作者简介：傅骞，北京师范大学教育技术学院副教授，博士，硕士生导师，研究方向为信息技术教育应用，fredqian＠bnu.edu.cn；刘鹏飞，北京师范大学教育技术学院在读硕士，研究方向为数字化科普（北京 100875）。

　　内容提要：随着社会对人才需求的不断提高，以培养创新型复合人才的STEM教育正逐步在全球普及推广。该文首先描述了STEM教育的概念及发展历史，然后根据STEM教育应用成果的不同，把STEM教育应用模式分成了验证、探究、制造和创造四大类，每一类又可以根据应用成果达成方式的不同可以细分为支架类和开放类，并重点描述了各个模式的应用步骤及典型案例。该文进一步指出各个模式之间并非泾渭分明，教师需要围绕目标，从学习者特点、学习环境等因素出发进行灵活选择和综合应用。

　　关 键 词：STEM教育 应用模式 创客教育

　　中图分类号：G434 文献标识码：A 文章编号：1006-9860(2016)04-0071-08

　　随着社会对人才需求的不断提高，以培养创新型复合人才的STEM教育正逐步在全球普及推广，多个国家都发布了本国的STEM教育发展规划，中国的教育部也在其发布的《关于“十三五”期间全面深入推进教育信息化工作的指导意见(征求意见稿)》中明确提到“有效利用信息技术推进‘众创空间’建设，探索STEAM教育、创客教育等新教育模式，使学习者具有较强的信息意识与创新意识”，其中的“STEAM教育”就是STEM教育扩展版——将A(Art艺术)加入STEM。而创客教育和STEM教育有着紧密联系，STEM教育是未来教育的重要发展方向，对于中国的传统教育模式更有着重要的意义。

　　一、STEM教育的概念

　　STEM是科学(Science)、技术(Technology)、工程(Engineering)和数学(Mathematics)四个英文首字母的缩写，简言之STEM教育就是科学、技术、工程、数学的教育，但现实问题往往无法单凭STEM中的某一门学科知识来解决，必须依靠多学科的协同，因此STEM教育是关于如何综合运用STEM知识解决现实问题的能力的教育，也就是STEM素养教育。

　　STEM教育的目标就是提升学习者的STEM素养，但对于STEM教育的定义，学术界存在着三种理解：第一种认为STEM教育是一门后设课程，即在学习者学习STEM相关的独立课程之外再学习一门如何综合运用STEM知识的独立课程；第二种认为STEM教育是一门有机整合STEM知识的独立课程，由它代替传统的STEM所涉及的课程，培养学习者的综合运用各专业知识的能力[1]；第三种则将STEM教育视为一种教学策略，其核心目标是通过灵活应用探究性学习、基于项目的学习和基于设计的学习等学习方式，来培养学习者综合利用STEM知识解决现实问题的能力。

　　本文的STEM教育将采用第三种观点，从学习方式和学习目标出发来界定STEM教育可以更好地为课程教师指明STEM教育的方向。基于此定义，本文认为STEM独立学科的学习也可以是STEM教育，其关键在于学习者是如何学习知识和运用知识的，如通过学习者自主的实验设计来验证牛顿三大定律便属于STEM教育；利用数学知识来合理安排职工工资和社保也属于STEM教育。STEM教育对于中国来说具有更重要的意义，中国从来不缺乏STEM所包含的各独立学科知识的学习，但由于不注重知识的理解和应用，学习者的STEM素养并不高，这一点必须通过加强STEM教育来提升。

　　二、STEM教育的应用模式

　　STEM教育作为一种教学策略，在实际应用时必须以解决现实中的实际问题为目标，以STEM知识的综合运用为手段。根据具体目标的不同，本文把STEM教育分成验证型、探究型、制造型和创造型四种不同的应用模式。

