指向核心素养 STEAM 教育实施策略

STEAM教育主要有智能编程、3D打印、教育机器人、电子智造、APP设计等，它深度融合科学、技术、工程、美术、数学等多个学科，可以帮助学生提升核心素养，是一种面向21世纪的新型教育模式。

本文阐释 STEAM 教育特有的核心素养培育功能，探讨实践层面上的实施策略。

一、STEAM 教育价值

在培养适应21世纪人才的今天，STEAM教育具有先进的教育理念、教学方法和多方面的教育价值。

( 一) 学科深度融合

STEAM教育就是尽可能创设真实的情景，让学生在同一个项目学习中应用到多学科知识。

比如，一件产品外观涉及数学测量知识; 为了便于推广，需要用到美术设计知识; 产品的结构用到物理学科中的杠杆平衡知识等。这样可以将多学科的知识、思维方式进行深度融合。

( 二) 勇于实践创新

我国的学校教育偏重于知识传授，学生缺乏动手实践。国外尤其是欧美中小学尽管学习的学科知识滞后于中国，但他们的学生有非常多的动手实践机会，学生有自己的兴趣爱好并且勇于创新，在这种创新精神推动之下，他们科技一直处于领先地位。所以，在STEAM教育中，一定要给学生尽可能多的实践机会，在实践中进行创新，哪怕点滴也是有价值的。

( 三) 直面现实问题

学生在各个学科中的学习通常是知识到知识，学习前面一个知识只是为后面的知识奠定基础，除此之外，学生无法感受学习在现实中的作用，导致他们学习目标缺失，而在STEAM教育中内驱力是解决现实问题，具体表现为学习完成后要完成一定作品的制作，用作品能解决学习、生活和生产中的实际问题，从而凸显学习的价值，使他们能够积极、主动完成学习。

( 四) 彰显知识价值

知识是前人在生活、生产中总结、提炼出来的，在各学科教学中，学生基本看不到知识对应的场景，更不经历知识提炼过程，所学知识除了能解答习题、应付考试外，学生看不到知识的价值，他们深度怀疑学习的意义，在这种心态下，学生的学习动力可想而知。

在STEAM教育中，学生通过动手实践，可以提炼、总结自己的发现，演变成知识。或者，在遇到问题之时，教师将相关知识提供给他们，他们学习、理解之后立即就能解决问题。这两种情况都非常有效地将知识的价值彰显出来，学生对待知识学习自然会从被动向主动转变。

( 五) 指向核心素养

教育的价值是达到学生核心素养的提升，核心素养的基础是知识与技能，但需要上升到能力、思维等层面，STEAM教育显然比学科教育更能够达成此目标，因为，在项目完成过程中，知识和技能的学习是有需求的，其学习是高效的，学生更多的时间在进行作品分析、规划设计、总结提升等高阶思维，这些思维的训练自然会演变成核心素养的提升。

二、STEAM教育思维

STEAM教育能够指向核心素养的培养，是因为在此过程中学生的思维能得到有效训练。从思维的流程来看，学生能经历到以下两种思维方式的训练。

( 一) 逆向思维

STEAM教育之初，因为学生能力、基础等所限，学生学习一般是从模仿开始，也就是教师在学习之前将作品先制作好，让学生从头开始将其模仿出来，这和工业启创阶段仿制先进产品做法一致。

这种教育思维方式是，先对产品进行功能、结构、材料等分析，然后倒推要完成该产品所需要的原料、器材，设计其运行的机理，编写出相应程序。这种思维方式只适合初始阶段，因为成品基本限制了学生的思维，经验表明，学生完成的作品大多数与成品接近，也就是学生创新思维难以得到提升。

( 二) 正向思维

正向思维首先要发现实际生活中存在的问题，需要设计、生产出具有一定功能的产品去解决，产品的功能由需要解决的问题决定，产品的功能决定了其外观、结构、材质等。在这些因素确定的情况下，也就是目标是明确的情况下，可以选择多种途径，使用多种器材，设计多种产品来解决问题。在这种思维过程中，学生的发散性思维被高度打开，创新精神无疑会得到有效激发。

