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【摘要】目前，STEM教育已成为当今教育研究的热点。为促进学生对学科知识的深度理解，并积累研究经验、培养科学素养、提升创新性水平，根据学生的创新思维发展规律，设计了以学科教学单元为主，STEM理念与学科教学相融合的5步单元学科教学法：先学自研——合作探究——分析解释——交流评估——拓展创新。实践结果表明，学生的科学素养显著提高，创新性水平提升较快。
【关键词】STEM；学科教学；单元；创新思维
【基金项目】本文系2013年度四川省教育科研资助金课题项目重点课题“教学育心深层变革课堂的实践研究”（项目编号：20160108）的研究成果。
【中图分类号】G632.0 【文献标识码】B 【文章编号】2095-3089（2017）15-0160-02
STEM教育在美国已有几十年实践经验的积淀，目前受到各国的高度关注，已成为当今教育研究的热点。各国实践证明，STEM（Science，Technology，Engineering，Mathematics；科学、技术、工程、数学）教育有助于培养学生的科学探究能力、创新意识、批判性思维、信息技术能力等未来社会必备的技能和创新能力，并有可能在学习者的未来生活和工作中持续发挥作用[1]。
近几年，我国教育专家从STEM教育发展历史、发展现状、课程实施及评价等方面进行了研究，并对我国实施STEM教育提出了指导性意见。目前，我国STEM教育在政策层面上得到了重视，将科学、技术、工程、数学教育融合起来的STEM教育成了当今教育研究的热点，一些地区正在积极开展STEM教育的实施推广工作。成都市华阳中学于2012年开始实施STEM教育，将STEM理念与学科教学相融合，总结出了“基于STEM教育理念的学科单元教学法”。
一、STEM教育与学科教学
源于美国的STEM教育，以真实问题引入为着手点，以实践为载体，培养学习者技术和科学素养为目标的跨学科整合的教育体系[2]。STEM不是这四门学科的简单叠加，而是将学科知识连接起来解决实际问题[3]，其核心是创新思维的培养。因此，设计基于STEM教育理念的教育活动应该遵循创新思维的发展规律，才能有效地培养学生的创造思维能力。
目前，我国的常规课程仍然以学科教学为主，学科教学面向全体学生，因此学科教学是培养学生创新能力的主要阵地。在常规课程中引入STEM教育理念，将教材内容转变为对问题的解决，将知识转变为能力的应用，拉近学习者与生活的距离[4]。这种学科研究性学习过程会促进学生对知识的深度理解，并且让学生不断积累研究经验，逐步培养学生的科学素养和问题解决能力，长期坚持，学生专业技能和创新思维会得到有效发展。
二、融入STEM教育的学科单元教学法
融入STEM教育的学科单元教学法主要以教学单元为主，教学中主要采取问题教学法，以真实情景引入，设计“先学自研——合作探究——分析解释——交流评估——拓展创新”等5个步骤。
（一）先学自研
在新单元教学的初始环节，教师通过相关的情景激发学生的学习兴趣，引导学生了解背景知识，比如引导学生了解该单元科学知识的研究历史、生活现象、以及有关正在研究的问题，让学生做成一份背景研究报告，尝试提出想要了解或想要解决的相关问题。比如：初中物理教学中《光学》单元，新课前教师引导学生了解光的起源、有关光学的故事、与光相关的生活现象、正在研究的光学问题，尝试提出自己的疑惑或者想要解决的问题。
这个步骤不可忽略的是引导学生识别可靠的文献资源，将文献资料整理成一份报告，基于整理的背景知识提出自己的疑惑，以此培养学生文献检索、文献综述的方法以及提问的能力。
（二）合作探究
教师将学生的问题梳理成条，与教材内容相结合，让学生提出假设，分组制定探索解决问题的方案，教师指导修改方案，在这个过程中最重要的是让学生学会采用控制变法设计实验方案，同时考虑到数学测量及统计方法。比如在探究壓强大小的实验中要学生理解控制变量的意义，设计控制单一变量的实验方法，选择测量有意义的定量数据等。
