SEM教育的发展特点和科学教育的改革

STEM教育的发展、特点和科学教育改革蔡铁权浙江师范大学课程与教学研究所一、美国STEM教育的兴起与发展二、理解STEM教育三、STEM课程与中小学科学课程创新四、从STEM教育到STEAM教育五、中国STEM教育白皮书（2029创新行动计划）一、美国STEM教育的兴起与发展美国实施STEM教育战略,其最为关键的原因是,经济全球化背景下美国竞争力的相对下降。自20世纪90年代起，许多发展中国家开始将科学和技术作为经济增长和发展的推动力，并且开始着手建设更多的知识密集型经济。在这种经济结构中，研发、商业开发和知识产品发挥更重要的作用，而科学、技术、工程、数学是知识密集型经济所需的基本技能。在广泛的科技活动方面，美国继续保持领导者的地位，但在一些具体的科技发展上，其地位正在慢慢下降。从研发对经济增长的贡献率来说，日本、韩国已经高于美国，中国虽然低于美国，但趋势是在不断增加。而在当前的美国高等教育院校，许多科学、技术、工程、数学领域的人才都是外国学生。有几项数据更是加剧了美国的担忧：一是美国教育进步评价测试最近一次的NAEP报告显示：大约40%的学生只达到了对数学部分掌握的程度，四年级和八年级学生在数学方面达到“熟练”的程度和比例分别只有36%和30%；约20%的四年级学生和超过30%的八年级学生的成绩低于“基础”水平。在科学水平上，也只有低于1/3的四年级学生和八年级学生，以及低于1/5的十二年级学生“熟练或以上”。二是在国际范围内，美国参加了国际数学和科学趋势研究（TIMSS）以及国际学生评估项目（PISA）。在TIMSS中，美国学生的平均成绩位于所有参与国的中间位置；在PISA中，美国的成绩是较为落后的。目前来看,美国所制定的各项政策和措施都指向两个方面：一是要吸引更多的学生到TIMSS领域学习;二是要吸引更多学生从事STEM领域的职业。早在1986年,在美国国家科学委员会发表的《本科的科学、数学和工程教育》报告中就提出“科学、数学、工程和技术教育集成”的纲领性建议,被视作是提倡教育的开端。1996年,美国国家科学基金会对美国大学科学、数学、工程和技术教育的十年进展进行回顾和总结,并提出今后的“行动指南”,发表了报告《塑造未来透视科学、数学、工程和技术的本科教育》。2005年1月至2007年的1月，美国第109届国会通过的法案中，有3个法案与STEM教育相关。一是美国航空和航天局2005年的授权法案；二是国防部2006年的授权法案；三是2005年《赤字削减法案》。2007年,美国上到到国会,下到教师师教育大大学协会会,纷纷提出出了与STEM教育相关关的法案案、报告告、行动动纲领,将STEM教育提到到了前所所未有的的重要高高度。第一,美国国会会一致通通过了《国家竞争争力法》。该法案案强调,创新需要要雄厚的的研发投投入和对对STEM教育计划划的切实实执行。。第二,美国州长长协会拟拟定了一一项题为为“创新新美国制制定一个个科学、、技术、、工程和和数学的的议程””共同纲纲领,其中就当当前美国国实施STEM教育战略略的背景景、现状状、问题题和相应应的策略略进行了了详细阐阐述。第三,美国国家家科学委委员会发发布报告告—《国家行动动计划应应对美国国科学、、技术、、工程和和数学教教育系统统的紧急急需要》。第四,全美教师师教育大大学协会会也提出出了一份份报告—《准备STEM教师全球球竞争力力的关键键》,对全美范范围内各各所大学学中有关关STEM教师培养养的课程程计划作作了全面面的梳理理。2009年1月20日，奥巴巴马入驻驻白宫,正式当选选为美国国总统，，同年7月,美国教育育部制定定了“迈迈向巅峰峰计划””。该计计划推出出项重点点项目,其中之一一是重视视教育,并希望各各州竞报报这一联联邦资助助项目。。2010年3月,美国教育育部发表表了《改革蓝图图—初等和中中等教育育法再授授权》,将STEM教育作为为“完整整教育””的最为为重要的的组成部部分,以较大篇篇幅讨论论了STEM教育的重重要意义义及如何何加强这这一教育育。