中國教育科學(xué)研究院王素研究員集多年研究主編的這套“中國STEM教育2029行動(dòng)計(jì)劃”叢書涉及科學(xué)教育的課程設(shè)置、教學(xué)設(shè)計(jì)、學(xué)生評價(jià)、教師專業(yè)發(fā)展、優(yōu)秀案例呈現(xiàn)等方方面面，相信會對科學(xué)教育相關(guān)的改革實(shí)踐提供有價(jià)值的參考，并發(fā)揮積極作用。
——周忠和 中國科學(xué)院院士、教科版小學(xué)《科學(xué)》教材主編
王素
中國教育科學(xué)研究院比較教育研究所所長、STEM教育研究中心主任
我們正處在一個(gè)大變革的時(shí)代，科技革命日新月異，全球格局正在重塑，大國博弈日趨激烈。國際競爭的根本在于人才的競爭，特別是高科技人才的競爭，因此很多國家把科學(xué)、技術(shù)與工程教育置于國家的戰(zhàn)略地位，認(rèn)為STEM教育與科技人才的培養(yǎng)關(guān)乎國家安全和人才競爭。我國要在2035年基本實(shí)現(xiàn)社會主義現(xiàn)代化，進(jìn)入創(chuàng)新型國家前列，實(shí)現(xiàn)建成人才強(qiáng)國的戰(zhàn)略目標(biāo)，加快建設(shè)世界重要人才中心和創(chuàng)新高地，其中，STEM教育對于我國培養(yǎng)科技人才、提升青少年的科技素養(yǎng)具有重要意義。
中國教育科學(xué)研究院于2017年成立了STEM教育研究中心，并發(fā)布了《中國STEM教育白皮書》，提出了“中國STEM教育2029行動(dòng)計(jì)劃”。該計(jì)劃提出，中國的STEM教育要有頂層設(shè)計(jì)，要實(shí)現(xiàn)大中小學(xué)的貫通培養(yǎng)，要利用社會資源建立STEM教育生態(tài)，發(fā)展一批STEM領(lǐng)航學(xué)校和種子學(xué)校，培養(yǎng)一批STEM種子教師，并開展系列的促進(jìn)STEM教育發(fā)展的活動(dòng)。幾年來，我們努力發(fā)揮科研的引領(lǐng)作用，通過建立STEM教育協(xié)同創(chuàng)新中心、召開STEM教育發(fā)展大會、開展相關(guān)課題研究等推動(dòng)中國中小學(xué)STEM教育的發(fā)展，并取得了一定的成效。同時(shí)，在對中國STEM教育的調(diào)研中我們發(fā)現(xiàn)，大部分學(xué)校和教師對STEM教育有一定的認(rèn)識，但是缺乏系統(tǒng)的知識和有效開展STEM教育的方法。因此，我們在2020年組織STEM教育領(lǐng)域的相關(guān)專家進(jìn)行了一系列研討，希望給教師提供一套完整的、實(shí)用的STEM教育案頭書，書中既有相關(guān)理論的闡述，又有可操作的案例，由此誕生了“中國STEM教育2029行動(dòng)計(jì)劃”叢書。
叢書共12本，包括《數(shù)字化轉(zhuǎn)型中的STEM教育》《STEM課程設(shè)計(jì)與實(shí)施》《STEM學(xué)科教學(xué)：鏈接與賦能》《STEM教師的跨學(xué)科成長》《STEM教學(xué)設(shè)計(jì)與評價(jià)》《STEM活動(dòng)與競賽》《未來學(xué)校設(shè)計(jì)：STEM空間營造》《STEM與工程思維》《STEM與設(shè)計(jì)思維》《STEM與計(jì)算思維》《STEM與創(chuàng)新思維》和《STEM與人工智能》。
《數(shù)字化轉(zhuǎn)型中的STEM教育》重點(diǎn)梳理了STEM教育的相關(guān)理論以及在數(shù)字化轉(zhuǎn)型的大背景下STEM教育的基本特征。書中提出，STEM教育更關(guān)注學(xué)生跨學(xué)科整合能力和問題解決能力的培養(yǎng)，而數(shù)字化轉(zhuǎn)型對學(xué)生提出的能力要求中，跨學(xué)科知識、認(rèn)知和元認(rèn)知技能、創(chuàng)造新價(jià)值、協(xié)調(diào)矛盾和應(yīng)對困境等方面都與STEM教育的目標(biāo)相符。STEM教育將成為支撐數(shù)字化轉(zhuǎn)型的重要方式之一。書中對STEM教育的跨學(xué)科性、情境化、實(shí)踐性、素養(yǎng)導(dǎo)向性、智能化和創(chuàng)新性的闡述對落實(shí)新課標(biāo)提出的學(xué)科實(shí)踐、跨學(xué)科整合都具有參考價(jià)值。
