学前教学前沿

高校科学教育专业 STEAM教育理念的应用与探索

闫宝荣

(川北幼儿师范高等专科学校， 四川广元 628017)

摘 要： 本文阐述了STEAM教育的产生及发展，梳理了国内外STEAM教育的研究现状，提出了科学教育专业实施STEAM教育的意义，在此基础上探索STEAM 教育课程的设计与实施，并从目标、教学内容、教学模式等方面对课例进行了详细分析。

关键词： 科学教育专业；STEAM教育； 模式

一、STEAM 教育的产生及发展

STEAM教育是融合了科学(Science)、技术(Technology)、工程(Engineering)、艺术(Arts)和数学(Mathematics)的跨学科教育，各学科相互依托、相互影响、相互渗透^[1-3]。它能够促进学生获取全面、系统的创新能力与素养，利于完善学生的知识结构和思维方式，利于培养具备综合素质、全面发展的创新型人才。STEAM教育实际上是以项目为主线，教师为引领，学生为主体的一种自主学习和探究的形式，将知识与实际问题相结合，将科学过程、技术素养、工程设计、艺术情操和数学素养置于可让学生投身并理解的项目情境中，因此具有教育研究与教育实践价值。

STEAM教育作为一种培养综合性人才的教育模式，是实施课程变革的全新教育理念。STEAM教育理念关注学生对学习过程的体验，强调课堂学习与生活实际的联系，重视学生协作能力与多学科知识的综合运用能力，有利于学生更好地在课程学习中开发出有现实意义的创意作品，对学生核心素养和创造性思维等的培养提供了强有力的支持^[4-5]。

STEAM教育起源于美国，它是美国各级、各类教育部门通过颁布和实施一系列的教育法案并给予大量的财政支持下而逐步完善起来的。1986 年美国国家科学基金会(NSF)首次提出了 STEM 教育。1996 年，NSF发布了名为《塑造未来：科学、数学、工程和技术的本科教育新期望》的报告，该报告就当前的局势提出了诸多有建设性的建议，并指出要培养K-12教育系统中 STEM的师资队伍^[5-6]。2007年10月3日，NSF 发布了名为《国家行动计划:应对美国科学、技术、工程和数学教育体系的重大需求》的报告，该报告针对当前的局势提出两点建议：一是增强国家层面对K-12阶段和本科阶段的 STEM教育的主导作用；二是提高教师的水平和增加相应的研究投入。2009 年，美国国家科学院在《K-12教育中的工程：理解现状和改进未来》报告中指出：连接着科学、技术、工程和数学领域的大概念(big ideas)，是理解科学、技术、工程和数学作为各自相对独立的学科的基础。

美国学者格雷特·亚克门(Georgette Yakman)第一次提出将 A(艺术)纳入到 STEM 中，A 不是一个学科，而是包括了美术、音乐、语言、社会等多个人文艺术学科。发展了的 STEAM 教育不仅能够促进学生的认知发展，还可以促进他们的情感和人文素养的提升，增强他们的批判思维和问题解决能力，培养他们的创造力^[6-7]。在美国，STEAM 教育已经被认为是幼儿园到12年级(K-12)阶段的一个重要的国家教育改革战略，使各学科巧妙地融合在一起，利于培养综合性人才。

2017年2月，教育部《义务教育小学科学课程标准》第四部分实施建议部分，第五点明确提及学科关联建议，其中对STEM的解释：一种以项目学习、问题解决为导向的课程组织方式，它将科学、技术、工程、数学有机地融为一体，有利于学生创新能力的培养。国内近些年关于STEAM的课程设计与教学实践也有了一些研究，比如：苏乐的《STEAM视角下的小学科学教学设计研究》、马云霞的《STEAM教育理念下师范院校机器人教学实践研究》、史颜君的《基于STEAM理念的初中物理课程设计研究》、肖如的《面向STEAM教育的高中App Inventor创新实践课程研究》、董利的《基于STEM的小学高年级科学课教学设计与应用》、肖小艺的《基于STEM的小学科学课程设计研究》、楼曙光《基于STEM教育理念的小学科学教学策略》等，这些研究更多的局限于教师个体实践教学层面^[8-14]；另外如：赛薄霖的《基于STEM教育理念下小学科学教师专业素养现状调查研究》、王卓玉的《中学STEM教师的TPCK知识结构分析》等，这些从教师整体素养方面着手研究，更多的是掌握现状，并未提出提升素养和完善知识结构切实可行的方法^[15-16]。西安高新国际学校从2013年起就对STEAM教育进行了研究和实践探索，将小学科学、信息技术、综合实践和结构搭建、航模、机器人等能够体现工程及技术这些维度的课程融合在一起，形成了整合性的课程。