2011年2月,奥巴马在在其《总统2012预算要求求和中小小学教育育改革蓝蓝图法案案》中进一步步明确,将通过增增加STEM教育的投投入,加强美国国在21世纪的领领导力。。总统2012预算对STEM的投入,主要分为为两个方方面:一方面是是寻求更更加有效效的STEM教学模式式,投入高达达2亿600万美元,同时对目目前已有有的数学学和科学学合作项项目在2011年的基础础上增加加了2600万美元拨拨款;另一方面面是培养养高质量量的STEM教师,预算投入入8千万美元元用于培培养STEM教师和提提高现有有STEM教师的水水平。在美国,国家科学学委员会会国会、、能源部部、教育育部国家家科学基基金会等等各部门门联手推推动STEM教育。STEM教育己经经并不仅仅仅是一一个单纯纯的学科科或课程程层面的的事情,它更多地地代表了了美国的的一种教教育发展展战略,甚至可以以说是一一种国家家战略。。2013年，颁布布了《联邦STEM教育8年战略规规划（2013）》，将STEM置于政府府教育工工作的有有限地位位。颁布布《下一代科科学标准准》。2014年，《K-12年级STEM整合教育育：现状状、前景景和研究究议程（（2014）》。美国国国家工程程院和国国家研究究委员会会联合成成立STEM整合教育育委员会会，对K-12年级STEM整合教育育产生积积极成果果的方法法和情况况开发研研究议程程。2014年，公布布《用21世纪技能能培养美美国人：：2015年STEM教育预算算（2014）》。把3.2亿美元用用于STEM教育的自自发性创创新。2015年，颁布《2015年STEM教育法（2015）》。这是一部部界定STEM教育以将计计算机科学学包括在内内并支持国国家科学基基金会现有有各项STEM教育计划的的法律。《K-12科学教育框框架：实践践、跨领域域概念和核核心概念》重点讲述其其中的科学学和工程实实践。二、理解STEM教育STEM是科学（Science）、技术（（Technology）、工程（（Engineering）和数学（（Mathmatics）英语首字字母的缩写写。STEM教育被称为为是“后设设学科”(Matadiscipline)。STEM这门跨领域域的学科将将原本分散散的四门学学科集合成成一个整体体。这四门门学科分别别代表着四四类素养——四个学科素素养分别是是：科学素养技术素养工程素养数学素养科学素养,即运用科学学知识如物物理、化学学、生物科科学和地球球空间科学学理解自然然界并参与与影响自然然界的有关关决策的能能力,主要包括三三大领域生生命与卫生生科学、地地球与环境境科学、技技术科学。。技术素养,即使用、管理理、理解与评评价技术的能能力。学生应应当知道如何何使用技术,了解技术的发发展过程,具备分析新技技术如何影响响自己、国家家乃至整个世世界的能力。。工程素养,即对技术的工工程设计与开开发过程的理理解能力。工工程课程往往往基于一个个个项目,整合了多门学学科的知识,使得难以理解解的概念与学学生的生活密密切相关,激发学生解决决问题的兴趣趣。数学素养,即学生在发现现、表达、与四个素养所所对应的学科科是：科学技术工程数学科学,是对自然界的的研究，包括括与物理、化化学、生物有有关的自然法法则，以及与与这些学科相相关的事实、、原则、概念念或习俗的处处理与利用。。科学是伴随随时间而积累累起来的知识识，以及通过过科学探索过过程而产生的的新知识。科科学知识可为为工程设计过过程提供信息息。技术术，，从从严严格格意意义义上上来来讲讲，，并并不不是是一一门门学学科科，，它它由由创创造造和和运运行行技技术术产产品品的的人人力力、、组组织织、、知知识识、、程程序序、、设设备备等等整整个个系系统统组组成成，，包包括括技技术术产产品品本本身身。。在在历历史史上上，，人人们们创创造造技技术术以以满满足足其其欲欲望望和和需需要要，，大大多多数数现现代代技技术术是是科科学学和和工工程程的的产产物物，，技技术术工工具具在在科科学学和和工工程程这这两两个个领领域域被被应应用用。。工程，既既是大量量关于设设计和创创造人工工产品的的知识，，也是解解决问题题的程序序。这个个程序在在约束条条件下被被设计。。工程设设计的制制约条件件之一是是自然法法则，或或者科学学。