核心素养导向的STEM教育

本书以中国学生发展核心素养目标为导向，厘清了STEM教育与核心素养的关系，系统介绍了STEM教育起源和发展，深刻剖析了STEM教育的要素与内涵，重点阐述了STEM教育的实施模型、学与教设计、途径与方法、技术工具及管理方法，并提供了国内优秀的教学案例及国外优秀的教学项目示例。

本书是中国教育科学研究院《中国未来学校创新计划2.0》立项课题“核心素养导向下的STEM教育实践研究”(2020CFS007)的研究成果。 本书共分4篇10章，其观念篇中包含核心素养时代的教育改革、STEM教育对接核心素养发展两部分；理论篇中介绍了STEM教育的内涵与发展、STEM教育的实施模型两部分；实践篇中讲述STEM理念下的学与教设计、STEM教育的途径与方法、STEM教育中的技术及STEM教育的管理学四个方面；案例篇介绍国内外STEM教育优秀项目和案例，本书理论联系实际，既重视中国学生发展核心素养背景下的教育理论，又与国内外中小学STEM教育发展实践相结合。 本书可作为高等学校教育类专业本科生、教育硕士生相关课程的教材或参考书，也可供中小学在职教师及从事各学科教育学、教育信息化管理以及教育实践的人员阅读。

杜娟，沈阳师范大学副教授，辽宁省电教馆规划部主任。主要从事基础教育信息化相关研究，主持项目3项，省级课题5项，发表论文10余篇，出版图书2部，创客教育活动评委、参与省级信息化教学活动策划组织。
石雪飞，沈阳师范大学讲师，教育技术学硕士。主要从事教育资源建设、STEM教育方面研究，主持省级课题3项，发表论文10余篇，主编教材4部，省级高等教育教学成果奖成员，教育部-乐高“创新人才培养计划”种子教师。
邹丽娜，沈阳师范大学讲师，从事计算机基础教学工作，在STEM教育方面有较深入的研究与实践，在教学过程中融入创新方法教学理念，以设计思维的视角进行教学内容及教学过程的改革，曾被授予“教育部在线教育研究中心智慧教学之星”、“全国计算机设计大赛优秀指导教师”等荣誉称号。