整个探究过程要让学生分工合作，发挥小组每个人的优势，让探究过程的效率提高。实验探究是分析解释现象的重要依据，STEM研究项目中定量的数据重要性是最高的，定性数据是很好的补充[5]，因此实验中尽量让学生记录客观的数据，对有些只能定性描述的现象要小组讨论后用客观的语言描述，如果条件许可还可以将实验用拍照或录像的形式记录下来。
（三）分析解释
学生将记录的数据进行分析，澄清自己的理解发现。这个部分，教师引导学生将记录的原始数据统计出来，分析结果，确认是否支持了最先的假设。数据统计的方法用图表的形式，这样数据趋势会一目了然。
学生们在实验中记录的数据是比较杂乱的，因此在对记录的实验数据统计之前，教师要引导学生把原始数据整理制成图表进行比较，采用数学统计计算来确定实验结果的显著性。
（四）交流评估
当各个小组将数据分析完成后，教师指导各小组将自己的数据、分析结果交流展示，其他小组进行评估。这样的方式培养和发展学生的批判式思维能力。
学生展示的成果，可以是PPT、海报或者研究报告，通过相互的评价，学生有机会扩大和巩固他们对概念的理解。一个单元可能会有多个探究性实验，每次都做大型的交流活动会耽误太多时间，因此建议验证性探究活动可以直接用投影仪展示，或者借用现代教育技术推送给老师和其他同学进行展示。
三、结语
2014年到2017年，采用了威廉姆斯创造力倾向量表、创新思维调查量表、中国公民科学素质调查问卷，对被试学生进行前后测试，结果显示，学生的科学素养明显提高，学生的创新性水平、研究项目质量提升较快，学生的创新研究作品获奖的数量与等级也逐年增加，说明基于STEM教育理念的“先学自研——合作探究——分析解释——交流评估——拓展创新”单元学科教学法效果明显。 在21世纪，国际竞争归根结底是人才的竞争，STEM教育是培养创新性人才的有效途径，STEM教育破解了多年来科技教育的困境。美国K-12STEM教育已经有了成熟的经验，值得我们借鉴。STEM课程在国内刚刚兴起，课程中开发出的课例在不同程度上培养了学生的创新意识和实践能力，但是深度不够，有些还停留在对科学内容或科学实验的拼凑上，背后看不到对能力培养的体系。这样的课程培养学生创新思维不具有可持续性和长期的发展。
STEM课程的核心是培养学习者的创新能力，创造性的组成成分表明，创造过程分为提出问题、准备、产生反应、验证反应、结果等五个阶段[6]，基于此理论，将STEM理念融入学科教学中，长期坚持，学生会在实践中不断积累探索的经验，也会在潜移默化中培养科学素养。STEM教育强调综合各学科的特点，将知识的获取、方法与工具的利用以及创新生产的过程进行了有机统一[7]，根据STEM理念所设计的5步教学法，正是按照科学探究或研究的路径解决问题，能够将学生所学的知识和技能融合起来，在解决问题的过程中进行迁移和应用，有效地促进了学生对学科知识的深度理解。
参考文献
[1]金慧，胡盈滢.以STEM教育创新引领教育未来[J].远程教育杂志.2017（1）：17-25.
[2]赵国安.基于STEAM理念的校外科学实验室机体群构建研究[J].远程教育杂志.2017（3）：80-87.
[3]丁杰，蔡苏等.科学、技术、工程与数学教育创新与跨学科研究——第二届STEM国际教育大会述评[J].开放教育研究.2013（2）：43-50.
[4]李小濤，高海燕等.“互联网+”背景下的STEAM教育到创客教育之变迁——从基于项目的学习到创新能力的培养[J].远程教育杂志.2016（1）：28-36.
[5]达西.哈克德著.STEM项目学生研究手册[M].中国科协青少年活动中心译.科学普及出版社.2013：27-30.
[6]段继杨.创造性教学概论[M].吉林教育出版社.1999：15-21.
[7]李扬.STEAM教育视野下的科学课程构建[D].浙江师范大学，2014.