其他他制约条条件包括括时间、、财力、、可用的的材料、、工效、、环境法法则、可可制造性性、可修修复性等等。工程程学利用用科学和和数学概概念以及及技术工工具。数学，研究究量、数和和空间的模模式以及相相互关系。。它不像科科学那样需需要寻找实实证性数据据去证明或或推翻论点点，数学中中的论点通通过基于基基本假设的的逻辑论证证予以证明明。逻辑论论证本身和和论点是数数学的一部部分。与科科学一样，，数学中的的知识也会会增长，但但不同于科科学的是，，数学中的的知识不会会被推翻，，除非基本本假设被改改变。K-12年级数学的的具体概念念范畴包括括算术、代代数、函数数、几何、、统计和概概率。数学学被广泛运运用于科学学、工程、、技术领域域。融合的STEM教育具备新新的核心特特征:跨学科、趣趣味性、体体验性、情情境性、协协作性、设设计性、艺艺术性、实实证性和技技术增强性性等。(一)跨学科教育工作者者在STEM教育中，不不再将重点点放在某个个特定学科科或者过于于关注学科科界限，而而是将重心心放在特定定问题上，，强调利用用科学、技技术、工程程或数学等等学科相互互关联的知知识解决问问题，实现现跨越学科科界限、从从多学科知知识综合应应用的角度度提高学生生解决实际际问题的能能力的教育育目标。(二)趣味性STEM教育在实施施过程中要要把多学科科知识融于于有趣、具具有挑战性性、与学生生生活相关关的问题中中，问题和和活动的设设计要能激激发学习者者内在的学学习动机，，问题的解解决要能让让学生有成成就感，因因此需有趣趣味性。STEM教育强调分分享、创造造，强调让让学生体验验和获得分分享中的快快乐感与创创造中的成成就感。(三)体验性STEM教育不仅主主张通过自自学或教师师讲授习得得抽象知识识，更强调调学生动手手、动脑，，参与学习习过程。STEM提供了学生生动手做的的学习体验验，学生应应用所学的的数学和科科学知识应应对现实世世界问题，，创造、设设计、建构构、发现、、合作并解解决问题。。因此，STEM教育具有体体验性特征征，学生在在参与、体体验获得知知识的过程程中，不仅仅获得结果果性知识，，还习得蕴蕴含在项目目问题解决决过程中的的过程性知知识。(四)情境性STEM教育具有情情境性特征征，它不是是教授学生生孤立、抽抽象的学科科知识，而而强调把知知识还原于于丰富的生生活，结合合生活中有有趣、挑战战的问题，，通过学生生的问题解解决完成教教学。STEM教育强强调让让学生生获得得将知知识进进行情情境化化应用用的能能力，，同时时能够够理解解和辨辨识不不同情情境的的知识识表现现，即即能够够根据据知识识所处处背景景信息息联系系上下下文辨辨识问问题本本质并并灵活活解决决问题题。STEM教育强强调知知识是是学习习者通通过学学习环环境互互动建建构的的产物物，而而非来来自于于外部部的灌灌输。。(五)协作性性STEM教育具具有协协作性性，强强调在在群体体协同同中相相互帮帮助、、相互互启发发，进进行群群体性性知识识建构构。STEM教育中中的问问题往往往是是真实实的，，真实实任务务的解解决离离不开开其他他同学学、教教师或或专家家的合合作。。在完完成任任务的的过程程中，，学生生需要要与他他人交交流和和讨论论。(六)设计性性STEM教育要要求学学习产产出环环节包包含设设计作作品，，通过过设计计促进进知识识的融融合与与迁移移运用用，通通过作作品外外化学学习的的结果果、外外显习习得的的知识识和能能力。。设计计出创创意作作品是是获得得成就就感的的重要要方式式，也也是维维持和和激发发学习习动机机、保保持学学习好好奇心心的重重要途途径。。因此此，设设计是是STEM教育取得得成功的的关键因因素。(七)艺术性STEM教育的艺艺术性强强调在自自然科学学教学中中增加学学习者对对人文科科学和社社会科学学的关注注与重视视，例如如在教学学中增加加科学、、技术或或工程等等相关发发展历史史，从而而激发学学生兴趣趣、增加加学习者者对STEM与生活联联系的理理解以及及提高学学生对STEM相关决策策的判断断力;再如，在在对学生生设计作作品的评评价中，，加入审审美维度度的评价价，提高高学生作作品的艺艺术性和和美感。。