STEM：好理念怎样变成好课程

清华大学附属中学校长，清华大学数学科学系教授王殿军

科学（Science）、技术（Technology）、工程（Engineering）、数学（Mathematics）4个学科的英文单词的首字母凑在一起，就成了一个新的热词——STEM。STEM是来自美国的一个教育概念，是科学、技术、工程、数学多学科融合的综合教育。STEM课程在国际上一般就称为“综合课程”。

STEM课程的特点

STEM课程最重要的特点就是跨学科、多学科的融合，也就是说，这个课程中涉及的问题，往往需要综合两个以上学科方能解决。

STEM教育主要通过项目驱动的教学方式，让学生在解决问题的过程中学习。通常的方式是，首先给学生创设一个现实情境下的主题，通过教师、学生交流讨论，明确问题，设定项目内容和项目具体的任务。学生根据项目的任务进行规划，调研相关领域的进展，分析项目的可行性，制订研究计划，建立理论模型并经过编程模拟、数值计算、原型机设计、测试反馈、分享交流讨论等流程后完成项目。项目最终的产出是多样化的，可以是一篇论文，也可以是一个作品，这主要依据项目的领域而定。

STEM教育主要的教学目的不仅是为了更好地理解和应用学科知识，同时也是为了提高学生分析问题、解决问题的能力，为应对未来挑战做准备。学科教育一般是纵向的教育，如数学、物理、化学、地理、生物，都是纵向的,而培养人同时还需要横向的教育，需要各个学科融会贯通，需要综合各方面的知识、能力。如果一个人拥有驾驭纵横交错的知识网络的能力，他未来便能应对更严峻的挑战，承担更大的责任。人们常认为中国人的创新能力较弱，我认为有一个原因可能是，中国的学生从小学到大学接受的都是孤立的单一学科的知识和技能，缺少跨学科的融会贯通的教育，缺少举一反三、创新使用的能力，所以导致路越走越窄。

STEM这样一种教育方式和课程，毫无疑问，对于培养学生的科研创新能力、动手实践能力是非常有利的。从培养分析能力的角度看，STEM是一种非常好的学习方式和教育方式。这也是世界各国都在开展STEM教育并一抓到底的原因。有些国家甚至把STEM教育上升到国家战略的层面，把这种能够培养具有未来竞争力人才的教育方式放在首位。

STEM教育同样可以激发学生的学习动力。所有参与这个项目的学生，带着问题和任务调动各学科的知识，多感官参与，既动脑又动手，深入挖掘潜力，促进思维发展。STEM学习，通过挑战性的激励，激发学生的学习动力，能提高学生的学习能力和综合素养。除此之外，它还能培养学生的团队合作意识。一个STEM专题或者项目，往往涉及多个环节，需要分析、设计、实验、完善，甚至是对结果（产品）进行包装。这不是一个或者两个人能完成的，需要多个人共同研究，密切配合，合作攻关。在这个过程中亟须合理分工、共同参与，这是对合作意识和团体协作能力的锻炼。

几年前，有人提出加上A（Art，艺术），STEM发展成STEAM。我觉得艺术的重要性是显而易见的，因为科学和艺术本来就不分家。在培养学生的过程中，艺术教育有两点非常重要而且是其他学科不可取代的作用。其一是对学生审美能力的培养，学生艺术修养和审美能力的提高，对于未来的人生、科学研究都是非常重要的。其二是艺术教育能够让孩子们“打开”自己，展现想象力，培养表现力，这是艺术教育特有的价值。

现在甚至有人认为应该强调学生的阅读能力，于是在STEAM中又加入了R（Reading），变成了STREAM。其实这类课程叫什么名字并不重要，重要的是把握课程的核心理念，那就是要培养学生以综合视角解决真实世界中问题的能力。而作为学校，应积极为学生搭建一个多学科、多视角、以解决实际问题为取向的综合发展平台。