三、STEAM教育学习方法

开展STEAM教育，必须摈弃传统的教学模式，让学生采用新型的学习方法，保证其主体学习地位，让他们积极、主动学习。

( 一) 确保学生主体地位

在STEAM教育中，学生自然经历的是一种学习，但这种学习一定是有别于传统的学习方式，在这种新型学习方式中，学生是学习的主体，教师转变成学生学习的指导者、帮助者，学生通过开展各种学习活动，去自主学习，去探究新的知识、掌握新的技能，学会与同伴在学习过程互相协助，共同提升。

总之，教师不能再包揽全部学习过程，要将大多数时间还给学生，要让学习真正成为学生自己要完成的事情，充分发挥他们学习的主动性和积极性。

( 二) 采用项目学习模式

项目学习模式非常适合于STEAM教育，这种学习方式是学生在一个个项目中完成学习任务，达成核心素养的提升。在这种学习模式中，每个学生亲自经历问题发现、问题分析、规划设计、问题解决、总结提升等所有环节，因为是亲自经历，学生获取知识更主动，知识会记忆更牢固，而且能触动其内心情感，让其感受到学习是一件有价值的事情，而不只是考试得到一个好分数，这样其学习的动力自然是传统教学不可相比的。

项目学习中的问题分析和规划设计，更主要是能提升其思维品质，经过多次训练，其核心素养自然会得到提升，这些素养会让其终身受益。

四、STEAM教育组织实施

由于STEAM教育发展迅猛，目前STEAM教育还不是国家课程，作为一线教师需要发挥主观能动性，采用各种办法组织实施。

( 一) 课内实施

教育的主阵地在课堂，所以，首先需要努力在科学、技术、数学、美术等学科课堂教育中推行STEAM教育基本理念，改变传统的教学模式，实现项目学习。

教育部已经将综合实践作为中小学重要课程内容，并颁布了纲要，该纲要中所列的许多内容非常适合按照STEAM教育方式开展，所以在小学和初中，可以在综合实践课内开展 STEAM 教育。

在高中阶段，通用技术学科的内容也非常适合应用STEAM教育模式，信息技术选修课程也适合按照STEAM课程来实施。

( 二) 课外实施

目前各地实行下午“三点半”课程，也就是下午正常教学完成后，因为家长还没有下班，学校将学生留下来开展各种各样的活动(不准开展文化课教学) 。在这段时间内，非常适合开展STEAM教育，对于高年级学生，STEAM教育可以作为社团活动的主要内容。

( 三) 时间安排

STEAM教育中，为了保证制作出的作品有一定的实用价值，是需要一定的时间保证的。从作品构思，到最后的成品测试，一般都不是一节课能完成的，需要教师给学生争取到更多的时间。

如果条件允许，利用晚上、周末等课余时间一次性完成当然最好，实在是一个连续时间段无法完成，就需要学生做好时间规划，将作品制作分成几个时间段，每个时间段完成一个任务。

五、STEAM教育项目设计

项目设计是STEAM教育中非常重要的一环，它决定教育效果，在STEAM教育之初，由于学生的知识、能力储备不够，经验不足，还需要教师引导，也就是要教师设计项目。因此在设计项目时需要关注以下几点:

( 一) 项目设计基本方法

STEAM项目设计需要教师有丰富的教学经验，但也有一些基本方法可以使用，据此设计的项目基本能符合教学需要。

1．知识点合理安排

STEAM教育涉及多个学科，项目设计者一定要与相关学科的教师进行交流沟通，了解学生相关的知识基础，建立学科之间的知识内在联系。在所设计的多个项目中合理分布相关知识点。

