“跨学科融合”的力量——直击2016年STEM+教育上海峰会
前几年在中国还是新鲜事物的STEM教育，因其在科学(Science)、技术(Technology)、工程(Engineering)、数学(Mathematics)等领域培养出的人才成为国际上衡量国家实力的一个重要指标，如今已然成为教育热词，吸引了不少省市投身其中，上海也概莫能外。早在2014年，上海就发起成立了史坦默国际科学教育研究中心(STEM+研究中心)，并将STEM+教育列为上海市教育综合改革试点项目、长周期实证教育研究基地项目。
11月17日至19日，由上海市教委指导，上海市教育学会主办，上海巿史坦默国际科学教育研究中心、华东师范大学课程与教学研究所、上海教育杂志社承办，以“国际视野下的STEM+课程教学与教师专业发展”为主题的2016年 STEM+教育上海峰会在南洋中学召开，来自中国、美国、加拿大、英国、以色列等国的500余位教育专家、教师和企业代表共聚一堂，分享交流STEM+教育的实践与思考。
STEM+教育：从分学科走向跨学科
“科学的命题都是伟大的，激起我们对未来的向往，而探究科学的过程也是踏实的、实际的。一边想着深奥的物理问题，一边拧着扳手修冷却水管，也是很有趣的一段经历。”上海中学毕业生、目前就读于斯坦福大学的朱吉人在中学阶段就参与过化学酶、低温超导发生原因的探宄等多项课题研宄，这段接受教育的经历让他收获颇深。
正如朱吉人所感受到的，STEM教育提供给学生的是融合了学科的教育。“跨领域的合作实施，己经成为现代科技的发展趋势。”在上海市教委副主任贾炜看来，人工智能、机器学习等新技术层出不穷，人类从基因测序到纳米技术，从可再生能源到量子计算，这些技术横跨了物理、数学、生物等几大领域。STEM教育正是顺应这一趋势，从分科式教育推向融合学科的跨学科教育，实现横跨领域的教育模式。
“从当前教育现状来看，也急需新的理念和思路来推进，STEM教育可以说生逢其时。现实教育中，往往出现的是做题比较多、实践比较少，分科学习比较多、综合学习比较少，被动式学习比较多、主动式探究学习比较少，各自为阵的学习比较多、团结合作分享的学习比较少等问题。”贾炜表示，STEM教育正是基于项目学习进行的跨学科学习，也是团队合作，解决实际问题，将已有知识与学生生活实际相整合的学习过程。"这正是当今提倡的素质教育的发展方向，以及倡导学生应具有的社会责任感、创新实践能力的要求。所以，STEM教育能使素质教育真正走向课程。因此，这样的模式值得在上海的课堂纳入、推进、实践。”
STEM教育也的确已经在上海有了进一步发展的基础和拓展空间。2014年，作为上海教育综合改革的试点项目，市教委批准成立上海巿史坦默国际科学教育研究中心(STEM+研究中心)，承担为期十年的长周期实证教育研宄项目，选择区域与学校开展教育实践探索、课程设计、师资培训。同年9月，STEM+研究中心从徐汇区的7 所小学开始课堂实践，逐渐覆盖10个区、涉及96所学校，学段贯穿幼儿园至高中，96所学校分实验学校、特色学校、示范学校三个层次多态并存，实践不同形态的STEM+课程。
“只有20%的受访学生因为喜欢学科本身而喜欢数学；有50%的学生不太清楚学习科学、数学学科的目的；同时，有50%的学生因为各种担心，对科学、数学学科存在焦虑；超过30%的学生没有好的方法来驾驭科学、数学学科的学习；高达34%的学生采用机械操练和强记答案的方式学习科学和数学。”峰会上发布的《2015～2016年STEM+项目实证研究年度报告》指出，经过首期三年的实验，己有近90%的参与学生表示喜欢STEM+课程，课程内容最受欢迎的前2项分别是动手实践和实验探究。同时，学生提出的前5 项高比例建议则依次是：增加课时、增加实验、更多分组方式、优化内容以及外部支持。