如何开好STEM课程

STEM课程现在很火，各地许多学校都在争相开设STEM课程。是不是每个学校都适合、都有能力开展STEM教育？我深切地感受到，要大力发展STEM教育，最大的制约因素是没有足够的优秀教师。长期以来，分科教育越分越细，教师的专业越来越窄，而综合是STEM教育的根本特性。当前解决的办法只有团队合作。在美国一个老师能搞定一个项目，在中国可能就需要五六个老师，多学科老师联合在一起完成这个项目。

在中小学开展STEM教育，除了要解决师资这个瓶颈，还需要处理好下面几个关系：

第一，我们要清楚STEM课程和常规课程之间的关系，了解STEM课程所处位置。目前STEM课程的唯一合法地位，就是学校的选修课，我们不能用STEM课取代某门常规课程，因为它的知识和系统性还要差一些。我们不是为了知识而开设这个课程，而是为了培养孩子的综合素养和创造能力。

第二，我们要处理好单一学科的学习和STEM教育之间的关系。STEM课程与单一学科课程所学的知识需要匹配。如果这个项目所用的数学知识，学生要一年之后才可以用到的话，那么学生学习的效果肯定不尽如人意，因此需要对相关STEM课程进行重新设计。也就是说，我们设计的STEM课程要和学生的知识结构、能力结构、认知能力匹配，要分年级、分阶段设置不同的STEM课程。

第三，要考虑中高考与STEM教育的关系。我们当然希望未来STEM课程能够育人有效，但是首先要做到的是选人有用，否则，STEM教育是不可能得到持续发展的。在中国的教育领域里，仅仅靠情怀和理念是很难通达天下的，如果说发展STEM教育的结果是中高考成绩很差，那STEM教育还会有生存空间吗？还有机会发展吗？既然这个东西好，就要显示它的作用。学校不能告诉孩子的父母说现在孩子中高考成绩差点没关系，等到20年、30年以后效果就显现出来了，他们能相信吗？等得起吗？不过，清华附中的实践证明，参与这些项目的学生，文化课考试的成绩不仅没有受到负面影响，反而有所提高。

第四，要考虑国际水平与本土特色的关系。STEM想要在中国推广开来，发展好，首先需要有顶层设计，国家层面应有相关标准和评价、管理制度；其次，要有灵活的机制，因为STEM教育是一种高理念、高投入的教育，所以需要有一个良好的机制维系好整个STEM系统在中国基础教育中的发展，这需要多方合作，方能达到共赢效果。

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清华附中STEM教育探索实践

清华附中在STEM教育教学方面进行了开拓性的探索。学校早在2011年就开展创客教育，2014开始与美国托马斯·杰弗逊科技高中（TJ）合作，在清华附中建立了6个高端实验室，开始了STEM教育，并于2016年成立了STEM教研室，同时组织工作坊，邀请国内外专家，集结优秀教师，从理念到实践进行深入研究探讨，学校STEM工作具备了常规运转的“大脑”。

目前，清华附中在STEM教育标准研究、课程建设与人才培养方面取得了丰富成果。今年5月开始，清华附中组织编写的基础教育阶段《STEM课程标准》成稿。“标准”目标是研发出符合我国实际需要的STEM课程标准，推动课程更加规范地落地实施。“标准”以科学教育的10个大概念为统领，按照基础教育的学段，从科学、技术手段、工程实践、数学、其他综合能力5个方面来阐述，最后还提供了各个学段的STEM课程实例。

清华附中创建了“课后选修课程—创客空间课程—高研实验室课程”的STEM课程体系。从进入初中开始，学生就可以选择自己感兴趣的各类STEM基础素养课程，之后通过参与选拔进入创客空间开展项目式学习。进入高中后，有科研意向的学生可在教师带领下开展不同方向的高研实验室课题研究，为未来深造做准备。近两年来，清华附中学子在国际、国内顶尖科技类竞赛中屡获殊荣，已获国际青少年科学奥林匹克竞赛（金牌）、全国青少年科技创新大赛（一等奖、STEM精英奖）、美国学术五项全能比赛（19金、27银、20铜）、丘成桐中学科学奖（金奖）、北京青少年科技创新大赛（科技创新市长奖、一等奖）等，涌现出一大批优秀学子，带动了学生综合素质的全面提升。

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