二、高校科学教育专业实施 STEAM教育的意义

三是强化技术支撑。秸秆循环利用，离不开成熟的技术支撑，比如秸秆粉碎还田，让秸秆转变成有机肥，既可以提高土壤肥力，还能降低化肥用量，减少化肥污染。因此，需运用各种技术手段，使秸秆循环利用，变废为宝。如2017年南县为800多台收割机加装粉碎装置，经改良的收割机下田后，粉碎的稻草可以达到还田标准。

STEAM教育理念下，培养的学生应具备以下品质：①乐于求知：想学习，爱思考，学习用学科视角观察世界，对学科及其相关知识、事物等感兴趣，愿意开动脑筋主动参与科学学习活动，敢于怀疑、善于质疑，并能够提出思路，尝试解决。②学会合作：会合作，显个性，能自觉、主动参与到学习中，养成用事实说话的习惯，敢于在众人面前表达自己的见解；尊重规则，尊重同伴，注意倾听别人的意见，合理吸纳，并提出有针对性的建议。③充满好奇：能发现，求创新，在不断尝试中找到适合自己的学习方式，努力在读书中、在设计制作中、在大自然中获取新的发现；善于从不同角度思考问题，多种方式认识事物，追求创新。④回归生活：乐实践，有担当，能够意识到科学学习与生活的关系，学习用科学做事情，积极动手实践和解决实际问题，并为自己的行为负责，努力通过学习让生活更美好。

我在这个时候往往会在心里狠狠地骂上一句：“你给我闭嘴！”但仍要不动声色地跟家属讲清楚道理：“我个人不认为这个时候做X检查有什么必要，我高度怀疑患儿就是生长痛，你要非给孩子做这个检查也行，反正……有辐射，你看着办。”

三、STEAM 教育课程的设计与实施

北岛，原名赵振开，1949年生于北京，做过建筑工人、编辑和自由撰稿人。其诗歌写作始于1970年，1978年在北京创办地下文学杂志《今天》，担任主编至今。自1987年起在欧洲和北美居住并任教。

(一)教学建议

1.教师要帮助学生认识科学和数学、技术、工程及艺术等之间的内在联系，引导学生在已经学过的科学和数学教材、图书馆及网络中查阅与STEAM活动主题有关的核心概念和基础知识，帮助学生收集资料、提出问题和撰写资料查阅报告，组织学生召开资料查阅总结报告会。

2.教师要允许学生在活动中犯错误，可把学生的错误看作重要的教学资源。

3.教师要引导学生掌握解决问题的一般方法：确定问题、研究问题、提出方案、选择方案、制作原型、测评原型、重新设计和交流方案。

4.教师要引导学生关注当今社会现实问题。

如何开展和实施STEAM教育是最核心的问题，国外的做法：美国，建立以STEM为核心的学校，诸如STEM精英学校、STEM全纳学校及STEM职业技术教育学校。英国将STEAM渗透到日常教育中，从校内拓展到校外。让学生接触到各项技能，了解基础材料和审美特质，通过计算机基本方法，学习多个领域。日本主要是对传统教育进行改造，通过修改课程大纲，设立STEM精英教育专项基金，加快STEM教育的教师队伍建设，支持和鼓励女性投身STEM教育及STEM相关职业等来发展STEAM教育。既然STEAM 是一个“舶来品”，那么，“拿来主义”未尝不可，也就是说国外成熟案例的二次开发和国内研究成果的校本化运用是最基础的方法。此外，梳理既往也是非常好的一个做法，相关学校和专业都或多或少地积累了一定的成果和经验，如创新成果遴选、科技节成果提升及课外实践活动总结等。师范院校的科学教育专业实施STEAM教育，首先要调整专业人才培养方案，创新科教专业教学模式;其次要整合相关课程资源，开发优质课程，促进科学教育专业课程与信息技术、工程、艺术、数学等的深度融合;最后要通过学习、研讨、培训等方式加强师资队伍建设。