學(xué)校教師非常關(guān)注如何在學(xué)?，F(xiàn)有的課程體系下設(shè)計(jì)和開展STEM教育。我們認(rèn)為STEM不是一門課程，而是一個(gè)課程群，涵蓋的內(nèi)容非常廣泛，在學(xué)校的實(shí)施形式也是多樣化的，包括學(xué)科教學(xué)、跨學(xué)科項(xiàng)目、活動(dòng)、競賽等。針對當(dāng)前教師面臨的主要挑戰(zhàn)，我們組織了6本書來系統(tǒng)地闡述如何進(jìn)行STEM課程設(shè)計(jì)與實(shí)施。
其中，《STEM課程設(shè)計(jì)與實(shí)施》一書闡述了STEM課程建設(shè)的本質(zhì)、模式與特征。這本書提出，STEM課程的設(shè)計(jì)與開發(fā)首先須遵循課程開發(fā)的基本規(guī)范，聚焦課程的定位、課程的價(jià)值取向、課程的構(gòu)建、課程的目標(biāo)、課程的實(shí)施與課程的評價(jià)等六方面。其次，STEM課程是體現(xiàn)跨學(xué)科融合的綜合課程。最后，STEM課程是項(xiàng)目式課程。和所有的項(xiàng)目式課程一樣，它在設(shè)計(jì)開發(fā)與實(shí)施時(shí)是以真實(shí)項(xiàng)目為驅(qū)動(dòng)的。這種界定對于學(xué)校建設(shè)STEM課程非常有價(jià)值。書中還對STEM課程目標(biāo)設(shè)計(jì)、內(nèi)容開發(fā)、內(nèi)容來源與轉(zhuǎn)化、實(shí)施路徑及評價(jià)都進(jìn)行了系統(tǒng)的論述，并給出了不同類型的STEM課程案例供讀者參閱。
STEM分為廣義和狹義之說，其本質(zhì)是跨學(xué)科教育，但在當(dāng)前學(xué)科教學(xué)占據(jù)絕大部分時(shí)間的情況下，如何在學(xué)校開展STEM教育？我們從學(xué)科教學(xué)、跨學(xué)科教學(xué)、活動(dòng)與競賽等不同的STEM教育形態(tài)出發(fā)向教師們展示如何開展STEM教育。
《STEM學(xué)科教學(xué)》這本書有個(gè)副標(biāo)題：鏈接與賦能，表明了本書作者對STEM與學(xué)科教學(xué)關(guān)系的認(rèn)識。在作者看來，當(dāng)下隨著新課標(biāo)的發(fā)布，課程改革已經(jīng)進(jìn)入了以“提質(zhì)增效”為特征的深化階段，學(xué)科教學(xué)還可以在關(guān)注學(xué)生的問題解決能力、跨領(lǐng)域合作交往能力以及學(xué)習(xí)活動(dòng)設(shè)計(jì)與實(shí)施的有效性、學(xué)科之間的有機(jī)整合、信息技術(shù)與學(xué)科學(xué)習(xí)的深度融合等方面進(jìn)行改進(jìn)。這其中就體現(xiàn)了STEM教育對學(xué)科教學(xué)的賦能。STEM教育的跨學(xué)科性、項(xiàng)目式的學(xué)習(xí)方式，強(qiáng)調(diào)在真實(shí)世界中創(chuàng)造性地解決問題的能力，不正是新課標(biāo)期待學(xué)科教學(xué)完成的目標(biāo)嗎？如何實(shí)現(xiàn)這種賦能呢？這就是鏈接的作用。歡迎讀者進(jìn)一步閱讀這本書，挖掘更多學(xué)科教學(xué)與STEM教育的關(guān)系。
STEM教育最典型的特征就是跨學(xué)科融合,這也是新課標(biāo)所強(qiáng)調(diào)的。很多老師對跨學(xué)科教學(xué)感到陌生，不知道如何應(yīng)對，所以我們專門寫了一本《STEM教師的跨學(xué)科成長》。這本書以活潑新穎的視角闡釋了跨學(xué)科的演變過程，并從學(xué)識、思維、視角、技能四個(gè)方面給出了教師的跨學(xué)科成長路徑。讀完這本書，相信你會深受啟發(fā)，積極走上跨學(xué)科成長之路。
