为了能够认识世界、改造世界，创造更多价值，我们需要不断地学习知识。学习知识的过程就像累积沙土建筑为城堡的过程，这个过程需要涂抹“胶水”，将各个细小的沙砾凝聚在一起，才能使城堡更加坚固。同样，知识若没有“胶水”，就会像一盘散沙，没有多少联系。这个“胶水”就是STEM教育，它将散碎的、各学科的知识贯穿起来，和真实世界发生联系。

    张逸中 上海STEM云中心主任，美国ACM计算机协会专家，IEEE国际电子与电器协会专家，ACM SIGMICRO、SIGBED特别组成员。深耕STEM教育十多年，致力于STEM教育本土化工作。现就职于华东师范大学计算机理论研究所和高可信软件技术教育部重点实验室。

    一、学习：不只是记住一些“符号”
    在幼儿时期，孩子学习知识与真实世界处于紧密联系的状态。因为那时孩子的学习与视觉、听觉、触觉等自我感知是紧密相连的，比如，通过触觉来感知世界，通过视觉来认识动植物，等等。再比如幼儿园时期玩的“过家家”，其实就是在模拟真实世界的环境，孩子们通过如爸爸、妈妈、小孩等角色扮演，认识到自己是可独立的个体。
    进入小学之后，知识的学习与世界的联系就开始慢慢脱节了。在传统应试教育如语文、数学、外语等分科的学习方法中，一开始学习比较浅的时候，这种脱节还不是很严重；等到了高中再深入些的时候，分科的教学模式让知识变得更加零散，更加脱离现实，各学科之间的关系以及知识与真实世界的联系，便会让我们觉得很陌生。
    随着学习阶段不断地向前推进，知识堆积得越来越高，然而我们并不知道这些知识有什么用，也不知道什么时候有用。小学时想，到了高中这些知识就用得上了；到了高中，想着这些知识在大学就能用得上了；到了大学，发现还有更多的知识要去学习。这种学习方式营造了一种需不断大量学习知识的氛围，然而它们在实际生活中的运用却少得可怜，学习变成了记忆“符号”的过程，知识显得“毫无用处”。
    此外，为了改变传统的教学方式，提高学生动手能力，我们引入了劳技课、通用技术课等。然而这类课程的动手实践环节与知识的联系甚少。不管是STEM教育，还是创客教育，都不仅仅是为了动手，而是希望学生掌握更好的方法，以更好的方式做出更棒的“产品”，解决生活的实际问题。

    二、联系真实的生活世界

    为了让知识和真实世界发生联系，为了提高学生运用、转化、迁移知识的能力，STEM教育将这些学科有机地融合为一个整体，将所学到的各学科知识、机械的学习过程转变成一个探究事物之间相互的、不同联系的过程，从而解决生活的实际问题。
    STEM教育的重点，不是要鼓励人们尽可能多地获取学科知识，而是要掌握各学科素养，并内化为自身的创新能力。知识的学习固然需要不断地积累，使其越发“扎实”，然而这种扎实不是堆积，而是由点到线到面的联系。STEM教育更像是方法论，面向各个年龄段，使学生真正做到触类旁通、举一反三。
    反观当下这个时代，知识不断地在更新，时代也在快速地发展变化。例如，谷歌推出了“Translate”应用，当你在某处看到不认识的标志时，拿起手机，按下应用中的相机按钮，就能看到带有增强显示效果的即时翻译了。那么我们在以后出门旅游的时候，只要下载一个App就行了。主持天气预报的微软“小冰”，前段时间的AlphaGo……人工智能时代的到来，将会使人类社会发生巨大的变化。像翻译、律师、记者、银行交易员等职业，在不久的将来都可能会消失，机器将会取代这些工作。那么，面对未来未知的世界，我们人类将如何在这个世界立足，人类的意义又会体现在哪里？
    面对未来强大的人工智能和未知的世界，我们唯有不断提高自身的创新能力，才能确保不被时代淘汰。STEM教育除了让学生掌握运用、转化、迁移知识的能力之外，更重要的一点在于它会让学生知道自己不知道什么，教会学生运用各种工具，让学习真实地发生。那么，面对未来未知的世界，我们便可以轻松且坦然地面对。