科学原理：当风吹过时，对空气流动产生较大阻碍的一端(箭尾)便会顺风转动，使风向标的箭头永远指向风的来源。其原理为：箭尾的面积比箭头大，若箭头及箭尾都被风吹过，则箭尾所受的力比较大，箭尾就会被风推动，使箭头指向风向。

6.教师要在课堂上尽量运用新技术，为学生开展活动提供必要的仪器和设备，保障学生在实际操作过程中的安全。

第五阶段是学习用传感来控制机器人，通过传感器的传回数据来检测周围环境的变化情况，比如可以通过光线的传感器来判断光线的强弱。

7.教师要有意识地将学生所学知识与相关职业联系起来，指导学生完成自我评价和活动总结，组织学生召开总结报告会。使学生学会收集反馈信息，学会自我评价和撰写总结报告。

小学科学课程要推行STEAM教育，小学科学教师的培养就更应转变理念，在小学科学教师的现有培养体系中，应该充分发挥科学教育平台，倡导融合式、跨学科、项目式、参与式学习，强调培养未来小学科学教师的批判式思维能力、沟通与合作精神、动手实践能力及创造力等核心素养，让小学科学教师成为推进STEAM教育的重要依托。因此，高校尤其开设有科学教育专业的学校应积极开展STEAM相关研究，开发优质课程内容，促进科学课程与信息技术、工程等的深度融合，推动教与学方式变革，优化科学教育专业的人才培养方案。促进职前、职后科学教师核心素养的提升，以更好地服务地方基础教育。STEAM教育的核心特征：跨学科性、情境性、协作性、体验性、设计性、创造性、趣味性、实证性，能够强化学生的合作意识和集体意识，锻炼学生的实践能力、审美能力和创新能力，促进教师转变传统教学方式、提升授课水平，促进教师的课程研发能力，提升专业成长速度。

(二)学习流程

1.组建4人的合作团队

本实验将通过探究，找出最适合黄豆生长的土壤类型。除了土壤类型以外，我们还要考虑光照、水分、温度等环境因素对植物生长的影响，使各因素处于最适合黄豆生长的状态。实验中先让学生思考设计，把自己的想法画成一个模型图，然后思考具体方案，写出实验步骤，接着按照自己的方案进行实验，把实施情况记录下来。再思考有什么办法可以让黄豆生长得更好？最后总结，哪种土壤最有利于黄豆生长？

2002年以来，政府对石门桂花村进行了规划和开发，在保持乡村特色的基础上，突出生态休闲。2003年9月底重点建成“古桂观赏”、“休闲娱乐”、“餐饮服务”三大区块。2005 年，结合“全面小康建设示范村”创建和当地良好的生态环境，建设生态度假村，创建“农家乐”。二期投入200万元，景区面积扩大一倍。2011年石门桂花村第三期建设，投入资金500多万元，建成占地51.3亩的生态桂花园。同年规模较大的为桂花酒家（石门桂花村农家乐餐饮企业目前有7家），投资150多万元在原桂缘草堂的基础上进行改造，进一步完善了服务设施，增加了乡村文化元素，确保了石门桂花村特有的乡村气息。

3.确定与活动相关的模型设计方案及所需的材料

目的：设计一个风向标，使它在风中能够自由转动，并显示风的风向。

5.制作相应的模型

6.测试模型

7.评价模型的性能

8.讨论如何改善模型

9.改进模型设计

10.重新测试模型和评价模型的性能

乍一看这张照片，你或许以为这是法拉利、兰博基尼和阿斯顿·马丁车主随意将爱车停靠在港口边，共同到街角的咖啡店享受一段午后时光的场景。

11.分享实验结果

此过程中体现了迭代模式，流程见图1。

一直以来，教育活动过度关注“师生”学习共同体，忽略了“同伴”学习共同体的存在，现代教育的发展要求我们更应关注、促进和实现学生与学生之间的互动。孔子云：“三人行，必有我师焉。”可见同伴之间是可以相互学习，相互促进，取长补短，共同进步的。