STEM教育的艺艺术性是是以数学学元素为为基础，，从工程程和艺术术角度解解释科学学和技术术。(八)实证性实证性作作为科学学的本质质(NatureofScience)的基本内内涵之一一，是科科学区别别于其他他学科的的重要特特征，也也是科学学教育中中学习者者需要理理解、掌掌握的重重要方面面。STEM教育要促进进学生按照照科学的原原则设计作作品，基于于证据验证证假设、发发现并得出出解决问题题的方案;要促进学生生在设计作作品时，遵遵循科学和和数学的严严谨规律，，而非思辨辨或想象，，让严谨的的工程设计计实践帮助助他们认识识和理解客客观的科学学规律。(九)技术增强性性STEM教育强调学学生要具备备一定技术术素养，强强调学生要要了解技术术应用、技技术发展过过程，具备备分析新技技术如何影影响自己乃乃至周边环环境的能力力。在教学学中，它要要求利用技技术手段激激发和简化化学生的创创新过程，，并通过技技术表现多多样化成果果，让创意意得到分享享和传播，，从而激发发学生的创创新动力。。STEM教育主张技技术作为认认知工具，，无缝地融融入到教学学各个环节节，培养学学生善于运运用技术解解决问题的的能力，增增强个人驾驾驭复杂信信息、进行行复杂建模模与计算的的能力，从从而支持深深度学习的的发生。三、STEM课程与中小小学科学课课程创新STEM课程的跨学学科整合模模式STEM教育的课程程设计应该该使用“整整合的(integrated)课程设计模模式”，即即将科学、、技术、工工程和数学学等整合在在一起，强强调对知识识的应用和和对学科之之间关系的的关注。(一)跨学科整合合的模式针对STEM教育整合的的课程设计计，美国马马里兰大学学赫希巴奇奇(Herschbach，2011)提出两种最最基本的课课程模式:相关课程(thecorrelatedcurriculum)模式和广域域课程(thebroadfieldsurriculum)模式。相关关课程模式式将各科目目仍保留为为独立学科科，但各科科目教学内内容的安排排注重彼此此间的联系系。广域课程模模式则取消消了学科间间的界限，，将所有学学科内容整整合到新的的学习领域域。STEM教育的广域域课程模式式不再强调调物理、化化学甚至科科学作为独独立的学科科存在，而而是将科学学、技术、、工程和数数学等内容容整合起来来，形成结结构化的课课程结构。。赫希巴奇奇指出，最最常用的整整合方式是是通过活动动(activities)形成连贯、、有组织的的课程结构构(见图1)。(二)跨学科整合合的基本取取向如何将四门门独立学科科知识紧密密关联实现现整合，有有三种取向向:1．学科知知识整合取取向分析各学科科最基本的的学科知识识结构，找找到不同学学科知识点点之间的连连接点与整整合点，将将分散的课课程知识按按跨学科的的问题逻辑辑结构化。。将各学科科内容改造造成以问题题为核心的的课程组织织，通过序序列化的问问题有机串串接起各学学科知识，，使课程要要素形成有有机联系和和有机结构构。知识整合取取向模式一一般采用基基于问题的的学习模式式。2．生活经经验整合取取向注重知识的的社会功能能，也就是是基于学习习者的需求求，以第三三次工业革革命为代表表的知识经经济社会所所必须的知知识与技能能为核心整整合多学科科知识，然然后以项目目设计与实实施为载体体，将学术术性的学科科知识转化化为可解决决实际问题题的生活性性知识。生活经验与社社会取向课程程整合模式一一般采用基于于项目的学习习模式(project-basedlearning)3．学习者中中心整合取向向这种模式不强强调由教师预预设问题或项项目，而由学学习者个体或或小组调查、、发现问题。。它不仅强调调解决问题能能力的培养，，还强调发现现问题的创新新能力，是一一种依据学习习者需求，以以学习者生活活经验为基础础寻找各学科科整合点的模模式。学习者中心取取向整合模式式采用学生主主导项目的方方式，学生以以个人或小组组为单位提出出任务，任务务内容需要学学习并运用跨跨学科知识。。STEM项目设计模式式(见图2)1.教学分析1)教学目标;2)学习者特征;3)跨学科知识地地图(学习内容)。