篇  观念篇
第1章  核心素养时代的教育改革 3
1.1  核心素养的产生：从知识传授到全面育人 3
1.1.1  时代背景下核心素养的提出 4
1.1.2  不同组织提出核心素养内容 5
1.1.3  各类核心素养框架结构特点 16
1.1.4  中国特色核心素养的诞生 20
小结 22
活动建议 23
1.2  核心素养的分解：从总体框架到学科素养 23
1.2.1  中国学生发展核心素养的框架 23
1.2.2  学科核心素养含义与结构系统 27
1.2.3  学科核心素养要点与课标关系 29
小结 31
活动建议 32
1.3  核心素养的落地：从能力培养到素养形成 32
1.3.1  目标：从三维目标到核心素养 32
1.3.2  教学：从分科教学到跨科融合 36
1.3.3  教师：从规范教书到课程自觉 37
小结 39
活动建议 39
第2章  STEM教育对接核心素养发展 40
2.1  STEM教育的起源与形成：培养复合型竞争人才 40
2.1.1  STEM教育的起源 41
2.1.2  一个优秀案例展示 42
2.1.3  STEM教育的特点 46
2.1.4  STEM的相关概念 50
小结 52
活动建议 53
2.2  STEM教育对接核心素养：素养导向的必然选择 53
2.2.1  STEM教育与核心素养对接的必然性 53
2.2.2  STEM教育与核心素养对接的可能性 55
2.2.3  STEM教育与核心素养对接的现实性 57
小结 62
活动建议 62
第二篇   理论篇
第3章  STEM教育的内涵与发展 65
3.1  STEM教育的要素与内涵：真实情境跨学科教育 66
3.1.1  STEM教育的学科要素 66
3.1.2  STEM教育的内涵解读 70
小结 75
活动建议 76
3.2  STEM教育的现状与发展：培育国家创新人才 76
3.2.1  各国STEM教育发展现状 76
3.2.2  STEM教育未来推动方向 79
3.2.3  中国STEM教育面临挑战 83
小结 84
活动建议 84
3.3  STEM课程本土化开发实施：素养提升的重要载体 84
3.3.1  STEM课程开发的特殊性 84
3.3.2  STEM课程开发的经验 85
3.3.3  STEM课程的开发重构 90
3.3.4  STEM课程开发的思考 94
小结 95
活动建议 95
3.4  STEM教育生态系统构建：多机构协同关联发展 95
3.4.1  STEM教育生态系统构建及要点 95
3.4.2  构建STEM教育生态系统的途径 98
小结 99
活动建议 99
第4章  STEM教育的实施模型 100
4.1  基于项目学习模型：以完成项目为主线 101
4.1.1  基于项目学习的概念核心 101
4.1.2  基于项目学习的教学设计 104
4.1.3  基于项目学习的实施应用 105
小结 107
活动建议 107
4.2  问题导向学习模型：以问题解决为依托 108
4.2.1  问题导向学习的概念核心 109
4.2.2  问题导向学习的教学设计 111
4.2.3  问题与项目之间的异与同 112
小结 115
活动建议 116
4.3  基于设计思维模型：以设计建模为目标 116
4.3.1  设计思维模型的概念核心 116
4.3.2  几种典型的设计思维模型 118
小结 121
活动建议 121
4.4  乐高教育4C模型：四个环节形成闭环 122
4.4.1  乐高教育4C模型的要素及理念 122
4.4.2  基于乐高教育4C模型设计案例 124
小结 126
活动建议 127
第三篇  实践篇
第5章  STEM理念下的学与教设计 131
5.1  核心素养导向的学习设计：项目驱动的高阶学习 131
5.1.1  核心素养视角下基于项目学习框架 132
5.1.2  核心素养导向的STEM项目学习设计 135
5.1.3  教师在设计STEM项目需要注意事项 138
小结 140
活动建议 140
5.2  分科教学现状下的STEM：多学科整合教学设计 140
5.2.1  STEM教育跨学科的横纵整合模式 140
5.2.2  STEM教育跨学科整合的教学方式 142
5.2.3  STEM理念的多学科整合教学设计 143
小结 149
活动建议 150
第6章  STEM教育的途径与方法 151
6.1  工程设计主导，融合其他学科 152
6.1.1  以工程设计促进STEM学科整合 152
6.1.2  基于工程设计的STEM课程形式 154
6.1.3  基于工程设计的STEM教学过程 154
小结 156
活动建议 156
6.2  关注现实问题，注重情境学习 157
6.2.1  问题情境的概念界定 157
6.2.2  STEM问题情境特征 158
6.2.3  问题情境的设计模式 159
小结 164
活动建议 164
6.3  以学生为中心，关注主动实践 165
6.3.1  以学生为中心教育的理念体现 165
6.3.2  以学生为中心STEM教学策略 166
小结 170
活动建议 170
6.4  注重启发思考，促进思维发展 171
6.4.1  启发式教学的目的与内涵 171
6.4.2  STEM教学中的启发策略 173
6.4.3  启发式教学中存在的问题 178
小结 179
活动建议 179
6.5  实施协作学习，形成共享调节 180
6.5.1  协作学习中的调节 181
6.5.2  协作中的共享调节 182
6.5.3  共享调节实践框架 183
小结 186
活动建议 186
6.6  形成多元结果，开放互动评价 186
6.6.1  STEM项目学习中的过程性评价 187
6.6.2  STEM项目学习中的真实性评价 189
6.6.3  STEM项目的学生能力评价指标 190
6.6.4  基于STEM项目学习的量表形成 193
小结 199
活动建议 199
第7章  STEM教育中的技术 200
7.1  解读STEM教育中的“T”：知识方法和技巧 200
7.1.1  技术及技术素养的概念与内涵 201
7.1.2  STEM教育中T与其他要素关系 205
7.1.3  STEM教育中技术发挥的作用 210
小结 211
活动建议 211
7.2  ICT支持STEM教育的学与教：从九个维度促进 211
7.2.1  信息与通信技术成为学习工具 212
7.2.2  信息技术如何促进STEM学习 213
7.2.3  案例一：利用“人人通”网络学习空间开展STEM项目式学习 216
7.2.4  案例二：利用数学建模工具促进STEM教育深度学习 219
7.2.5  案例三：TI技术在STEM教育中的应用 221
7.2.6  案例四：教学系统软件支持STEM教学 224
小结 228
活动建议 228
第8章  STEM教育的管理学 229
8.1  概念与流程：项目管理的学问 229
8.1.1  管理概念 230
8.1.2  管理范围 230
8.1.3  管理流程 232
小结 237
活动建议 237
8.2  工具与方法：高效管理的保障 238
8.2.1  项目管理工具分类 238
8.2.2  系统化分析工具 239
8.2.3  项目进度管理工具 244
8.2.4  创新思维与创新方法 249
小结 255
活动建议 256
第四篇  案例篇
第9章  国内STEM教育的优秀案例 259
9.1  国内STEM学习的优秀案例 259
9.1.1  案例一：移动智能公交阅览室模型 259
9.1.2  案例二：仰卧起坐训练器 270
9.1.3  案例三：疫情期间做好食物保鲜，减少出门 275
9.2  STEM理念下的学科教学案例 282
9.2.1  案例一：地理学科—《太阳高度角》 282
9.2.2  案例二：科学学科—《热空气的特点》 285
9.2.3  案例三：科学学科—《气动纸火箭》 289
9.2.4  案例四：通用技术—《汽车与人的需要》 293
第10章  国外STEM教育的优秀项目 298
10.1  新加坡STEM应用学习计划 298
10.2  英国“STEM大使”项目 303
10.3  澳大利亚ELSA项目 308
参考文献 311