    三、在动手动脑的环境中学习
    STEM教育的实施，会是一个全新的挑战，但它也是非常朴实的教育。针对STEM教育的实施，需要从课程设计、师资培养、STEM创新空间的建设等方面，为学生创设动手动脑的学习环境。
    ○课程设计
    主题多样化
    教师在设计STEM课题的时候，主题的选择可以多种多样，但是需要结合当今社会的前沿议题，如物联网、生态环境等领域的议题，让学生和这个时代紧密相连。
    内容生活化
    太过虚幻的主题不利于学生理解知识、掌握方法，反而会让学生对学习失去兴趣。而生活化的主题不仅可以激发学生的探索兴趣，更可以让学生真实地认识世界。
    教学方式的突破
    在实施STEM课程时，一定要紧扣STEM课程的内涵，要允许学生犯错，并且把学生犯错当作STEM课程中重要的一环。
    例如《纸电路》这门课程让学生用电池、LED小灯、铜箔胶带、导电墨水等材料搭建电路，围绕电路的不同搭建方式以及如何使纸电路来实现完美的发光效果等进行探究，制作出更具艺术气息和生活紧密相关的贺卡、艺术展示品等。
    我们在STEM教学中，让学生自己去探索；在探索的过程中，学生自己会解析出一套方法。之后，教师再告诉他们相应的电学理论知识。这样，学生对所学知识的理解就会过目不忘，知识、知识背后的现象，以及知识的实际使用，都不再是简单的符号，而是有机地联系到了一起。
    不同学龄段课程，定性与定量不同
    定性是指判断类的，如加热石头，石头会发烫。定量是指“多少”，如石头加热多久，温度能达到多少度。小学的课程要多联系生活，研究的问题小而巧，以定性为主；初中的课程应以定性为主，定量为辅；高中的课程则以定量为主，定性为辅。
    ○师资培养
    STEM课程专业教师的培养，是目前STEM教育在基层学校开展所遇到的瓶颈之一，如何实现跨学科教育人才的培养，结合工作实践，现给出如下建议：
    对于从事通用技术、信息技术相关教学的教师而言，要理解STEM教育、STEM课程本身的规则与规律，把技术看得轻一些，毕竟技术只是实现想法的手段；对于从事理科类教学的学科教师而言，可以从自身的学科背景切入，深化课堂的深度，理解STEM课程，不用过度追求技术的新颖，毕竟，技术本身不是STEM教育的重点，同时积极寻求理科教师和信息技术教师的帮助，促进课程的实施。
    ○STEM创新空间
    STEM教育需要有课程的支持，也需要有能促进学生动手动脑的活动环境。这种环境可以是专门的STEM创新实验室，也可以是活动组织者根据活动的情况对当前学习环境的改造。
    对于没有条件、没有专用STEM创新实验室的学校，不要局限在固定的教室中，可充分利用学校现有的空间资源来开展STEM课程。以课程实施中不同的环节充分利用学校的各个地方，比如到操场获取植被的生态信息，到图书馆、机房获取电子信息，等等。
    对于有条件的学校，要建设综合性的STEM创新实验室。我们并不建议将空间建设拆成各种功能板块。跨学科的课程很可能在课程的各个环节用到不同功能的教室，因此需要围绕课程内容提供必要的工具和设备，可以根据学校的发展按不同的侧重点进行建设，引进有层次的工具、设备，切莫一味追求高尖端的设备。针对不同的课程难度，围绕课程内容提供相应的、适合的工具，随着课程的推进，项目的难度增加，提供更高难度的工具和设备。在这个过程中，教师和学生应处于同步学习的状态。
    除了上述的课程与环境支持之外，STEM教育还需要一个出口。这个出口不是仅靠考试来体现的，而是通过过程性评价来展现。这种评价是指在STEM课程实施的过程中，教师和学生需要有意识地保留课程中所有的记录、过程、照片等信息，通过多种形式，如海报、展板、电子笔记本等，呈现这个过程。课程也需要有相应的作品呈现：如果是科学类的课程，最好能形成小论文；工程类的则以作品的形式展现。学校还应积极为学生提供竞赛、比赛等平台，如全国青少年创新创业大赛、ISEF（国际科学与工程大奖赛）等，从而培养学生的沟通能力、交际能力、表达能力以及团队协作能力等。

    四、让学习真实地发生

    STEM教育实质是一种非常朴实的教育，但其落地和实施对我们而言是一个全新的挑战，需要我们积极地寻求各方资源，共同努力去改变常规的教学方式。
    古人云，“始生之物，其形必丑”。STEM作为一种新的教育形式，在我国学校实施中还存在这样或那样的问题，甚至出现了把传统技术教育简单“嫁接”为STEM教育的现象。因此，为促进STEM在基层学校中的有效实施，就更需要教育工作者从课程、教师、空间、出口等方面去创设动手动脑的学习环境，把知识与真实的世界相联系，引导学生在动手动脑的过程中，解决问题，感悟和建构知识，    从而让学习真实地发生。