STEM教育强调学习习要完成真实实情境中的任任务，而要确确保任务中包包含教学目标标，就需要对对学习内容进进行深入分析析，明确所需需学习的知识识内容、知识识内容间的结结构关系和知知识内容的类类型。这可以以通过绘制学学习内容的知知识地图，展展示跨学科知知识之间的关关联，为整个个课程知识均均衡覆盖提供供基础。2．学习任务务设计学习任务是整整个STEM教学设计模式式的核心和立立足点。STEM教学是基于现现实情境的，，需要学习者者置身于真实实、非良构的的学习任务。。学习任务可可以是问题或或项目:它们均代表连连续性的复杂杂问题，并要要求学习者采采取主动、建建构、真实情情境下的学习习方式。STEM教学要基于前前面的教学分分析结果，对对学习情境进进行设计，使使得学习问题题能够与真实实学习情境相相融合，不处处于分离或勉勉强合成的状状态。3．工具与与资源设计计设计适宜的的学习环境境和丰富的的学习资源源与工具是是STEM教学设计必必不可少的的环节。学学习环境设设计主要包包括教学中中需要用到到的设备、、器材和各各种信息化化工具。学习资源方方面教师需需要设计:1)了解有关学学习问题的的详细信息息和必要的的预备知识识;2)学生在解决决学习问题题过程中可可能需要查查阅的信息息;3)强化练习材材料。4．学习支支架设计STEM教师既需要要保持对各各个教学环环节的控制制、管理、、帮助和指指导，又需需要从课堂堂主角变为为幕后导演演，成为学学生意义建建构的帮助助者、促进进者。针对学生问问题解决过过程中可能能遇到的困困难，教师师提供起支支撑、承载载、联结等等作用的支支架，是确确保学生在在最临近发发展区内进进行学习并并解决问题题的关键。。典型的支架架包括:情境型支架架，设置情情境帮助进进入学习;问题型支架架，创设问问题情境，，引发思维维;实验型支架架，演示实实验、学生生实验、家家庭实验等等;信息型支架架，包括教教师已有知知识、网络络知识、材料等;知识型支架架，主要是是提供评价价和产生新新的经验和和信息的框框架;程序型支架架，是指做做事的顺序序;策略型支架架，指在不不同教学条条件下，为为达到不同同教学效果果所采用的的手段和谋谋略;范例型支架架指典型事事例和范例例;训练性支架架指通过指指导和练习习强化学生生认知理解解，提升学学生学习能能力。5．学习活活动设计学生是在完完成STEM教育项目过过程中获取取知识、认认识客观世世界的，认认知与学习习发生在完完成任务和和解决问题题的过程中中，是通过过学习活动动这一中介介体完成的的。STEM学习活动设设计，就是是教师根据据教学目标标、教学内内容、教学学情境灵活活选择和设设计学习活活动，让学学生通过参参与活动进进行学习。。6．学习评评价设计教学评价包包括形成性性评价和总总结性评价价。形成性评评价偏向向于使用用量表、、行为观观察和知知识测验验等形式式了解阶阶段性的的教学成成果和存存在问题题，及时时对教学学实施方方案进行行修改、、完善。。总结性评价价一般安排排在教学活活动告一段段落后，为为检验学习习效果是否否达到预期期的教学目目标而进行行的评价。。7．总结与与强化练习习项目结束后后需要适时时进行教学学总结，促促进学习者者将零散的的知识系统统化。教学学总结可以以由教师独独立进行，，也可以采采取教师指指导下学生生小组合作作汇报等形形式进行。。完成教学总总结后，教教师应根据据小组评价价和自我评评价结果，，为学生设设计一套可可供选择并并有针对性性的补充学学习材料和和强化练习习。8．项目方方案试用与与改进项目实施过过程中，一一方面要严严格按照设设计的方案案进行实施施，确保教教学方案的的执行;另一方面，，要根据现现实教学条条件和形成成性评价的的结果不断断修订设计计方案，保保证灵活性性。四、从STEM教育到STEAM教育STEAM教育用跨学学科的方法法教授科学学、技术、、工程、艺艺术和数学学方面的知知识，引导导学生适应应不断更新新的专业知知识和快速速变化的社社会生活。。STEAM教育的理念念可以概括括为:以数学为基基础，通过过工程和艺艺术解读科科学和技术术。STEAM教育支持学学生以学科科整合的方方式认识世世界，以综综合创新的的形式改造造世界，培培养他们解解决问题的的创新能力力。