2．学生特征分析

学生的自身能力和知识内容储备将直接影响到STEAM项目的进程，故开发的项目必须与之相

匹配。对于低年级的学生，单个项目涉及的学科要少，知识综合性相对要低。

3．学习资源相适

STEAM教育对资源有较大的依赖性，设计的项目必须有相应的硬件、软件支持，否则学生将无法完成作品的制作。故在设计项目之时，要充分预设多种硬件、软件方案，看学校的条件是否满足方案要求。

( 二) 项目设计基本要求

设计出来的STEAM项目是否符合基本要求，可以通过审视该项目是否满足以下特性判断。

1．趣味性

设计的项目首先要有趣，要能吸引住学生，使之感觉好玩，在玩中完成项目，在玩中完成学习，这点对于低年级的学生显得尤为重要。为此，作品的制作尽可能用到声光电等，当然，入手如果太困难，难以完成项目，学生自然不会感觉到有趣。

2．实用性

所谓实用性，就是学习完成后制作出来的作品要能解决实际生活中的问题，让学生感受作品的价值、学习的意义，从而对后续的学习起到正向激励作用。

比如学生设计、制作出来的浇花器，恰遇家长要出差，正好能派上用途，家长对学生的 STEAM学习自然会持鼓励态度。

3．可行性

在设计项目时，首先是要考虑学生的年龄、知识储备和学习能力是否支持项目的完成，同时要考虑学校是否有相关设备，如果没有，能否有资金购买等。

项目完成需要多长时间，能否安排到足够的课时等。只有所有条件全部具备，才能保证学生顺利完成项目，才能让学生收获成就感。

六、STEAM教育课程准备

STEAM教育在实施之前必须做好充分的准备，没有一定的条件，其实施效果可能与预想效果相差甚远。

( 一) 准备学习环境

在实施STEAM之前，需要教师通过努力，准备好相应的硬件和软件，自然需要教师也能熟练掌控。

1．主要硬件

3D打印机：用户先用软件构建模型，然后用热熔塑料材料，通过逐层打印的方式构造物体。

乐高EV3机器人: LEGO公司开发的智能机器人，可连接各种传感器，支持USB、蓝牙和Wi－Fi与电脑通讯，用户可以发挥想象力搭建机器人，同时编程对其进行控制。

Micro: bit 板: 专为青少年编程教育设计的微型电脑开发板，使用它可以驱动青少年参与到创造性的硬件制作和软件编程。

Arduino 板: 一款便捷灵活、方便上手的开源电脑板，只需数百元，可以用多种软件编程控制。

2． 常用软件

Mind + : 基于Scratch 3.0 开发，支持Arduino、micro: bit、掌控板等各种开源硬件，可以让学生图形化编程。

Mixly: 支持 C、Python 等编程语言，可以驱动Arduino、micro: bit、掌控板等各种开源硬件。

3D ONE: 国产的 3D 设计软件，具备简单易用的程序环境，支持平面草图绘制，可进行丰富实用的 3D 实体设计，提供多种多样的显示控制，很适合学生使用。

App Inventor: 用于编制移动端 APP，图形化操作界面，编制好的程序可以下载到平板或智能手机上直接运行。

( 二) 组建学习团队

因为要制作出有实用价值的作品，并且是学生自主学习，所以必须组建 3 ～5 人一组的学习团队，团队成员在学习中共同研讨，思维碰撞，同时每个学生根据各自的兴趣、特长，对作品制作进行任务分工，加快作品制作过程，缩短学习时间。

组建的团队要相对固定，团队成员之间存在一定的磨合期，磨合好后就不要轻易拆分。团队中的成员角色要有适当分工，当然需要他们内部讨论而定。

七、STEAM教育项目实施

要想取得理想的教学效果，STEAM教育项目实施必须按照一定的环节，在不同环节学生完成不同的任务。

( 一) 用户研究

STEAM教育通常是制作一定的作品，这些作品是满足一定的人群解决现实问题之用，因此首先对作品的用户进行研究。

1．需求分析

研究用户有什么需要，也就是要使用完成的作品解决什么问题。作品需要有哪些功能，每项功能可以解决什么问题。同时还要确定作品的这些功能是如何被用户使用的，要符合用户的一般使用习惯; 以及用户在使用这些作品时会出现哪些问题等。