STEM+课堂：从“有趣”到“有料”
中外教师的STEM+课堂,会有怎样的异同？在STEM+教育上海峰会的现场，中学和学前两组中外教师同台上公开课,擦出的智慧火花，让与会者们大饱眼福。
在中学组现场，为南洋中学高二学生带来STEM+课程的是美国北乔治亚大学科学教育副教授Donna Governor。在“引发参与兴趣-探究-解释-拓展-评估”的5E课程设计理念下，Donna为学生们带来的是一堂“恒星的生命线”的天文课，天空中遥远的恒星，对于学生来说有些抽象。于是，Donna就想到了用气球来引发学生对恒星的思考和探索。
课堂上，每个学生都拿到了一个不同颜色的气球，代表不同类型的恒星，与之相匹配的还有不同材料制成的“恒星核”，可以放入气球中。Donna设计了一个“时间轴”。进入“五百万年”时，拿到蓝气球的学生开始吹气球，代表蓝色恒星（10-25倍于太阳质量）开始形成。到了“一千万年”，她请学生尽可能快地吹起蓝气球，代表蓝色恒星正在快速膨胀成为超新星。接着,她让学生把手中的蓝气球用针剌破。“这颗超新星已经消亡了，我们不妨把这些残余扔到太空中吧。”遥远宇宙中恒星的一生，就通过这样的方式被展现。根据时间轴推进，拿到每种颜色气球的学生都会经历这样一个过程，整个班级成了一个模拟“小宇宙”。
紧接着Donna的天文课，上海市实验学校东校教师祝俊风为学生带来了一堂“设计水净化系统”的公开课，在这节课上，学生们要对已制作的水净化系统进行检测。
要在短短一节课内完成净化和检测程序并不容易，于是，学生分工协作，纷纷化身“水质检测员”“设计师”“工程师”…… 在课堂上忙活开了。这一检测，就发现了不少问题，有小组设计用气压加快水净化速度，不过，他们发现气压大了，接口就开始漏水；还有小组想利用明矾净水，却发现明矾的加入导致水的TDS值在净化后反而变大了……
祝俊风说，在STEM+教学中，他发现很多学生对自己的设计充满自信。“有时我明知道这样的设计是无法成功的，但是我还是会让他们尝试，让他们自己发现问题所在。”就在不断尝试、讨论、改进之中，STEM+课堂才真正体现其意义所在。
比较中外教师的STEM+课堂，学生们很忙碌，课堂很热闹，但对STEM+教师来说，课程的设计绝不是为有趣而有趣，而是为了“有料”才有趣，背后有着教师的缜密思考。上海市教育学会会长尹后庆总结: STEM+课堂倡导基于真实问题解决的探究学习；在情境中发展设计能力、问题解决能力；学生要使用技术搜集、分析数据、设计、尝试并改进一个解决方案：与同伴交流、合作。”
STEM+教师：梯次递进的四级勋章体系
目前，上海市史坦默国际科学教育研究中心已经建立了梯次递进的四级勋章体系，并制定了《教师评级指南》：黄勋章是入门级别，蓝勋章是实践级别，绿勋章是创新级别，黑勋章是分享级别。眼下，上海的600余名科学教师绝大多数还集中在黄勋章和蓝勋章级别。中心主任王懋功介绍说，教师必须通过分级培训，才能获得相应级别的勋章。根据教师的培训经历、成绩、观念转变、能力和素养的发展，课程实施经验和反思，级别逐步递进。黄勋章教师是在学校选拔的基础上，由研究中心实施五天40课时的入门基础培训。蓝勋章教师，是获得黄勋章的教师，经历一学期的开课实践后，再实施五天40课时的实践反思培训。绿勋章教师，是获得蓝勋章的教师，至少再经过一学期以上的开课实践后，由研究中心再实施五天40课时的实践研究培训。因为已经有了两个及两个以上学期的亲身教学实践体验，绿勋章的培训更侧重学习研宄、特别是STEM+项目研究方法的培训。黑勋章教师，是获得绿勋章的教师，至少再经过一学期以上的开课实践后，由研究中心会同上海市师资培训中心共同实施国际化的STEM+教师专业提升培训。目前已经落实加拿大约克大学的专题培训，计划今年12月中旬开班。经培训考核合格，由研究中心授予黑勋章。
