A-STEM:推动中国STEAM教育的理论与实践

（一）A-STEM的内涵

随着人们对STEM教育理解的不断深入，其名称和内涵也在不断地发生变化。在STEM教育的基础上后来增加了art(艺术／人文），即STEAM,强调了学习者对人文科学和社会科学的关注与重视。在教学实践中，具体表现为在教学中增加科学、技术或工程的相关发展历史（storyline);在学生设计作品的评价中，加入审美维度或价值维度的评价，以提高学生作品的艺术性和美感。

后来，美国国家科学委员会认为，光加人art(艺术）是不够的，还需要添加阅读（reading)和写作（writing)中的思维技巧，STEAM又演变成了STREAM.因为，阅读是知识的输入形式，而写作是知识经过思维逻辑的整合、分析和处理之后的输出形式。它本身反映的是一种高水平的学习与创新能力，也是衡量学生学业水平最重要的判断依据和标准之一。可以说，STEM是一种基础，STEM+是其衍生。

A-STEM是STEM基于中国教育实践，并吸收美国STEM教育理念基础上，形成的一种教育理念，它既具备了STEM教育的各种特征，又继承了中国教育的传统特征。概括来讲，A-STEM主要有以下几项特性。

1.以人为本

自古以来，中国社会教育体系本身就是一个“以人为本”的价值观体系。学校本身也是个小社会，学生在这个“小社会”生活中，完成了一个从自然人到社会人的过程。但是，我国早期的学校教育大多是以知识本位，把学生当作“容器”，学校只是尽可能给学生灌输更多的知识。在20世纪90年代，教育价值由知识本位向能力本位转移。学生就像“机器”，注重培养学生的各种能力，学会解决各种问题。但是，无论是“容器”还是“机器”，学校都没有把学生当成一个活生生的人，忽视了对学生关于公民意识、生活、情感、交往、思维、人文等基本属性的培养。

这也正是A-STEM更加强调“以人为本”教育价值观的社会背景。A-STEM教育理念是时代发展的产物，主张把学生放在第一位，以学生作为教育教学的出发点，顺应学生的禀赋，提升学生的潜能，完整而全面地促进学生的发展。在教学过程中，重视学生个性差异，因材施教，保护学生的求知欲，顺势引导，树立学生的主体意识。

那么，在具体的教育实践中，如何贯彻实践A-STEM的教育理念呢？

（1）注重学生个性差异，因材施教。应试教育下的教学非常容易忽视个性、过分统一化，压抑了学生的个性发展，对学生的成长十分不利。A-STEM教育理念体现在实践操作过程中，体现自己独特的领悟和思考，注重作品的差异性，更加重视学生的个性差异，因材施教，挖掘学生的潜能。
  （2)注重学生的求知欲，顺势引导。在学生丰富多彩的天性中，好奇心、求知欲十分强烈。学生的这种求知愿望会在良好的环境和适当的教育下得到强化。A-STEM教育理念下的课程教学，在开始便需要提出问题或设立相应的情境，激发学生的好奇心，并积极加以引导，由问题来驱动，让学生积极去思考和学习。
  （3)注重激发学生的主体意识。在传统的教育理念和体制下，学生们习惯于把教师视为至高无上的权威，教师的话就是圣旨，毫无批判地全盘接受，学生没有自我主体意识，更谈不上发挥主体性作用了。在A-STEM教育理念中，就是要培养学生的主体意识，变被动的“要我学”为主动的“我要学”，从单纯的学知识到自觉主动地掌握知识。使教学过程变成了师生交流、互动、共同成长的双向过程。教师在教学中，要更加注对学生的指导和引导。在课堂教学中，应先让学生讲述所了解的知识和经验，同学之间相互补充。接着，教师再纠正错误、补充说明、答疑解惑等。或者是教师设置情景或现场教学，让学生积极参加，师生互动，使学生在实践中不知不觉掌握所学知识。
   2.以传统为基石
   A-STEM教育是在国内原有STEAM的基础上，把A放在前面，更加强调了A的特性，即人文的价值和内涵。以传统为基，意味着STEAM教育的实践可以建立在中国文化活动和知识遗产之上，意味着抓住中国教育教学传统的特色，意味着在教育建构的过程中，体现中国教育传统“立德树人”的核心理念。中国是以人文见长的社会，人文教育又是以德性教育为根。“格物、致知、修身、齐家、平天下”，中国传统社会是从治国理念的高度体现道德教育。中国古代传统教育的形式多样，层层递进，并构成了一个完整体系。