STEAM教育主要以以基于项目目的学习、、问题的学学习为主要要教学(学习)整合的方式式认识世界界，以综合合创新的形形式改造世世界，培养养他们解决决问题的创创新能力。。STEAM教育主要以以基于项目的学习习、问题的的学习为主主要教学(学习)方式，引导导学生通过过合作与实实践，完成成主题项目目和解决生生活中遇到到的难题。。作为一种种超越传统统的教育模模式，STEAM教育可以缩缩小学生现现有知识技技能与职业业所需知识识技能间的的差距，提提升学生的的就业竟争争力。STEAM教育育在在原原有有STEM教育育基基础础上上加加入入了了艺艺术术，，有有助助于学生生从从更更多多视视角角认认识识不不同同学学科科间间的的联联系系，，提提高高自自身身综综合合运运用用知知识识解解决决现现实实问问题题的的能能力力。。艺术术‘‘`A”包包含含较较少少’’一一泛泛的的人人文文艺艺术术科科目目，，涵涵盖盖社社会会研研究究(socialstudies)、语语言言(language)、形形体体(physical)、音音乐乐(musical)、美美学学(fine)和表表演演(performing)等。。从STEM教育育到到STEAM教育育再再到到STREAM教育育(添加加了了读读/写能能力力‘‘Reading/Writing’’)}STEAM教育育的的内内涵涵不不断断丰丰富富，，成成为为教教育育界界的的热热点点。。在在STEM和STEAM教育育的的热热潮潮下下，，STREAM(科学学、、技技术术、、读读/写、、工程、、艺艺术术和和数数学学)教育育应应运运而而生生。。事事实实上上，，强强调调读读写写能能力力是是科科学学、、工程和技技术教教育的的重要要组成成部分分，目目的是是使高高素质质令业业人士士能够够胜任任撰写写报告告、实实验材材料以以及与与人交交流的的需要要。STEAM教育已已得到到公众众的认认可，，逐步步成为为更加加完善善的人人力资资源教教育模模式。。我们们可以以把基基于现实需需要、、具有有终身身学习习效能能的STEAM教育称称为““全民民有效效性学学习””。随着国国际上上不断断将STEAM教育运运用于于实践践教学学，STEAM教育理理念也也被引引入中中国。。STEAM教育认认为科科学、、技术术、工程、数数学、、艺术术之间间存在在结构构上的的顺序序关系系，在在人们们分析析和改改造世世界中中发挥挥着各各自作作用。。在STEAM教育中中，科科学支支持人人们认认识世世界的的规律律;工程与技技术支支持人人们根根据社社会需需求改改造世世界;艺术帮帮助人人们以以美好好的形形式丰丰富世世界;数学则则为人人们发发展与与应用用科学学、工程、艺艺术和和技术术提供供思维维方法法和分分析工具。人们只只有在在拥有有了技技术的的前提提下才才可以以理解解科学学，只只有理理解了了艺术术和数数学后后才能能从事事工程的研研究与与开发发。我我们聚聚焦在在如何何分析析不同同学科科间知知识的的联系系，探探讨它它们在在现实实世界界中的的应用用，而而不是是关注注某些些知识识是否否属于哪个研研究领领域。。STEAM教育不不是将将重点点放在在某个个学科科上，，而是是放在在引导导学生生采用用学科科融合合的学学习方方式，，运用用跨学学科思思维解解决现现实问问题。。艺术加加入科科学、、技术术、工程、数学教教育中，是是对这四类类课程的良良好补充，，能帮助学学生优化不不同学科知知识的理解解与应用。。例如，““声音”具具有影响和和传授知识识的效能，，学生运用用沟通和语语言的艺术术能更好地地实现知识识共享;通过美术，，学生能更更好地了解解过去和现现在的文化化和美学;学生了解人人性、道德德、自由和和艺术等知知识，有助助于理解社会发发展。STEAM教育将人文文艺术中的的“谁来做做”和“为为什么这样样做”(WhoandWhy)加入到STEM教育领域的的“做什么么”和“怎怎么做”(WhatandHow)中，让人和和伦理道德德在创新过过程中扮演演重要的角角色。因此此，STEAM教育不仅可可以提升学学生的演绎绎与归纳等等逻辑思维维能力，还还能培养学学生养成解解决现实问问题所需的的灵活性和和适应性，，使他们具具备跨文化化交流能力力。