此外，史坦默国际科学教育研究中心还评选明星教师。在STEM+项目实施三年的基础上，由上海市中小学幼儿教师奖励基金会开展了首届STEM+明星教师评选，以此激励教师的创新实践。
而为了促进STEM+教师研训合一，史坦默国际科学教育研究中心建立了研训一体机制。一方面是同伴互助的经验分享制度。同伴互助是教师研训的重要形式。中心建立同伴互助的经验分享制度，在有经验的STEM+教师中培养优秀教师，使优秀教师逐步成为培训师，提升在教学第一线指导STEM+项目实施的领导力。
另一方面是专家引领的课堂研训制度。中心建立课堂观察员制度，聘请专兼职的STEM+课堂观察员；建立观察员定期到实验学校、深入课堂听课评课制度，作为研究中心对STEM+教师进行课堂研宄培训的重要环节。课堂观察员通过现场观察，记录教学进度、教学步骤、学生表现、材料工具、时间分配等实时状况，逐项做出评价，提出完善教学环节、提高教学质量的专业性建议。
上海市教育学会会长尹后庆：
科学教育，从知识传授向素养培养转型
学了知识，没掌握道理；学科分隔，知识碎片化；探究方法程式化；掌握了科学技术知识，但不了解研究和技术伦理准则；面向未来社会的不确定性，没有留下与未来的接口……这是我国青少年科学教育面临的问题。面对问题，如何改进？我认为，要追求以科学素养培育为导向的教学。
整合性-主题性-单元性教学：鼓励跨学科的统整、打开学科的边界、走向学科的综合，让学生在综合地带、边缘地带进行知识探险。就一门学科而言，在知识层面上加强纵向橫向联系，通过必要的精简、统合、补充，以有利于学生学科认知建构和发展。在课堂层面，构建一个融学科知识、技能、方法、思维、精神于一体的"整体性教学"，全面发挥学科的育人功能。
情境化-问题化-任务化教学：通过创设情境，激活学科知识，激活学生认知和情感。情境能够有效增加学生学习活动的生动性、趣味性、直观性、情感性。问题则能有效增强学生学习活动的思维性、深刻性、批判性。情境和问题的核心是学生的经验和思维、情感的参与。情境要成为学生的思维发生处、知识形成处、能力成长处、情感涵育处，创设情境就是构建课程知识内容与学生的生活、经验、情感、生命的接壤之处。
要完成两种课程的设计，一是学科课程，二是跨学科课程（即综合性课程)。学科课程是基于学科的逻辑体系开发的，目的是要让学生掌握学科知识的间接经验，跨学科课程是学生获得直接经验的过程。跨学科课程关注的是学生面对世界时的真实体验和直接经验，通过社会生活统合和调动已学的书本知识，让学生获得对世界完整的认识，有利于培养学生的创新精神和实际问题解决能力。
美国科学教师协会(NSTA)总裁Juliana Texley:
STEM的本质是彩虹
如果我们深入研宄彩虹，能从中学到什么呢？彩虹看似由不同的颜色组成，但如果更加接近观察它一颜色只是相同能量的不同形式而已。STEM亦是如此。我们一开始看到的是独立元素。但STEM本质上就像彩虹一样，集合成一个整体。STEM概念中的能量，不能被分割成独立的学科，即科学、科技、工程和数学。
