何為S.T.E.M.？歐美國家一直重視的能力培養

其中科學在於認識世界、解釋自然界的客觀規律；技術和工程則是在尊重自然規律的基礎上改造世界、實現對自然界的控制和利用、解決社會發展過程中遇到的難題；數學則作為技術與工程學科的基礎工具。由此可見，生活中發生的大多數問題需要應用多種學科的知識來共同解決。

• 國內外STEM教育對比

STEM一直普遍存在於歐美國家的教學體系中，自奧巴馬上台後更是尤為重視，推出了旨在確保經濟增長與繁榮的新版的《美國創新戰略》。指出，美國未來的經濟增長和國際競爭力取決於其創新能力。「創新教育運動」指引著公共和私營部門聯合，以加強科學、技術、工程和數學（STEM）教育。

百度指數關於STEM的熱度從2013年開始上升

國內教育界一直沒有具體提出STEM，在最近幾年才開始有了這個外來詞。但其實從我上小學時就有《自然》課了，當時教材只有人民教育出版社，這套教材編寫也是很用心，起碼對我影響比較大。也感謝我的老師，能夠認證對待這門課程，並且講的很好。

到了中學階段開始接觸理科三大項：物理、化學、生物，加上信息技術和通用技術，以及地理這種文科中的理科。我國教育起碼在我經歷的環境下最大的問題是——缺乏實踐、不懂方法。

歐美在物理、化學、生物的教材上是以實驗為主導學習的。物理教室、化學教室、生物教室都是各自的實驗室，雖然不是每節都要做實驗，但實驗佔了很大的比例。其中以驗證性實驗為主，但探究性實驗和模擬實驗也佔有一定的比例。教材針對驗證性實驗和探究性實驗設置了兩種不同的編寫結構。

驗證性實驗的結構為：1.問題：提出問題，引發思考；2.材料：列出實驗器材；3.過程：列出實驗步驟，具體包括小組分工、實驗操作和測量等方面；4.數據與觀察：觀察實驗，處理數據；5.分析與總結：包括分析數據、計算結果和推斷評估過程等；6.應用：提出一個或兩個與實際密切聯繫的問題，讓學生把通過實驗學到的知識應用於實踐。

探究性實驗的結構：1.問題；2.假設：引導學生回答問題，建立初步假設；3.可能的材料：列舉出學生可能會用到的材料；4.制定計劃：引導學生建立實驗計劃，具體包括小組分工、確定待測量、數據處理、讓老師檢查計劃等內容；5.分析與總結；6.應用。[1]

通過上面的例子可以感受到，如果以這樣的方式在課堂上做實驗，通過實驗學習的不僅僅是知識，而是一種能力——探究和解決問題的能力。而這也是目前填鴨式教育不能解決的。目前的教育不重視獲取知識的過程，而是直接塞給你一個個知識點。知識點是不容置疑的，你把它們記下來就好。記得牢、會融會貫通，就能得高分。

另外，美國也有一些副科，比如烹飪（Foods）、勞技（Shop）、縫紉（Sewing）、機器人（Robotic），大家感受下美帝的教育，是不很重視實踐能力和生活技能的培養。

• STEM教育在於傳授方法

授之以魚不如授之以漁。由於應試教育原因，我們社會急需具備科學素養的人才。什麼是科學素養？

對於科學知識達到基本的了解程度；

對科學的研究過程和方法達到基本的了解程度；

對於科學技術對社會和個人所產生的影響達到基本的了解程度。

而大多數人只能達到第一條的，而第二條和第三條才能讓人們獲取到更多的知識。也就不奇怪各種「偽科學」「謠言」能夠在朋友圈滿天飛，因為很多人連基本的「三段論」都不能掌握，甚至懶於主動搜索查找相關資料。

《自然》雜誌指出，孩子人人都是科學家，只要從小就給他們合適的科學教育。孩子傳統上所接受的科學教育主要是基於講授式的，但這種形式的科學教育有其顯著的局限性。《自然》雜誌認為，為了培養21世紀的科學家，我們的教育需要培養孩子「創造性的問題解決能力」（creative problem solving）、「批判性思維」（critical thinking）和「合作」（collaboration）等「軟技能」（soft skills）。

對比歐美孩子從小學就要完成類似於課題研究哪怕是驗證性的或者探究性的，使用圖書館、網路查找資料，可以利用實驗室完成實驗數據採集，形成項目總結。即使可能結果不準確甚至是錯誤的。但孩子能夠獨立或通過團隊合作方式尋找答案，會方法，懂過程，這是最重要的。

• 國內STEM教育現狀

這是在某家機構網頁里看到的，機器人教育都比較熟悉，作為STEM來講只要課程設置得當，真的是比較好的學習內容。但3D列印就很勉強了，教孩子使用軟體建模進行列印，實則類似於美術課。而那個VR體驗課程就彷彿是3D、4D或者ND教室了，是不是在虛擬世界中做實驗？如果軟體設計的好的話確實能省很多實驗器材和材料，否則就真的是噱頭了。