图 1 STEAM教育实施流程

(三)课例

1.实验名称：土壤检测^[17]14-15

实验目的：利用不同种类的土壤培养黄豆种子，找出最适合其生长的土壤类型。

实验背景：植物生长需要适宜的土壤条件，土壤分为砂质土、黏质土、壤土三种类型。不同类型的土壤在含沙量、颗粒粗糙程度、渗水速度、保水性能、通气性等方面存在差异，而这些都是影响植物生长的重要因素。

2.查阅与活动主题相关的资料

2.项目名称：我是小小气象家

1.2 冻害发生规律 经过对历次冻害发生区域调查结果分析：从地形上看，秦岭北麓浅山区、山前河谷地带、渭河滩地以及低洼地、盆地、空气不流畅的区域冻害发生重，地势较高、平坦透风的园从来没有发生过冻害；从土壤类别看，沙土地比黏土地受冻严重；从树龄看，幼树、初果树比盛果期受冻严重；从品种看，美味猕猴桃比中华猕猴桃受冻严重，徐香猕猴桃受冻最重，海沃德、秦美、金香等也有冻害，实生苗受冻最重，红阳受冻较轻。

4.画一张模型的设计草图

5.教师要在课堂上帮助学生组建合作团队，给学生制定角色，指导学生分工协作。使学生学会支持相同观点和提出不同意见，学会用数据说话。每个团队应有以下四个基本角色：①组长：领导其他学生做好各自的工作。②指导员：指导团队成员开展每一步工作，关注任务完成的进度，鼓励团队成员不断尝试。③材料管理员：收集和整理资料，并指导资料的使用。④记录员：记录团队成员的想法，负责在班级中展示相关报告。

技术难点：

本文以国内某大中型海岛作为案例，根据岛内电力需求预测、环境资源条件和供电方案技术可行性，对发展本地气电和与内陆联网的两种供电方案进行比较分析。

(1)底座要稳固。在底座中放入一些水、沙子或石子，以增加底座的重量，从而保证底座的稳固。

(2)风向标和杆之间的摩擦要尽可能小。可以在牙签和杆之间穿一颗珠子，以减小摩擦。

工程应用：引导学生仔细观察风向标在生产和生活的应用，并思考：

金昌要实现可持续发展，就必须立足城市发展的可持续和人的发展的可持续，既要立足当前，又要着眼未来，既要科学合理开采资源，又要大力发展新兴产业，积极转型，走科技支撑、环境友好、社会和谐的科学发展之路。

3.3 加强术后生命体征监测，及时给予氧疗 术后要密切观察患者的自主呼吸的恢复情况，包括呼吸频率、节律、幅度、肺部啰音、血氧饱和度，定时测定动脉血气。由于麻醉和手术刺激反应的关系，使患者肺顺应性降低，通气功能下降，患者不同程度存在缺氧，因此术后患者应及时给予吸氧，常规必须给予吸氧24 h，流量视具体根据病情而定。上腹部手术，老年性肺功能不全者术后氧疗时间适当延长，停止时采用间断过渡法直至完全停止。

(1)风的方向与风向标箭头所指方向的关系是什么？

(2)可否用小旗、布条、纸条等来制作简易风向标？

通过实验我们发现，基于金属-有机配位聚合物的合成受金属离子和有机配体的影响非常大，金属离子的空轨道越多，配位模式增加，配位环境更加复杂；有机配体的种类、配位能力、配位模式也是千变万化，对配位聚合物结构的形成都产生至关重要的影响。另外，晶体对其生长的环境(温度、酸度、浓度等)要求比较苛刻，更由于其空间伸展性、可塑性较好，在新颖奇特的结构设计、合成及性质研究方面的探索潜力还很大，我们课题组将继续不懈努力，进一步深入挖掘，通过合理设计，争取在新型配位聚合物的定向合成方面有新的突破，对其各方面性质作更深层次的研究。