习近平总书记指出：“抓创新就是抓发展，谋创新就是谋未来。” 改革创新是时代发展的不竭动力，更是教育发展的时代主题。2016年发布的《中国学生发展核心素养》总体框架以培养“全面发展的人”为核心，勾画了中国新时代新型人才的形象，规约学校教育活动的方向、内容与方法，有力地回应了新时代的呼唤，也为深化课程改革和教学改革提供了方向。核心素养的一个突出特征就是强调“跨学科”的综合能力，这与全球教育倡导的STEM教育理念不谋而合。
STEM是科学（Science）、技术（Technology）、工程（Engineering）、数学（Mathematics）四门学科英文首字母的缩写组合。从表象上看STEM是数学、技术、工程、数学学科的融合，其内涵实则旨在利用跨学科的学习方法，消除传统分科教育的障碍，强调学科之间的内在联系，将多学科融合到现实世界中，为学生提供综合学习经验的教育。它摆脱了传统纸质的课本，强调面向现实中的有意义问题，形成解决问题的思路和过程；它使教学评价不在指向单一的纸笔测试，更强调知识的创新和多元评估……这些都与核心素养培养要求一一呼应，可以说STEM教育与中国学生发展核心素养在教育理念、外在形式、内在特质等方面具有天然的共通之处；同时，全球化和信息化社会发展的要求、科技人文融合发展等要求也促使两者对接成为必然。
本书以中国学生发展核心素养目标为导向，厘清了STEM教育与核心素养的关系，系统介绍了STEM教育起源和发展，深刻剖析了STEM教育的要素与内涵，重点阐述了STEM教育的实施模型、学与教设计、途径与方法、技术工具及管理方法，并提供了国内优秀的教学案例及国外优秀的教学项目示例。
本书特点
（1）紧扣核心素养。本书在对各国（组织）核心素养要求梳理的基础上，详细解读中国学生发展核心素养的框架及要求，内容的组织和STEM案例选择紧紧围绕核心素养目标导向，具有较强的针对性、实用性、指导性。
（2）理论联系实际。本书编者在认真阅读课程标准及文献基础上，多次研究、讨论，使每个专题的教学目标具体化、精细化，使之具有可操作性、可评价性。本书内容既有关于核心素养、STEM教育的相关理念阐述，又结合案例解读说明指导实践。
（3）启发指导活动。本书采用启发指导式体例，通过节前思考和活动建议。建议读者带着思考问题阅读相关内容。在依据本书开展教学时，建议采用小组合作学习、基于项目学习、基于设计的学习等新型学习方式，教师除必要的引导、指导和总结外，可以组织学生（学员）以小组形式开展协作学习，并展开同伴互助、集体分享等活动，终实现学习目标。
本书作者
本书的编者是长期从事教育技术教学研究的高校教师和基础教育信息化的教研人员。各章编写人员分别是：杜娟（第1、2、3、5、7、9章）、石雪飞（第4、6、10章）、邹丽娜（第2、6、8章），韩涛、耿克飞、吴潼进行校对。全书由杜娟策划并统稿。本书在编写过程中参考了大量文献，吴雅萱等同学、徐杨、张晓丹、郭廷宫、徐敏、王鹏、刘美辰老师提供了优秀的案例，在此向这些文献和案例的作者表示感谢。
由于编者能力有限，错误之处在所难免，恳请广大读者批评指正。
作者简介
杜娟，沈阳师范大学副教授，辽宁省电教馆规划部主任。主要从事基础教育信息化、中小学数字化学习相关研究，主持项目4项，省级课题7项，发表论文10余篇，出版图书3部。曾策划组织省级中小学信息化创新教学活动，担任、省级中小学创客教育活动评审专家。
石雪飞，沈阳师范大学讲师，教育技术学硕士。主要从事教育资源建设、STEM教育方面研究，主持省级课题3项，发表论文10余篇，主编教材4部。省级高等教育教学成果奖成员，教育部-乐高“创新人才培养计划”种子教师。
邹丽娜，沈阳师范大学副教授，从事计算机基础教学工作，在STEM教育方面有较深入的研究与实践，在教学过程中融入创新方法教学理念，以设计思维的视角进行教学内容及教学过程的改革。曾被授予“教育部在线教育研究中心智慧教学之星”、“全国计算机设计大赛优秀指导教师”等荣誉称号。

编  者  
2021年6月