百度推送的內容大部分是忽悠開店、加盟的廣告。有的網頁設計精美，校內校外都能做，擁有大量課程包。而對比以後發現，似乎每家的東西都差不多，彷彿是套餐一樣推銷給創業者。理念也停留在動手、製作和比賽三個環節上，沒有深入STEM的精髓。STEM教給孩子的是一種科學的探究、解決問題方法。而目前大部分國內STEM教育已經成為一種「創客教育」，培養的是動手能力，1-2個小時內製作出一個作品，孩子們能夠介紹作品，然後就結束了。缺乏數據、觀察、分析和總結，最後直接應用，缺乏延伸。我們應該讓孩子知其然，還能知其所以然。

為什麼普遍缺乏中間環節？我認為一方面是教育環境導致孩子們缺乏一些基礎，例如小學孩子對於如何設計一個數據表格完全摸不著頭腦。另一方面課堂時間較短，每節課都要出作品，變成了另一種應試教育。最後只剩T和E，沒有S和M。而科學和數學才是一切的基礎。

科學和數學並不是狹義的科學知識和解數學題，前面也提到：科學在於認識世界、解釋自然界的客觀規律；數學則作為技術與工程學科的基礎工具。這就要求能夠使用科學方法和擁有數學思維。科學方法裡面包括諸如邏輯、辯證法、控制變數、對照實驗、雙盲實驗等。數學思維則要求能夠理解運用統計、概率、轉化與劃歸，函數與映射，常量與變數等。掌握科學、數學不僅有利於STEM學習，在應對其他行業、學科乃至生活問題和社會問題都有很大的幫助。

• 機器人與STEM教育

為什麼凡是STEM教育項目都會包含機器人教育？就我個人而言，機器人只是一種良好的工具，與物理、化學實驗儀器沒有高低貴賤之分。但機器人套件對於學生來講有一些優勢。

1、機器人是機電一體化的綜合應用。涵蓋了機械、工程、計算機編程等科技、工程領域知識。同時，機器人需要對各個感測器進行信號讀取、計算處理，它需要有結構上的設計也需要一定的計算，這就包含了數學；接下來就可通過科學方法，去探究、解決問題。學生在設計搭建一個機器人的過程中，需要學生綜合運用這些知識。

2、設計組裝方便。不僅局限於樂高品牌，各種相關機器人教育器材都有各種尺寸的標準零件，並且易於組裝拆卸。這樣可以方便學生們設計、搭建、使用。

3、模塊化設計。學生們需要什麼功能就安裝什麼模塊，諸如觸碰感測器、光電感測器、超聲波感測器、伺服電機、燈泡等。樂高的控制器模塊還集成了藍牙和WiFi模塊，學生們可以輕鬆實現多設備間的通訊。

4、涵蓋年齡廣。就編程語言來講，低年級孩子可以使用圖形化編程語言，簡單易學。高年級孩子甚至成年人可以使用高級語言如C/C++、C#、Java等。零部件強度兼容性等很好，適合擴展。很多成年人使用樂高進行項目初期模型的設計開發。

5、寓教於樂。由於製作出的機器人形態萬千，功能不同，具有很強的趣味性。特別容易激發孩子學習興趣，並且能獲得很大的成就感。形成正反饋，讓孩子能夠主動學習、自主學習。

還有其他優勢歡迎大家補充。就以上五條來講，機器人是STEM教育最好的一種學習工具。

• 機器人比賽對STEM教育的意義

機器人大賽是檢驗STEM教育成果的一種途徑。不論孩子還是家長都希望能通過比賽獲得認可。就目前國內情況而言，省級科技類比賽證書是否有用取決於各地方教育部門的政策。主要在小升初、中高考有一定影響。如果要申請國外留學機會，歐美學校對於機器人比賽證書是比較重視的。但證書只是個參考，目前各個外國學校也要對學生進行面試，以確認學生在比賽中的角色和實際的能力。

每個家長都有功利心，機構也有功利心。我帶過的很多學生參加機器人比賽，我承認參加比賽的機器人不算是學生做的，大部分都是老師做的。學生只是把機器人抱上去比了個賽。那比賽培訓都幹嘛了？大部分都是在老師帶著孩子磨合程序、改進機器人結構以及設計新的方案。為什麼會這樣？1、時間短任務重，每周一節課，賽前兩周遇上暑假的話才能集訓。2、孩子年齡普遍偏小，平均在3-5年級，有的還未開始接觸編程。5年級以上的孩子可以獨立完成，老師很少干涉，除非方案有問題。3、機構要成績和證書用來宣傳，老師也想鍍金。