作者简介：张晓容，女，汉族，籍贯：四川眉山，本科毕业，中学高级教师，四川省成都市华阳中学科技创新教育中心主任，四川省特级教师，四川省创新人才研究会秘书长，全国优秀教师。
【关键词】STEM；学科教学；单元；创新思维
【基金项目】本文系2013年度四川省教育科研资助金课题项目重点课题“教学育心深层变革课堂的实践研究”（项目编号：20160108）的研究成果。
【中图分类号】G632.0 【文献标识码】B 【文章编号】2095-3089（2017）15-0160-02
STEM教育在美国已有几十年实践经验的积淀，目前受到各国的高度关注，已成为当今教育研究的热点。各国实践证明，STEM（Science，Technology，Engineering，Mathematics；科学、技术、工程、数学）教育有助于培养学生的科学探究能力、创新意识、批判性思维、信息技术能力等未来社会必备的技能和创新能力，并有可能在学习者的未来生活和工作中持续发挥作用[1]。
近几年，我国教育专家从STEM教育发展历史、发展现状、课程实施及评价等方面进行了研究，并对我国实施STEM教育提出了指导性意见。目前，我国STEM教育在政策层面上得到了重视，将科学、技术、工程、数学教育融合起来的STEM教育成了当今教育研究的热点，一些地区正在积极开展STEM教育的实施推广工作。成都市华阳中学于2012年开始实施STEM教育，将STEM理念与学科教学相融合，总结出了“基于STEM教育理念的学科单元教学法”。
一、STEM教育与学科教学
源于美国的STEM教育，以真实问题引入为着手点，以实践为载体，培养学习者技术和科学素养为目标的跨学科整合的教育体系[2]。STEM不是这四门学科的简单叠加，而是将学科知识连接起来解决实际问题[3]，其核心是创新思维的培养。因此，设计基于STEM教育理念的教育活动应该遵循创新思维的发展规律，才能有效地培养学生的创造思维能力。
目前，我国的常规课程仍然以学科教学为主，学科教学面向全体学生，因此学科教学是培养学生创新能力的主要阵地。在常规课程中引入STEM教育理念，将教材内容转变为对问题的解决，将知识转变为能力的应用，拉近学习者与生活的距离[4]。这种学科研究性学习过程会促进学生对知识的深度理解，并且让学生不断积累研究经验，逐步培养学生的科学素养和问题解决能力，长期坚持，学生专业技能和创新思维会得到有效发展。
二、融入STEM教育的学科单元教学法
融入STEM教育的学科单元教学法主要以教学单元为主，教学中主要采取问题教学法，以真实情景引入，设计“先学自研——合作探究——分析解释——交流评估——拓展创新”等5个步骤。
（一）先学自研
在新单元教学的初始环节，教师通过相关的情景激发学生的学习兴趣，引导学生了解背景知识，比如引导学生了解该单元科学知识的研究历史、生活现象、以及有关正在研究的问题，让学生做成一份背景研究报告，尝试提出想要了解或想要解决的相关问题。比如：初中物理教学中《光学》单元，新课前教师引导学生了解光的起源、有关光学的故事、与光相关的生活现象、正在研究的光学问题，尝试提出自己的疑惑或者想要解决的问题。
这个步骤不可忽略的是引导学生识别可靠的文献资源，将文献资料整理成一份报告，基于整理的背景知识提出自己的疑惑，以此培养学生文献检索、文献综述的方法以及提问的能力。
（二）合作探究
教师将学生的问题梳理成条，与教材内容相结合，让学生提出假设，分组制定探索解决问题的方案，教师指导修改方案，在这个过程中最重要的是让学生学会采用控制变法设计实验方案，同时考虑到数学测量及统计方法。比如在探究壓强大小的实验中要学生理解控制变量的意义，设计控制单一变量的实验方法，选择测量有意义的定量数据等。