美国教师有时候认为很难整合STEM，是因为在大学阶段，他们被单科教授；在小学阶段，他们只上过少许科学课程。此外，主题类书籍，教材出版社之间很少有协同(数学书和科学书的作者不会协作)；政府的测试仅聚焦了细微的细节在单科学科上。
其实，教师们所做的其实己经很好了。帮助他们认知并丰富他们现有的知识是我们前进最重要的一步。教师有权制定和评估自己的课程，一种新的评估体系“EQUIP”可以让教师评估他们已做的，并帮助他们把每节课、每个单元上得更好。任何一个国家组织都不会赞成商业课程。相反，教师可以应用EQUIP给出最佳意见，来推动三维教学在STEM领域中走得更远。
我们的眼光要落在孩子和未来发展上。我们要知道我们教给了学生什么并会对他们的未来造成什么样的影响；我们为什么要做我们正在做的事情；或者也许第一个问题应该是“成为一个改革领导者我要学习什么，以及我可以带领谁和我一起做”。
《上海教育》潘晨聪
用STEM+重新定义课程
为何要做学前STEM+课程？
STEM是否对孩童起点过高？学前教育有无必要涉足STEM课程？市教委教研室、上海市特级教师黄琼认为，STEM并非曲高和寡只适合高学段，在上海这般国际都市，幼教STEM课程的有效切入会让学前教育及早并且更多地与世界对话，融入主流，让本土二期课改综合主题课程做得更有品质，让幼儿园教师专业发展更优秀，最重要的是可以让幼儿科技素养、综合能力发展更全面。
STEM+的+号意味着无限可能,代表了学生科学精神和综合能力的延伸，强调社会价值、人文艺术、信息技术与STEM的融合，学生智力与非智力的融合。
怎样做学前STEM+课程？
教学项目围绕提出问题（是什么？为什么？怎么做？）讨论决策（个人意见集体决策）制订计划（罗列布局）实施计划（创意制作、经营运作）总结改进（反思、分享、改变）五个步骤来进行。
徐汇区科技幼儿园园长高一敏举例，在设计机场项目中，整个环节会被分为建立机场、建立驾驶舱与机舱、定义角色、开启机场、改进机场5个阶段26个活动。从问题引领到过程参与到成果展示，以孩童自主生发创意为主导。
徐汇区襄阳南路第一幼儿园葛琰将一门好的学前课程，形容为共同性课程、选择性课程、STEM课程三者相互构成的园本特色课程。它既有所谓“高知识点”水准的理念导入，也为低结构情景化再现提供基础。高结构的讨论决策为低结构活动展开作保障，而情境中的学习让幼儿的前期讨论在游戏化的情境学习中实现，使高结构的问题讨论结果在低结构的活动中得以解决、创建、再现。它是幼儿个体经验与集体经验的相互转换，整个课程学习在高低结构活动循环往复的过程中逐步完成。
对孩子来说，在课程营造的情境中能更好地认识事物的联系，学习、发现、探索活动更丰富、更多元。对教师而言，STEM要求他们明确角色作用，耐心聆听孩子的话语，允许过程中试错，关注活动中幼儿兴趣的激发、充分体验与参与、启迪思维，把握预设与生成的关系，将情景和游戏贯穿始终，使项目课程更有意义。
STEM+课程怎样引领知识融合？
对STEM+实验教师前期的问卷调查显示，“如何激发学生的创意、设计、工程、动手能力”是教师们最关心的问题。在小学教育会场，教师指出，学生思维碰撞的过程要比结果更重要。
“STEM+的课堂上没有什么标准答案。学生在探宄的过程中，只要觉得有道理，并且能操作，我们就会认为他提供的是有效方案。所以对于每个学生来说，他们都会有收获，都会有成就感。”徐汇实验小学作为徐汇区第一批STEM+项目实验学校，以拓展型活动选课的形式开展了四个STEM+项目的课堂实践。
基于对学科标准梳理、整合的基础上，实验小学把项目放入二至五年级课表。将自然、探究、劳技三门学科进行组合，以“1+