在我剛入行的時候，我讓學生自己做比賽項目，只給建議，不做干涉。我自己也做方案，與學生比賽。學生們看到我的方案哪些比自己的好，就會借鑒。我們也會一起在網上找一些比賽視頻，學習一些方法和策略。最終的在省里比賽成績只有二等獎和三等獎。在比賽現場我看到了很多隊伍的機器人做的很棒，很成熟，程序編寫很細緻，而成員都是小學生……後來與我的領導交流下，覺得比賽就是比老師。

上圖為奧巴馬在FLL比賽現場聽學生講解。FLL（FIRST LEGO League）與WRO（World Robot Olympiad）是涉及樂高的最大的兩個賽事，也是國內樂高教育機構及學校參加最多的比賽。

如FLL比賽，學生在場上做的就是把機器人擺好，按開始，拆卸安裝策略物（提前製作好的用以完成特定任務的機器人改裝物），再擺好按開始，剩下的就取決於主要就是機器人設計、策略物設計、程序設計。同樣的機器人，眼疾手快擺放準確的隊伍成績就好，反之則可能只有初始分數。

而WRO比賽，則考驗學生的拼裝和現場調試程序的能力，更偏向競技。每年都會公布比賽任務和場地，需要機器人一次出發自主完成。老師和學生會提前針對場地任務設計機器人和程序，集訓期間大家每天都在拼裝機器人，就像背課文一樣。程序也是要背下來，現場能夠準確編寫出來。所以整個比賽趣味性較低，氣氛也比較緊張，對孩子要求更高。

由於教育環境和應試壓力，我接觸的即便是年輕的家長，也不願意讓孩子在初中以後繼續上機器人興趣班。而單就機器人教育而言，初中才是起點，將之前在機構學習的的結構、機械、動力知識和機器人編程知識綜合運用，進一步學習高級編程，並能夠形成團隊，獨立準備比賽項目。而就不分組別的FLL比賽，初中生隊伍成績明顯較好，鮮見小學隊伍得冠亞軍的情況。

但我個人建議有條件的孩子盡量能夠參加比賽。小學階段建議參加Jr.FLL，中學階段參加FLL。從網上找了下面這張圖片大家感受下：

上圖為美國孩子參加Jr.FLL比賽的現場。三折展板是一種具有美國特色的展示板，類似於國內的手抄報。很多美國電影涉及到參加科技比賽的場景都會大量看到這種三折板，推薦我喜歡的一部勵志電影《十月的天空》。這種展板一般包括：團隊名稱、團隊成員介紹、項目介紹、研究過程和項目成果總結。三折板前擺放項目作品，有的隊伍會製作傳單，方便觀眾、評委取閱。比如上圖隊伍就叫Super Sonic Seniors，非常中二的名字，符合孩子特點。項目名稱是電視歷史。而項目作品就是用樂高積木製作了一個電視，並且設計了一些動力裝置，讓電視成為一個迷你劇院，播放畫面，非常有創意。

有興趣的朋友可以在百度圖片搜索Jr.FLL，看下同樣的比賽國內外的差距。

通過比賽這種形式，能夠讓孩子們有機會形成團隊，一起為了一個目的去完成一個項目。在準備比賽的過程中會遇到各種各樣的問題，有項目的進度問題，存在的阻礙，團隊成員間的摩擦，團隊的協作等。完成項目是需要運用STEM知識和方法去解決問題，增加實踐機會，檢驗學習成果。

其實比賽的意義在於準備比賽的過程。在比賽中又可以獲得很多與其他隊伍、觀眾、評委的交流的機會。比賽能夠讓孩子收貨很多東西，讓孩子成長。家長和老師們會發現，孩子每次參加比賽都比上一次要進步，並且變得更自信。不管結果如何，每一次比賽對孩子來講都是在人生中意義非凡又寶貴的經歷。

• 寫在最後

STEM教育在中國尚在起步摸索階段，校內、校外大家都在試驗。所有西方的東西進到中國都有適應和發展階段，都會結合國情發生些改變。現在也是熱錢涌動，劣幣也在不斷地進入市場擾亂秩序。但我相信，通過幾代人的共同努力，在我們有生之年是能夠看到追上歐美的那一天的。不論現在的STEM教育模式、環境是怎樣的，我們都不要急於去追逐或否定它。雖然它對孩子意義重大，影響深遠，但方法不對同樣會對孩子產生消極的影響。我建議家長們根據自身情況和孩子的情況選擇最合適自己的教育模式。不是說必須要學機器人、必須要去比賽，很多孩子對於機器人就不感興趣，喜歡體育運動呀或者藝術呀。興趣是孩子最好的老師，家長要做好角色轉換，對孩子進行引導，因材施教。最後祝孩子們都能健康成長！

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[1] 沈俊妮，周延懷. 美國高中物理教材的學生實驗分析與借鑒 [J]. 學科教育，2004，12：46-49.