整个探究过程要让学生分工合作，发挥小组每个人的优势，让探究过程的效率提高。实验探究是分析解释现象的重要依据，STEM研究项目中定量的数据重要性是最高的，定性数据是很好的补充[5]，因此实验中尽量让学生记录客观的数据，对有些只能定性描述的现象要小组讨论后用客观的语言描述，如果条件许可还可以将实验用拍照或录像的形式记录下来。
（三）分析解释
学生将记录的数据进行分析，澄清自己的理解发现。这个部分，教师引导学生将记录的原始数据统计出来，分析结果，确认是否支持了最先的假设。数据统计的方法用图表的形式，这样数据趋势会一目了然。
学生们在实验中记录的数据是比较杂乱的，因此在对记录的实验数据统计之前，教师要引导学生把原始数据整理制成图表进行比较，采用数学统计计算来确定实验结果的显著性。
（四）交流评估
当各个小组将数据分析完成后，教师指导各小组将自己的数据、分析结果交流展示，其他小组进行评估。这样的方式培养和发展学生的批判式思维能力。
学生展示的成果，可以是PPT、海报或者研究报告，通过相互的评价，学生有机会扩大和巩固他们对概念的理解。一个单元可能会有多个探究性实验，每次都做大型的交流活动会耽误太多时间，因此建议验证性探究活动可以直接用投影仪展示，或者借用现代教育技术推送给老师和其他同学进行展示。
三、结语
2014年到2017年，采用了威廉姆斯创造力倾向量表、创新思维调查量表、中国公民科学素质调查问卷，对被试学生进行前后测试，结果显示，学生的科学素养明显提高，学生的创新性水平、研究项目质量提升较快，学生的创新研究作品获奖的数量与等级也逐年增加，说明基于STEM教育理念的“先学自研——合作探究——分析解释——交流评估——拓展创新”单元学科教学法效果明显。 在21世纪，国际竞争归根结底是人才的竞争，STEM教育是培养创新性人才的有效途径，STEM教育破解了多年来科技教育的困境。美国K-12STEM教育已经有了成熟的经验，值得我们借鉴。STEM课程在国内刚刚兴起，课程中开发出的课例在不同程度上培养了学生的创新意识和实践能力，但是深度不够，有些还停留在对科学内容或科学实验的拼凑上，背后看不到对能力培养的体系。这样的课程培养学生创新思维不具有可持续性和长期的发展。
STEM课程的核心是培养学习者的创新能力，创造性的组成成分表明，创造过程分为提出问题、准备、产生反应、验证反应、结果等五个阶段[6]，基于此理论，将STEM理念融入学科教学中，长期坚持，学生会在实践中不断积累探索的经验，也会在潜移默化中培养科学素养。STEM教育强调综合各学科的特点，将知识的获取、方法与工具的利用以及创新生产的过程进行了有机统一[7]，根据STEM理念所设计的5步教学法，正是按照科学探究或研究的路径解决问题，能够将学生所学的知识和技能融合起来，在解决问题的过程中进行迁移和应用，有效地促进了学生对学科知识的深度理解。
参考文献
[1]金慧，胡盈滢.以STEM教育创新引领教育未来[J].远程教育杂志.2017（1）：17-25.
[2]赵国安.基于STEAM理念的校外科学实验室机体群构建研究[J].远程教育杂志.2017（3）：80-87.
[3]丁杰，蔡苏等.科学、技术、工程与数学教育创新与跨学科研究——第二届STEM国际教育大会述评[J].开放教育研究.2013（2）：43-50.
[4]李小濤，高海燕等.“互联网+”背景下的STEAM教育到创客教育之变迁——从基于项目的学习到创新能力的培养[J].远程教育杂志.2016（1）：28-36.
[5]达西.哈克德著.STEM项目学生研究手册[M].中国科协青少年活动中心译.科学普及出版社.2013：27-30.
[6]段继杨.创造性教学概论[M].吉林教育出版社.1999：15-21.
[7]李扬.STEAM教育视野下的科学课程构建[D].浙江师范大学，2014.
作者简介：张晓容，女，汉族，籍贯：四川眉山，本科毕业，中学高级教师，四川省成都市华阳中学科技创新教育中心主任，四川省特级教师，四川省创新人才研究会秘书长，全国优秀教师。