　　根据教师在STEM教育应用中给定的限定不同，各个模式又可以分为支架式和开放式，所谓的支架式就是由教师给定框架，包括目标和实现方式，然后由学习者在此基础上实施；而开放式则更多地由学习者自行提出目标并自行完成任务，需要学习者更多的主观能动性。当然，支架式和开放式之间并无明确的界限，教师在应用过程中可以根据学习者的不同、目标的不同灵活把握。另外，考虑到STEM教育应用的项目学习属性，下面的各类应用都以小组协作的方式展开。

　　(一)验证型STEM教育应用

　　验证型STEM教育应用的目标是学习者完成对已知结果的验证，例如定律或现象，但这些定律或现象并不是此类应用的重点，怎样通过STEM知识的综合运用来验证这些结果并达到加深理解、领悟科学才是其关键，本研究总结的验证型STEM教育应用基本步骤如下：

　　(1)明确问题。验证型STEM教育应用的目标是完成对已知结果的验证，该结果既可以由老师给定，也可以由学习者提出，同时该结果既可以是某种现象，也可以是某条定律。

　　(2)设计方案。设计方案的第一步是必须确定要验证的现象，因为定律也必须通过现象来验证，然后再根据现象设计合适的验证方案，其核心是实现现象的可观察或可记录性。

　　(3)评估方案。考虑到方案实施的代价，实施方案必须经过师生协同评估，评估的重点包括现象和定律之间的充分性(验证定律)和方案的可行性(包括安全、成本、作用等内容)。

　　(4)实施方案。在完成方案的可行性评估之后，学习者可以开始验证计划，本步骤的重点是现象的观察和记录，如果遇到无法解决的状况一定要重新回到步骤2进行新的设计。

　　(5)分析数据。通过对观察得到的数据和现象进行分析，并结合必要的现象和定律之间的充分性得出本次验证的结果，如果无法验证，分析可能存在的原因，并回到步骤2进行新的设计和实施。

　　(6)分享反思。反思本验证方案的有效性和可改进性，并分享自己的验证过程，总结本次验证掌握的技能。

　　(二)探究型STEM教育应用

　　探究型STEM教育应用的目标是去发现并解释学习者未知的现象，无论是探究过程还是解释现象都将综合运用STEM知识，从而培养学习者的科学探究精神和能力。探究型STEM教育应用的本质是探究型学习在STEM教育中的特定应用，其应用基本步骤如下：

　　(1)发现问题。探究型STEM教育应用需要学习者自己去寻找需要探究的问题，根据教师限定条件的多少，学习者发现的问题具有一定的指向性，但绝对不能是限定的，发现问题的能力也是STEM素养的重要组成部分。

　　(2)收集证据。收集证据是探究型STEM教育应用的最重要环节，根据探究问题的类型，证据收集过程可以分为三大类：一类是直接观察类，此类过程学习者无需借助任何设备直接靠人体自身感知即可；另外一类是仪器记录类，此类过程学习者需要借助现有的仪器或设计新的仪器来记录数据，发现规律；最后一类则是设计交互类，此类过程学习者需要设计专门的交互方案，通过不断的交互完成环境的准备、问题现象的触发和对应数据的收集工作。与验证型STEM教育应用类似，探究型STEM教育应用的收集证据过程也可以细化成设计方案、评估方案和实施方案三个阶段。

　　(3)分析数据。对于探究型STEM教育应用而言，数据分析的过程要比验证型复杂得多，验证型的数据分析结果是确定的，而探究型则是未知的。数据分析可以采用结论推导的方法，也可以采用猜想验证的方法，数据分析的成果是可以描述的现象或规律。

　　(4)解释结论。考虑到证据收集和数据分析的复杂性和不确定性，学习者必须从理论的角度来解释观察到的现象和规律，否则极有可能得到错误的结论。考虑到解释结论又可能超出学习者的能力，相互协作和教师支持是必需的。

　　(5)分享反思。当学习者完成了问题的发现和探究以后，学习者需要反思本探究问题的可渗入性及可迁移性，培养更好的问题发现能力；归纳整个证据收集过程和数据分析过程的方法，并考虑必要的改进；同时完成相关方法和结论的发布分享。