STEAM教育让学生生远离碎片片化的知识识和死记硬硬背的过程程，引导学学生联系不不同学科之之间的知识识，不断提提升学生的的逻辑思维维能力、问问题解决的的创新能力力、同伴之之间的合作作能力，以以及自我实实现的激励励能力。因因此，STEAM教育有利于于培养具有有创造和革革新精神的的全面发展展的人，支支持他们成成为未来发发明家和创创造者。STEAM教育框架(见图1)中，最顶层层的是最终终目标(LifelongHolistic)，表明STEAM教育的终身身性、整体体性;第二层是STEAM，可以作为为综合层级级(MultidisciplinaryLevel)，强调STEAM教育支持学学生以跨学学科的方式式发现和解解决问题;第三层是STEM加艺术(STEM+A)，强调艺术术对各个学学科的渗透透;第四层是学学科层，主主要探讨科科学、技术术、工程、、艺术和数数学等学科科间的联系系;最底层是具具体内容层层(ContentSpecificLevel)，主要是科科学、技术术、工程·艺术和数学学等学科的的相关课程程。例如，，科学学科科包括物理理、生物、、化学、空空间和地理理科学等。。STEAM教育针对学学生目前的的学习需要要和未来的的工作需要要，通过问问题导向的的项目实践践，实现多多个学科之之间的整合合，为学生生提供体验验创新、独独立思考和和团队协作作的机会。。尽管STEAM教育提供多多种方式支支持学习，，但学生仍仍需要对个个人学习负负责，需要要不断发挥挥自身的能能动性和创创造性。STEAM教育的教学学不以传授授知识为主主要任务，，而以培养养学生的问问题解决能能力和创新新能力为目目标。相对对于传统的的教学活动动设计，STEAM教学坚持以以学生为中中心。教师师不仅告诉诉学生怎么么做，而且且引导学生生体验解决决实际问题题的过程，，在探索中中开启学生生的创造力力。为了培养创创新型人才才，教师应应该鼓励学学生去质疑疑和反思，，而不是依依赖死记硬硬背;引导学生面面向问题去去创新，而而不是强调调简单应用用。为此，，STEAM教育的教师师需要科学学安排教学学过程，即即要做什么么(活动的目的的)、用什么做做(设备、要素素和材料等等)以及达到什什么效果(学生发现了了什么、收收获了什么么)等。为了提提高STEAM教学的有效效性，我们们根据STEAM教学流程，，设计了STEAM教育教学过过程卡。STEAM教育的教师师应根据学学生特征，，开展不同同学科、不不同课程之之间的融合合，并注重重通过项目目活动带动动课程的整整合，培养养学生的STEAM素养(科学、技术、、工程、艺术术、数学等素素养)和解决问题的的创新能力。。STEAMSTEAM教育育中中，，教教育育工工作作者者需需要要学学习习新新的的知知识识，，获获得得所所需需的的教教学学经经验验，，不不断断提提高高教教学学设设计计能能力力。。教教育育工工作作者者应应该该在在引引导导学学生生““了了解解自自己己””和和““如如何何进进行行团团队队协协作作””等等基基础础上上，，帮帮助助学学生生掌掌握握如如何何进进行行互互动动、、成成为为小小组组成成员员、、如如何何开开展展团团队队合合作作等等知知识识。。这这些些活活动动涉涉及及基基本本的的写写作作、、科科学学运运用用词词汇汇和和行行为为调调查查等等，，需需要要教教育育工工作作者者有有效效地地组组织织与与实实施施。。作为教育工工作者的核核心人员，，教师应根根据学生兴兴趣和不同同学科知识识的特点，，面向现实实问题设计计跨学科项项目活动，，采用不同同的教学方方式和个别别化教学，，并不断增增强现实问问题、课程程内容、活活动设计、、能力培养养以及未来来工作之间间的联系，，引导学生生在问题解解决过程中中提高创新新能力。STEAM教育立足足于实际际问题，，鼓励学学生通过过协作和和实践完完成项目目、解决决问题，，有助于于培养学学生的综综合素养养和问题题解决能能力，形形成具有有创新能能力的优优秀人力力资源，，而人力力资源的的培养为为科学伎伎术水平平的提升升起到了了推动作作用，因因此STEAM教育正在在成为技技术创新新的重要要驱动力力。