两年多的实践让实验小学发现，小学阶段的STEM+教育不是要打造一个个工程师，而是在多学科、跨领域的融合中解放和锻炼学生的双手，培养思维，激发创意，在早期教育阶段体验基于项目的学习会帮助他们培养终身学习的关键技能。
上师大一附小在四个年级的样本班级和学生社团中开展了9个主题的综合项目活动，通过用工程思维跨界教学，改变课堂结构，带动教学创新，形成了基于学生认知发展的“4D”学习路径。学校将STEM+教学“引导学生融合多领域的知识与技能去解决现实世界的问题”理念化为实践的关键定为创设问题情境，激发学生认知需要并由此建构一条以“学习者中心”为融合取向的“4D”学习路径，即发现问题Discover，设计解决方法Design，利用科学技术数学知识实施解决方法Do，将解决方法传达给大家Deliver。教师在整个项目学习的过程中作为一个隐性作用存在，在学生需要时出现，提供适当的学科教学等专业性帮助。
如何对STEM+再开发？
在中学阶段，STEM+跨过了借鉴融合，逐渐走入校本化下的再开发阶段，形成了独特的校际STEM+课程。
南洋中学将STEM+教育理念与物理学科三类课程整合，在研究型课程中以IYPT (国际青年物理学家竞赛）课题为项目，开设STEM+课程研究、CYPT(中国高中生物理创新竞赛）课题研宄、创新实验校本课程等，重视对学生科学精神和人文精神的培养，重视课程内容与现实生活的联系，促进自身素质的提高和物理学科教学质量的提高。
拓展课中以自选课题为项目，物理教研组融合STEM+教育理念,将基础型课程的物理进行拓展和统整，开发校本的物理拓展课。拓展课在高一、高二年级中进行，每年公布物理实验拓展课项目和指导教师，由学生自主选修。基础课中以物理实验再创作，渗透STEM+教育理念。教师从课堂教学入手，根据思维能力的培养目标、学情和教授内容，制定明确的课堂教学目标，选择适当的教学方法，给学生充足的时间思考，让学生去交流对于概念、规律的理解。
无论是课程标准中的培养目标还是考试对学生的能力考査，南洋中学STEM+都注重培养学生的思维能力，培养学生的科学素养，重视学生对科学探究过程的体验和尝试应用科学方法研究物理问题。
世外中学将STEM+课程归纳为“跨学科、趣味性、设计性、体验性、情境性、协作性、实证性、艺术性”等特征。世外中学目前的课程形态为国家课程、拓展课程和探究课程。学校根据STEM+理念渗透的程度，由原先的STEM课程，分化发展为三种形态，常规的STEM+课程、世外特色的课程、渗透STEM+理念的常规课程。三者并存，构建起更加有层次的世外STEM+课程系列。比如在视觉艺术、表演艺术和音乐艺术共计7门专业中实施了全面的选课制度。发挥校创新实验室作用，帮助有特长的教师开发课程等。
此外，上海市实验学校东校从软硬件两方面打造校本STEM+课程。硬件上建设的基于项目课程的创新实验室是一个支持学生主动探宄、相互协作的学习空间。在设计空间布局时先设计合作学习区和实验操作区，整合设计作品展示区和工具材料区，弱化处理教学办公区。
软件强调学习环境中非物化的部分，主要提供大量课程资料、教学网站、技术软件或工具支持等课程资源，以及营造内涵人际关系、行为准则、教学模式或策略的文化氛围。
参与峰会的STEM+教师普遍认为，STEM+课程让学生关注到自身潜在能力和特长，带领学生发现自己的生涯兴趣，更好地激发学生对学科的主动学习。STEM+课程的引入，提高了教师的教学能力，丰富教学经历、开拓学科视野，增强了教师的跨界合作能力。
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