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STEM教學(xué)如何設(shè)計(jì)與評價(jià)？我們也專門用一本書來進(jìn)行闡述。新課標(biāo)強(qiáng)調(diào)素養(yǎng)導(dǎo)向的教育，強(qiáng)調(diào)“教—學(xué)—評”一體化，這些理念在STEM教學(xué)中如何實(shí)現(xiàn)？STEM教學(xué)是否有獨(dú)特的教學(xué)模式和有效的教學(xué)策略？作為一種項(xiàng)目式學(xué)習(xí)，STEM教學(xué)又如何實(shí)現(xiàn)通過評價(jià)促進(jìn)學(xué)生核心素養(yǎng)的發(fā)展？如何設(shè)計(jì)和使用STEM學(xué)習(xí)評價(jià)量表？《STEM教學(xué)設(shè)計(jì)與評價(jià)》一書對此給出了積極的回應(yīng)，并結(jié)合STEM學(xué)習(xí)的創(chuàng)新案例幫助大家對這些問題有更清晰的認(rèn)識。
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STEM教育在中國經(jīng)歷了演變的歷程，科技教育曾經(jīng)是更為我們所熟知的名字，尤其是科技活動(dòng)和競賽，學(xué)校和學(xué)生都很喜歡，參與度高。伴隨著課程改革，學(xué)校設(shè)置了小學(xué)科學(xué)、中學(xué)理科課程、通用技術(shù)、信息科技、綜合實(shí)踐等有關(guān)課程，并開設(shè)有社團(tuán)、校本課程以及科技節(jié)等多樣的、豐富多彩的課程與活動(dòng)。STEM教育與原有的很多科技活動(dòng)和競賽有著傳承關(guān)系。學(xué)校和校外如何組織、設(shè)計(jì)STEM活動(dòng)與競賽？它們與學(xué)校的課程是什么關(guān)系？不同學(xué)段的STEM活動(dòng)有什么特點(diǎn)？有哪些典型的STEM活動(dòng)與競賽？STEM活動(dòng)與競賽如何體現(xiàn)育人功能？《STEM活動(dòng)與競賽》一書對此進(jìn)行了有意義的探索。
相比于常見的學(xué)科教學(xué)，STEM教育具有很大的特殊性，強(qiáng)調(diào)在真實(shí)的任務(wù)中解決問題，因此需要相應(yīng)的空間、特殊的環(huán)境給予支持。什么樣的學(xué)?？臻g是我們所期待的？它傳遞著怎樣的理念？空間與教學(xué)和育人之間是什么關(guān)系？學(xué)習(xí)空間設(shè)計(jì)有哪些可能性？為了回答這些問題，我們專門寫了一本《未來學(xué)校設(shè)計(jì)：STEM空間營造》。這本書無論是寫作方式還是內(nèi)容都非常具有創(chuàng)新性，它既有人文的敘事，又有哲理的思考，還給出了操作的方法。從中我們可以看到對學(xué)校設(shè)計(jì)方法論和流程的闡釋，并通過具體案例了解到好的學(xué)校設(shè)計(jì)是如何誕生的，體會新的學(xué)習(xí)理念是如何影響空間設(shè)計(jì)的。
STEM教育特別注重學(xué)生思維方式的培養(yǎng)，我們用4本書闡述了4種重要的思維——工程思維、設(shè)計(jì)思維、計(jì)算思維、創(chuàng)新思維。在過去的學(xué)校教育中很多老師對這些思維的培養(yǎng)感到陌生，隨著育人目標(biāo)的改變，思維發(fā)展成為教育中極為重要的部分，特別是上述4種思維方式，無論學(xué)生將來從事什么職業(yè)，這幾種思維培養(yǎng)好了，應(yīng)對工作就會游刃有余。《STEM與工程思維》一書的作者從認(rèn)知維度、能力維度和實(shí)踐維度三個(gè)方面闡釋了工程思維的價(jià)值、特點(diǎn)、思想方法，同時(shí)給出了運(yùn)用工程思維解決問題的策略，以及工程思維教學(xué)案例及解析，為教師理解工程思維，有效開展教學(xué)實(shí)踐提供了支持。