尽管管不是所所有学生生都能进进入STEAM行业，但但其他行行业正变变得越来来越依赖赖STEAM技能。几几乎所有有职业要要求学生生精履STEAM教育所培培养的能能力。中国要开开展STEAM教育，建建议在教教授课程程时应将将STEAM看作是提提升创造造力的方方法。例例如，对对于其中中的艺术术教育而而言，STEAM教育的目目的不是是教艺术术，而是是让学生生懂得如如何在现现实生活活中运用用艺术，，不断完完善目前前的生活活方式和和所在的的现实世世界。应当将教教育辅助助人员融融入STEAM团队，包包括:1)指导人员员，他们们要帮助助学生了了解自己己的兴趣趣和爱好好，指导导他们选选择符合合职业目目标的课课程，引引导他们们实现自自身技能能和兴趣趣与未来来职业的的匹配;2)图书馆馆管理理员/媒体专专家，，他们们要帮帮助学学生寻寻找信信息、、查询询教育育专家家，以以及为为学生生STEAM教育项项目的的作品品展示示提供供空间间，让让学生生看到到大家家在做做什么么、怎怎么做做的，，以及及引导导学生生如何何借鉴鉴他人人成果果改善善自己己的产产品或或者方方案;3)信息/教育技技术人人员，，他们们要改改善STEAM教育中中技术术应用用的过过程和和方法法，优优化师师生教教学，，并对对如何何购买买与使使用新新兴教教育技技术提提出建建议。。为促使使STEAM教育取取得更更好的的效果果，建建议:1)每个学学校应应配备备一名名STEAM认证协协调员员。作作为课课程专专家、、申请请撰写写人和和社区区联络络员，，这些些协调调员应应精通通职业业规划划、基基于问问题的的学习习、课课程整整合等等相关关知识识，熟熟悉教教育、、科学学、技技术、、工程程、艺艺术、、数学学等学学科间间的联联系;2)学校应当当根据技技术教育育的相关关国家标标准设计计STEAM教育主题题;3)采购设备备与设计计课程应应具有可可持续发发展的视视野，既既要基于于STEAM教育的现现实状况况，又能能满足STEAM教育的未未来需要要;4)实现信息息技术与与STEAM教育的深深度融合合，采用用翻转课课堂等方方式开展展教学活活动。五、中国国STEM教育白皮皮书（2029创新行动动计划））第一，促促进STEM教育政策策顶层设设计。STEM教育是培培养创新新人才的的一个重重要途径径，对国国家未来来发展具具有不可可忽视的的重要作作用，因因此在国国家层面面进行相相应的顶顶层设计计甚为关关键。以以美国为为例，近近三十年年来，美美国政府府连续发发布多项项关于发发展STEM教育的指指导性文文件，并并在资金金保障、、社会参参与、项项目设计计等方面面给予大大力支持持，培养养了大批批STEM教育方面面的人才才，为美美国经济济发展做做出了重重要贡献献。目前前创新驱驱动已经经成为我我国的一一个重大大战略，，我们行行动组，，愿与社社会各界界一道，，推动STEM教育政策策的顶层层设计，，助力这这一战略略的全面面实施。。第二，实实施STEM人才培养养畅通计计划。构建起良良好的STEM人才培养养体系，，才能真真正实现现国家人人才建设设的可持持续发展展。对于于中小学学生，要要注重培培养学习习STEM的兴趣，，奠定必必要的基基础；对对于职业业学校学学生，要要引导树树立工匠匠精神，，强化STEM技能技技术训训练；；对于于大学学生，，要鼓鼓励积积极投投身STEM领域，，提高高科技技创新新能力力和就就业创创业能能力。。总之之，要要完善善STEM教育课课程教教学体体系，，促进进各学学段STEM教育的的有效效衔接接，进进一步步优化化STEM教育活活动，，提高高相关关活动动的吸吸引力力、科科学性性和教教育质质量，，为每每一位位学生生参与与STEM活动提提供保保障。。第三，，建设设资源源整合合和师师资培培养平平台。。我们将将组建建学校校发展展共同同体，，推选选优秀秀学校校担任任牵头头学校校，定定期组组织开开展研研讨活活动，，加强强校际际之间间的沟沟通与与交流流，促促进资资源共共建共共享。。加强强具有有跨学学科背背景的的师资资力量量的培培养，，尤其其是针针对STEM教育相相对落落后地地区和和群体体的师师资培培训，，帮助助他们们获得得多学学科STE