、进行复杂建模与计算的能力，从而支持深度学习的发生。
三、STEM 课程的跨学科整合模式
在课程方面，STEM 教育代表了课程组织方式的重大变革。目前中小学最广泛应用的课程模式是分科教学模式，即数学、科学等学科教师负责教授各自科目，很少重视学科之间的联系。然而，要让学生为未来的职业发展做准备，他们必须超越学科的界限进行思考。有研究表明，学习者接受 STEM 教育有助于获得对数学和科学等内容更加深入的理解。同时也有助于培养他们获得在真实世界应用这些知识解决问题的能力，因为这些问题从本质上就是跨学科的。因此，STEM 教育的课程设计应该使用“整合的( integrated)课程设计模式”，即将科学、技术、工程和数学等整合在一起，强调对知识的应用和对学科之间关系的关注。
( 一) 跨学科整合的模式
针对 STEM 教育整合的课程设计，美国马里兰大学赫希巴奇(Herschbach，2011) 提出两种最基本的课程模式:相关课程(the correlated curriculum)模式和广域课程(the broad fields curriculum)模式。相关课程模式将各科目仍保留为独立学科，但各科目教学内容的安排注重彼此间的联系。例如，上物理课可能需要学生预先掌握数学概念，数学和物理教师要通过沟通，将这两次课安排在时间节点相近且数学课教学排在前面。相关课程模式与学校目前的课程模式很相近，但最大的区别在于前者需要不同学科之间的教师对课程安排进行详细、周密的协调和计划。广域课程模式则取消了学科间的界限，将所有学科内容整合到新的学习领域。STEM 教育的广域课程模式不再强调物理、化学甚至科学作为独立的学科存在，而是将科学、技术、工程和数学等内容整合起来，形成结构化的课程结构。
总的来说，上述两种课程整合模式各有优劣势。相关课程模式对教师来说比较熟悉，但
需要各学教师之间密切协商与交流;广域课程模式打破了学科间的界限，通过活动促使学生在真实情景中学习各学科的知识，但如何在打破的学科之间取得平衡、建立新的课程结构对一线教师和政策制定者提出了新的挑战。
( 二) 跨学科整合的基本取向
STEM 教育要求四门学科在教学过程中必须紧密相连，以整合的教学方式使得学生掌握概念和技能，并运用技能解决真实世界中的问题。如何将四门独立学科知识紧密关联实现整合，有三种取向: 1． 学科知识整合取向
分析各学科最基本的学科知识结构，找到不同学科知识点之间的连接点与整合点，将分散的课程知识按跨学科的问题逻辑结构化。将各学科内容造成以问题为核心的课程组织，通过序列化的问题有机串接起各学科知识，使课程要素形成有机联系和有机结构。
知识整合取向模式一般采用基于问题的学习模式(problem － based learning)，强调把学习设计在复杂、有意义的问题情境中，通过学生合作解决嵌入真实情境中的问题或与真实世界相关的问题，促进学生对所学知识的理解与建构，从而习得隐含于题背后的科学知识，形成解决问题的技能和自主学习的能力。它可以使学生通过体验知识获得的过程，促进学生元认知能力的发展，通过应用知识解决问题达成对知识的灵活掌握，并能对知识进行社会 性、情境性的迁移运用。解决问题的目的是为了掌握蕴含于问题之中或支持问题解决的知识，问题是多学科知识融合的交叉点与整合点，是触发学生学习与探究的触发器，是创新学习的载体。一般来说，问题解决的过程不会持续很长，具体开展的方式方法也会多样化，比如 Web Quest 网络探究、5E 教学法。研究性学习等。
2． 生活经验整合取向