設(shè)計(jì)思維在各行業(yè)中應(yīng)用廣泛。有些中小學(xué)也開設(shè)了設(shè)計(jì)思維培養(yǎng)課程，但是大部分學(xué)校教師對設(shè)計(jì)思維及其教學(xué)還是陌生的。《STEM與設(shè)計(jì)思維》一書力圖用一種設(shè)計(jì)思維的方式來寫作，使用圖文并茂的形式讓讀者一眼就可以看到設(shè)計(jì)思維的要義，并獲得不一樣的閱讀體驗(yàn)。書中給出的大量案例也會讓讀者切身體會到設(shè)計(jì)思維的魅力，以及如何在教學(xué)中運(yùn)用設(shè)計(jì)思維。
進(jìn)入智能時(shí)代，面對全新的世界，人類不僅需要開發(fā)新的工具來控制和體驗(yàn)這些設(shè)備與技術(shù)，更需要全新的思維方式，使我們能夠看透技術(shù)的本質(zhì)，以創(chuàng)造性的、深思熟慮的和適當(dāng)?shù)姆绞嚼斫獠⑹褂眠@些技術(shù)。從這個(gè)視角來看，計(jì)算思維作為運(yùn)用計(jì)算機(jī)和互聯(lián)網(wǎng)及其他信息處理代理有效執(zhí)行人類構(gòu)造和表述問題的思維方法，不僅是計(jì)算機(jī)科學(xué)家和數(shù)字工程師的專業(yè)興趣，也將超越具體學(xué)科，成為這個(gè)時(shí)代最基本的思維方式。這是《STEM與計(jì)算思維》這本書中對計(jì)算思維的描述。計(jì)算思維將成為21世紀(jì)公民必備的基本思維智慧，成為與閱讀、寫作、算術(shù)一樣的基本技能。如此重要的思維在中小學(xué)應(yīng)該如何培養(yǎng)？本書作者對計(jì)算思維的本質(zhì)、指向計(jì)算思維教育的STEM項(xiàng)目設(shè)計(jì)以及如何運(yùn)用計(jì)算思維解決學(xué)科教學(xué)問題都做了系統(tǒng)闡述，并輔以案例說明。
創(chuàng)新思維是21世紀(jì)核心素養(yǎng)中的重要組成部分。對于創(chuàng)新思維大家既熟悉又陌生，熟悉的是在許多場景下都會提到創(chuàng)新思維的培養(yǎng)，陌生的是如何在學(xué)校教育中有效培養(yǎng)創(chuàng)新思維。創(chuàng)新思維可以賦能學(xué)生在不久的將來自如地應(yīng)對工作、生活帶來的挑戰(zhàn)，也為社會帶來更大的價(jià)值。賦能學(xué)生的前提是賦能學(xué)校，而這中間最重要的一環(huán)是賦能教師。教師如何設(shè)計(jì)教學(xué)活動(dòng)激發(fā)學(xué)生的好奇心，使用什么方法和工具鼓勵(lì)學(xué)生自主探索、應(yīng)對挑戰(zhàn)、學(xué)會從失敗中學(xué)習(xí)，如何創(chuàng)建一個(gè)友善的環(huán)境，使用正確的溝通方式和學(xué)生對話、交流，值得每一位教師在閱讀時(shí)深思。在這本《STEM與創(chuàng)新思維》中你還會了解到我國和新加坡多所學(xué)校的創(chuàng)新思維教學(xué)培養(yǎng)案例。
人工智能也是目前學(xué)校開展STEM教育的重要內(nèi)容領(lǐng)域，因此我們特別編寫了《STEM與人工智能》這本書，通過對各學(xué)段大量案例的展示與解析，讓教師了解在STEM教育中如何開展人工智能相關(guān)內(nèi)容的項(xiàng)目設(shè)計(jì)與實(shí)施。
我們期待這套STEM教育叢書能給教師提供更加全面了解STEM教育的機(jī)會，同時(shí)也希望這套書成為教師開展STEM教育的得力助手。我們還會開發(fā)與這套書配套的視頻課程，使其成為STEM教師專業(yè)學(xué)習(xí)的有效資源。希望我們的努力能助推中國STEM教育的發(fā)展，更加希望我們這套書能成為正在閱讀本書的你的好朋友。
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