2．前期调研

通过网络搜索等方式，了解市场上有没有解决问题的类似产品，如果有，这些产品有哪些功能，什么原理，价格如何，有没有可借鉴之处等。搜集到的资料越丰富，越能将问题解决在前期。

( 二) 产品创意

产品创意可能是STEAM教育最为重要、最为困难的一个环节，重要的是它能激发学生的深度思维，困难的是它需要学生反复构思。

1．头脑风暴

在此过程中，尽可能让学生提出各自奇思妙想，充分打开学生的发散性思维，让学生尽可能想出各种问题，以及每种问题的解决方案，选择他们能找的材料，这个环节的价值可能远比解决问题更重要。此环节建议分组实施，让学生通过讨论交流等形式打开思维，进行思维碰撞，最后初步形成解决问题的方案。

2． 构思方案

在经过头脑风暴之后，构思出多种解决问题思路，再通过各种约束条件做减法，逐步缩小范围，最终找出与现有硬件条件、与学生能力相对应，在设定的时间内可以用最经济手段能完成的解决方案。

( 三) 规划设计

任何工业产品在生产之前都需要规划设计，在STEAM教育中，这也是必不可少的一个环节。

1． 结构设计

将产品进行结构化，也就是将产品分成几个主要结构，如一个机器人分成运动机构、执行机构、主体结构，然后对每个部分再进行设计，这样设计的思路就比较清晰，尤其是比较复杂的作品更是需要如此设计。构思好作品结构后，要绘制出结构图将其表现出来，绘图过程也是重新思考的过程，绘制好的图也便于其他同学帮助评价、发现问题。

2． 电路设计

电路部分主要是通过传感器获取到周边有价值的信息，发送给主控器进行处理，当达到设定的条件，将处理的信息发送给执行机构做出反应。例如，灭火机器人用温度传感器不停探测外界温度，当主控器获得的温度值超过设定者，就认为机器人找到的火焰，给风扇电机发出启动信号，风扇开启，将火焰吹灭。

当然，对于复杂的作品，对电路也要按功能分别设计，可能需要专业软件来设计电路。

( 四) 制作准备

在作品实际制作之前，必须让学生做好充分的准备，因为磨刀不误砍柴工，准备得越充分，后期遇到的问题也就越少。

1． 知识准备

作品的设计、制作等都是建立在一定的知识之上，对于相关的知识在此给出，学生学习之后就立即可以用上，他们会自己积极、主动地学习。需要说明的是，这儿的知识要与作品有高度相关性，关联性不强的知识不要过多堆砌，不强求知识的体系性。

2． 数据测量

STEAM教育要体现工程建设理念，任何工程的基础是产品的准确尺寸，没有准确的尺寸数据，将会无法完成产品的设计，制作出来的产品也会因为粗糙要归于不合格之列。从各地STEAM教育开设来看，目前这个环节还没有引起足够的重视，做出的作品与目标还有不少距离。

3． 工具使用

制作产品肯定要使用各种工具，熟练使用各种工具也是学生在生活中必须掌握的一种基本技能，可以解决生活中的许多小问题。在教学中，教师先要做好正确示范，要注意随时纠正学生不规范使用方法，严格要求会让学生一生受益。

4． 材料选择

根据作品设计，选择相适合的材料。先用图或表将所选的材料罗列出来，在实际教学中，如果有条件许可，最好能将这些材料分类取出放置，使学生养成良好的工作习惯，且不可杂乱无章。

