序

STEM是科學(xué)（Science）、技術(shù)（Technology）、工程（Engineering）和數(shù)學(xué)（Mathematics）的縮寫，它是一種新的教育模式，其最核心的特征是：以學(xué)生為中心、解決真實(shí)情景問題、跨學(xué)科知識整合。

為什么要開展STEM教育呢？STEM教育可以被理解為一種工程技術(shù)驅(qū)動(dòng)的教育模式。在教學(xué)過程中，要求利用技術(shù)手段激發(fā)和簡化學(xué)生的創(chuàng)新過程，通過技術(shù)表現(xiàn)多樣化成果，從而激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新能力，培養(yǎng)學(xué)生善于運(yùn)用技術(shù)解決問題的能力，增強(qiáng)駕馭復(fù)雜信息、進(jìn)行建模與計(jì)算的能力，從而支持深度學(xué)習(xí)的發(fā)生。

在STEM中，有必要強(qiáng)調(diào)S（科學(xué)）不僅是指科學(xué)知識，更包含科學(xué)方法和科學(xué)精神。為什么這么說呢？一方面是因?yàn)閭鹘y(tǒng)教育以傳授知識為主，很多人容易把科學(xué)理解為科學(xué)知識，這樣容易評測；另一方面科學(xué)知識本身是不斷被更新淘汰的，而科學(xué)的方法和科學(xué)精神是推導(dǎo)科學(xué)發(fā)展的動(dòng)力。

例如古埃及的天文學(xué)家托勒密（約90—168，C. Ptolemaeus）提出了地心說；哥白尼（N.Copernicus,1473—1543，波蘭）在天文觀測的基礎(chǔ)上提出了“日心說”；近代人類則發(fā)現(xiàn)宇宙還在膨脹之中……如果問宇宙的中心在哪里？一千年前的標(biāo)準(zhǔn)答案是“地球”，三百年前的標(biāo)準(zhǔn)答案是“太陽”，而現(xiàn)在的答案是不知道。實(shí)際上，我們對宇宙的認(rèn)識，正是人類對絕大部分未知世界認(rèn)識的一個(gè)縮影。

從這個(gè)例子中可以看出：人類的認(rèn)識是在不斷前進(jìn)的。因此，通過STEM教育，不僅讓學(xué)生掌握知識，更重要的是學(xué)會(huì)處理問題的方法和探索精神，未來才能更好地探索未知世界，為國家為社會(huì)做出更大的貢獻(xiàn)。

近年來，深圳在信息化教育、STEM教育、創(chuàng)客教育等方面進(jìn)行了大量探索嘗試，一大批基礎(chǔ)教育的教師在教育實(shí)踐中設(shè)計(jì)了生動(dòng)有趣的STEM課程，本書就是他們成果的總結(jié)。

本書聚焦于一個(gè)個(gè)具體的STEM項(xiàng)目，包括了STEM目標(biāo)、任務(wù)（背景、需求）、設(shè)計(jì)（設(shè)計(jì)思想、流程設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)）、制作（工具材料、步驟）、評價(jià)（美觀、合作、動(dòng)手能力）、拓展（知識拓展、職業(yè)拓展）等環(huán)節(jié)。采用情景導(dǎo)入的方式，讓學(xué)生感到親切自然；思維導(dǎo)圖的應(yīng)用讓學(xué)生了解不同環(huán)節(jié)的關(guān)聯(lián)；采用身邊簡單、容易獲取的工具和材料，不受地域和條件的限制；設(shè)計(jì)和制作環(huán)節(jié)是認(rèn)知建構(gòu)的過程，通過設(shè)計(jì)促進(jìn)知識的融合與遷移運(yùn)用；設(shè)計(jì)出的創(chuàng)意作品是學(xué)生獲得成就感的重要方式，也是維持和激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)、保持好奇心的重要途徑；評價(jià)環(huán)節(jié)考察了團(tuán)隊(duì)合作、美觀等因素，引入了人文藝術(shù)（Arts），實(shí)際上已經(jīng)從STEM擴(kuò)展到STEAM；拓展環(huán)節(jié)很有特色，讓學(xué)生了解不同的行業(yè)特點(diǎn)。

當(dāng)然，STEM教育在國內(nèi)還處于探索、整合階段，本書只是體現(xiàn)了作者對STEM教學(xué)的理解，課程的設(shè)計(jì)總體來說內(nèi)容略顯單薄，還有很多提高改進(jìn)之處，部分案例似乎不用數(shù)學(xué)也能處理。總而言之，開展STEM（以及未來的STEM+）教育，除了傳授知識，更注重讓學(xué)生了解在科學(xué)知識背后的探尋過程和方法，是極有意義的嘗試。

高云峰

寫于清華園

（高云峰，博士，碩士生導(dǎo)師，清華大學(xué)航天航空學(xué)院教授，力學(xué)專家，中國力學(xué)會(huì)理事，青少年科普教育專家。）