注重知识的社会功能，也就是基于学习者的需求，以第三次工业革命为代表的知识经济社会所必须的知识与技能为核心整合多学科知识，然后以项目设计与实施为载体，将学术性的学科知识转化为可解决实际问题的生活性知识。基本做法是从儿童适应社会的角度选择典型项目进行结构化设计学习者在体验和完成项目的过程中，习得蕴含于项目之中的多学科知识与技能，或从改造和完善现社会的角度，选择挑战性项目。这种课程整合方式强调社会实践活动以及社会问题解决能力的培养，强调多学科知识融合到真实的社会性项目中，在项目活动中寻找各学科知识整合点。因此，项目的过程分析、活动设计等社会分析是核心。生活经验与社会取向课程整合模式一般采于项目的学习模式( project － based learning)，以实践性的项目完成为核心，将跨学科的内容、高级思维能力发展与真实生活环境联系起来。项目学习一般以开发最终作品或“人工制品”为出发点，在教师的指导下，学生按自己的设计思路，采用科学的方法完成作品设计。作品设计是项目学习贯穿的主线和驱动力，学生在完成作品的过程中进行检索、讨论、演算、设计、观察等学习活动，并解决一个或多个问题，从而获得知识和技能。作品制作是这种学习的重点，但更为重要的是学生在制作作品过程中获得跨学科的知识和技能，并获得创造性运用知识的社会性能力。基于项目的学习并非只强调学科知识的掌握，还侧重对教材内容以外知识的体验与经历，旨在丰富学生对事物的认识，注重生活经验知识的增长。整个学习过程应真实可信，是反映真实情境和现实生活的体验性活动，体现将学术性学科知识转化为生活经验知识价值取向。
3． 学习者中心整合取向
这种模式不强调由教师预设问题或项目，而由学习者个体或小组调查、发现问题。它不仅强调解决问题能力的培养，还强调发现问题的创新能力，是一种依据学习者需求，以学习者生活经验为基础寻找各学科整合点的模式。它强调学习者成就感与自 我效能感，强调学生好奇心与兴趣的维护与保护，强调分享、创造的愉快。在理念上，它清晰地体现了教育的人本主义思想。
学习者中心取向整合模式采用学生主导项目的方式，学生以个人或小组为单位提出任务，任务内容需要学习并运用跨学科知识。学生在项目问题解决过程中，教师发挥协调、指导、检查、监督、计时和评价作用。其优点在于能力较强的学生可以摆脱传统
的结构化课堂教学对个人学习与设计活动的约束，能更好地发挥个人能力;缺点在于能力的学生会对学习过程中的自由度不适应，需要教师更多的指导;同时由于项目任务非结构化，所以很难实现对学生技能最终结果的全面评估。学习者中心取向整合模式强调创设学习者可以主动介入、研究与发现的丰富教育环境，让学生在蕴含丰富 STEM 知识的环境中进行交互、探究与发现创造意义、学习知识，在建构性的环境设计中寻找蕴 含 STEM 知识的整合点。
4． 三种整合取向的共性问题及应对
上述三种课程整合取向代表了课程的知识属性、社会属性与人本属性的不同侧面，它们相互联系、相互补充，没有绝对的优劣，各有适合的领域与对象，在课程跨学科整合的实践中应该配合使用种取向。
不管采用哪种取向的整合模式，将知识情境化与社会化都是其优势，但各学科原有知识体系结构的劣构化是它们面对的共性问题，容易造成学生学习知识结构的不均衡，可能某些知识掌握得较好些知识却没有触及(因为所学项目没有覆盖)。这种基础知识的结构性偏差对于中小学生是个很大的问题。创新精神与实践能力培养的可持续性，其根源还在于学习者有良好的知识结构，并能不断自我完善和发展。基础教育领域知识的结构性缺失，会给儿童一辈子的成长带来障碍。因此，STEM 的跨学科整合，一方面要将分学科的知识按问题逻辑或项目逻辑进行跨学科重组，另一方面又要确保设计的问题和项目对所有学科基础性知识结构的全面、均衡的覆盖。设计和实施 STEM 跨学科整合的课程，要在学科知识的系统性与解决实际问题/项目中所获知识的随机性之间保持一定的张力和平衡，于整体知识结构的系统性设计问题，使各问题之间包含的学习议题(如专业概念、原理等)多次地相互邻接和交叉重叠。
在此过程中，知识地图技术是很好的课程设计工具。知识地图可以对课程的核心知识及其关系予以可视化展示与管理。设计具体学习问题或项目时要对其涵盖知识进行分析，并与知识地图进行关联。当所有学习项目都与知识地图关联时，通过结构化的知识地图，学生可以清晰地了解每个知识点上学习项目覆盖的频次与强度，如果某知识点出现结构性缺失，可以通过定向覆盖的学习问题或项目设计进行平衡调节。