(3)如何解决风向标和支撑架之间的摩擦问题？

(4)用什么材料可以制作一个更加稳固的风向标，以用于气象站？

数学应用:引导学生思考：如何测量吸管的长度?如何寻找物体的重心？重心的位置与物体的形状及质量有什么关系？

随着我国基础教育改革的深入推进，如何培养高校科学教育专业学生的科学探究与交流能力、科学思维与创新能力、科学态度与责任，以及问题解决能力、复合思维、批判性思维能力，培养适应STEAM教育的优秀小学科学教师，已然成为摆在我们面前的一个难题。高校师范专业开展STEAM研究，需要整合课程资源，开发优质课程内容，促进科学教育专业课程与信息技术、工程、艺术、数学等的深度融合，推动教与学方式的变革。

[参考文献]

[1] 张伟达，张伟成，王海艳，等.STEAM教育对我国科学教育改革的启示[J].东南大学学报(哲学社会科学版)，2017，19(S2):136-138.

[2] 邬思勇.基于STEM教育重塑学前儿童科学教育旨归[J].陕西学前师范学院学报，2018，34(4):1-5.

[3] 孟娜，李俊，李佳景.Steam教育理念下戏剧活动对儿童学习过程与创造力的影响研究[J].陕西学前师范学院学报，2019，35(3):1-5.

[4] 魏晓东，于冰，于海波.美国STEAM教育的框架、特点及启示[J].华东师范大学学报(教育科学版)，2017，35(4):40-46，134-135.

[5] 王玲玲. 基于STEM的小学科学课程设计研究[D].上海：华东师范大学，2015.

[6] Yakman, G.. What is the point of STE@M？—A Brief Overview[J]. STEAM Education. 2010(7):3-7.

[7] Yakman G, Lee H. Exploring the exemplary STEAM education in the U.S. as a practical educational framework for Korea[J]．Journal of the Korean Association for Science Education． 2012，32 (6):1072 - 1086．

[8] 苏乐. STEAM视角下的小学《科学》教学设计研究[D].曲阜：曲阜师范大学，2017.

[9] 马云霞. STEAM教育理念下师范院校机器人教学实践研究[D].西安：陕西师范大学，2017.

[10] 史颜君. 基于STEAM理念的初中物理课程设计研究[D].桂林：广西师范大学，2017.

[11] 肖如. 面向STEAM教育的高中App Inventor创新实践课程研究[D].成都：四川师范大学，2017.

[12] 董利. 基于STEM的小学高年级科学课教学设计与应用[D].重庆：重庆师范大学，2017.

[13] 肖小艺. 基于STEM的小学科学课程设计研究[D].桂林：广西师范大学，2017.

[14] 楼曙光.基于STEM教育理念的小学科学教学策略[J].中国校外教育，2017(34):12.

[15] 赛薄霖. 基于STEM教育理念下小学科学教师专业素养现状调查研究[D].长春：长春师范大学，2017.

[16] 王卓玉，樊瑞净.中学STEM教师的TPCK知识结构分析[J].广西师范大学学报(哲学社会科学版)，2018，54(02):105-111.

[17] 沈艺，陈洁.STEAM课例精编(一年级) [M].合肥：中国科学技术大学出版社，2018.

The Mode and Method of STEAM Education in Science Education Major of Universities

YAN Bao -rong

(North Sichuan College of Preschool Teacher Education ，Guangyuan 628017，China )

Abstract ： This paper expounds the emergence and development of STEAM education， combs the research status of STEAM education at home and abroad， puts forward the significance of implementing STEAM education in science education specialty， and explores the design and implementation of STEAM education curriculum on this basis， and makes a detailed analysis of lesson examples from the aspects of objectives，teaching contents and teaching modes.

Key words ： science education major; STEAM education; mode

收稿日期： 2019-01-23; 修回日期：2019-03-04

基金项目： 教育部职业院校信息化教学指导委员会2018-2020年信息化教学研究课题(2018LXB0144)

作者简介： 闫宝荣，女，陕西宝鸡人，川北幼儿师范高等专科学校讲师，主要研究方向：生物教育,科学教育。

中图分类号： G612

文献标识码： A

文章编号： 2095-770X(2019)07-0052-04

PDF获取： http://sxxqsfxy.ijournal.cn/ch/index.aspx

doi： 10.11995/j.issn.2095-770X.2019.07.011

[责任编辑 任丽平]

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