( 五) 技术实施

通过技术实施，完成硬件搭建和软件编写，这个环节需要花费大量的时间，期间可能还需要反复修改。

1． 硬件搭建

需要将硬件分成几个模块或几个部分进行搭建，然后将各个模块组装到一起。对于一些比较简单的作品，也可以先搭建主体，然后将其他部件安放到主体上。

总之硬件搭建要有明确的思路，按照之前构思的顺序进行搭建，养成良好的习惯，避免想到什么搭什么，以此培养学生严谨的工作作风。

2． 软件编写

首先需要选择合适的软件，由于每个学生对不同软件熟悉程度不同，兴趣不同，同样的作品可以选择不同的软件完成程序编写。在程序编写之前，先要对软件的功能进行充分分析，构思出程序的结构，设计出程序的算法流程图，然后严格按照算法编写出相应的代码。

( 六) 检测评估

作品完成后，是否达到设计要求，需要检测进行评估。制作好的作品，通过交流分享，可以调动学生的积极性。

1． 作品检测

此环节的目的是检测作品是否达到设计要求，故要准备一定的检测条件( 如场地、器材) ，设计出一定的检测方法，对作品进行调试检测，检测时还要控制变量，以判断当出现问题时，问题出现的原因，以便改进。

2． 分享交流

STEAM教育一般通过分组完成，每个组将本组的作品思路、制作过程、经验教训等总结出来，然后再全部交流共享，如此可以互相启迪、共同提升，学生的思维得到了锻炼，表达能力、交流能力也有了训练的机会。

( 七) 提升反思

作品制作好了还没有达到全部教学目标，还需要提升反思。本环节非常容易为大多数师生省略，但它对学生核心素养达成有着不可替代的作用。

1． 优化提升

通过对作品进行调试、评测，尝试对作品进行改进，探讨是否还能增加一些功能。通过其他人的使用，获取其他人的使用感受和改进意见，对此进行总结，对作品进行优化，使作品更实用、更美观、更经济。

2． 总结反思

让学生总结在作品制作过程中一些成熟的方法，以便推而广之。对于过程中出现的问题、犯下的错误要进行反思，尽可能在后面的学习避免犯同样的错误。教师要引导学生每次学习后都进行反思，将反思内化为思维活动的一部分，从而提升学生科学思维水平。这个环节可能许多情况下被忽略，但却是非常好的学习方法，也是提升思维品质的有效途径。

八、STEAM教育常见误区

STEAM教育作为一种创新的教学方式，但因为教师在传统教学模式中浸润太久，学生一直接受的是传统教育模式，教师和学生非常容易不知不觉返潮，出现如下问题。

( 一) 回归知识教育为主

STEAM教育一定会涉及知识学习，但如果将其作为重点，就本末倒置，因为知识只是作品设计、规划和制作的基础，所以，尽可能应用已经学习到的学科知识，对于新知识也是有取舍地学习，不相干可以留待需要的时候再学。将重点放在培养学生创新精神和实践能力之上。

( 二) 用传统教学模式

传统教学模式延续了多年，许多教师习惯了照本宣科，将项目的各个环节进行讲解、演示，学生也习惯了这种模式，上课时努力去聆听教师的讲解，观看教师的演示，或许最终也能将作品完成，但如果再让他们做一个同类的产品，他们会束手无策，因为在这种模式之下，学生的能力没有得到培养，素养在低位徘徊，这种教学模式完全违背了STEAM教育原始之义。

( 三) 不允许出现偏差

实施STEAM教育，学生制作作品过程中出现错误是经常发生的，许多老师在遇到学生出错时，立即就告知学生错误原因，力图让学生早点顺利完成作品，这种做法给学生带来的可能是伤害。

本来出现错误是给学生创设了一个很好的情景，可以促使学生分析错误原因，思考解决问题的方法。而且，错误让学生明白此路不通，就会避免再次犯同样的错。当然，如果学生确实无法找出错误原因和解决办法，教师可以提供一定思路，但不要越俎代庖。

STEAM以项目学习方式开展，引导学生运用跨学科知识，通过合作、设计、建构来发现、解决真实情景中问题，目的是发展学生的核心素养。

来源丨《中小学教师培训》

作者丨方其桂，安徽省教育科学研究院