家庭教育是道德教育的开始，重视家庭教育，从小教会子女做人的规矩，也为社会大众提供了可以共同遵守的道德观。学校教育是家庭教育的延续，《大学》中说，“大学之道，在明明德，在亲民，在止于至善”。社会教育是家庭教育的扩展，中国古代的文艺作品，音乐、歌舞、戏剧、诗词等，无不以宣扬道德、塑造典范为主要内容，这样也使社会正气上升。在科学迅猛发展的今天，网际网络渗透到人生活中的方方面面，社会教育对人的价值观更是有着潜移默化的深远影响。中国的传统教育与A-STEM教育是不相冲突的，且在许多方面可以相辅相成。中国传统教育有以下特点。
  （1)传统教育在学制上，分为蒙学、小学和大学三个主要阶段。蒙学为0岁至7岁，偏重语言、思维、社会化、生活习惯的养成等；小学为7岁至15岁，偏重文字、经典、立志和身心健康，目标是“成人”；大学为15岁至终身，偏重专业学习和未知领域的探索，强调践行理想。这种模式与A-STEM教育培养的目标不谋而合。
  （2)在教学内容上，中国传统教育规定性学习和建构式学习并举。“师法（专业化的标准教育）”和“家法（基于专业研究的个性化探索）”的分化，在继承传统的基础上激活更多领域的创新发展。A-STEM教育可以抓住中国在科学发展史上的独特创新来进行设计，比如“二十四节气”“传统节日”“传统活动”“传统制作”等来开展。

（3)在教育教学方法上，A-STEM教育也可以吸收中国教育传统中的优秀方法。例如注重启发诱导、亲身实践，言传身教。孔子说：“不愤不启，不悱不发，举一隅不以三隅反，则不复也。”孔子在长期的教育实践中，以身垂范，时时处处以自己高尚的德性品行向学生们示范，以自己真诚坦荡的人格魅力熏染学生。

（4)注重因材施教，同时注重学习主体的主观作用。“师父领进门，修行在个人”的说法，明确体现了中国方法对学习者自身学习需求的充分尊重。为此，因材施教、教学相长、强调思考质疑、主张知行合一等原则，在教育界深入人心。

（5)注重人格的培养。教育的最终目的是启迪心灵和塑造德性。在具体方法上，古代学者先后提出了慎独法、格物致知、知行合一等方法，其目的是希望人们通过学习实践到达至善的境界。

3.以未来为指向

未来教育面向的是学生的全面发展。未来的学校教育将更加强调核心素养的塑造——21世纪核心能力，就是学会面对复杂情境下解决问题的能力，以及面对高速发展的信息社会的适应能力。而A-STEM教育为未来教育提供了一个很好的途径，去实现学习共同体。同时A-STEM教育也为未来教育提供了一个很好的方案，将教育和现代技术、大数据等融合在一起。

科学最核心的是科学思维，技术最核心的是计算思维，工程最核心的是工程思维，数学最核心的是数学思维。要发展学生的核心素养，教学最核心的是训练思维，A-STEM最重要的是引导学生去思考、去设计。A-STEM教育的重要意义在于：一是内在动机的激发；二是经过认知冲突，要有矛盾，才能去思考；三是自主建构。

A-STEM课程围绕着核心素养整合内容，有学科的核心概念，有跨学科的核心概念，还有工程实践，用核心概念整合内容，基于学习进阶，并确定年级分布。A-STEM教育所设计的核心概念，都是能够和孩子们所学的课程联系在一起的。我们培养孩子使他们能够和他所学的核心概念联系起来，且适合他的认知水平，可以有计划、有步骤地提高学生的综合能力。这些能力的培养，都是为了使学生们能够面对未来的挑战，适应未来的生活。
（二）A-STEM课堂样例和课堂实录

“战疫中的口罩”A-STEM主题单元学习活动设计

一、学习者及任务分析

教育即生活。在当前全人类面对“COVID-19”传染病防控中，眼前正在发生的一切，就是一本生动而深刻的教科书。口罩成为必需品进人学生视野，口罩引发的事件中也包含着吸引学生学习的动机资源。

“战疫中的口罩”主题以下可以分解为很多个小议题。“角色扮演活动”可以在各个年级进行；“自制功能型口罩”适合初中学生学习。低年级学生可进行口罩的简单制作、设计和未来口罩的设想等。本单元计划用2-5个课时完成。

二、学习活动设计

（一）情境引入

2020年新年伊始，新型冠状病毒来势汹汹，迅速传播到全球，夺去很多人生命，也打乱了人们的正常生活。病毒学家迅速研究、分析新冠病毒的特点、传播途径，提出戴口罩是疫情突发时能快速得到应有防护的有效措施之一，口罩成了我们不可或缺的战疫武器，因此研究主题确定为“战疫中的口罩”。

（二）项目确立

口罩战疫开始了！面对疫情，我们可能会遇到什么问题？该如何解决？作为社会一分子的我，又能做些什么呢？

角色扮演、头脑风暴：政府决策者、流行病学专家、企业家、社区工作者、学生、老师、海外华侨、留学生、志愿者、科技工作者、世卫组织专家、红十字会负责人......

从病毒学家研究口罩对战疫的作用，到政府决策者如何科学决策“口罩令”，从决策到实施，还需要保障来源、调控市场、对接供求、正确使用、场顾着口罩的足迹，进行科学的分析和思考。学生可以任何一个角色参与到疫情防控这场战役中，多视角看世界，设身处地思考，对社会的认识会迅速提升。
  （三）活动探索
    学生可以自主选择“战疫中的口罩”主题下的任何一个小议题，分小组讨论各个角色应思考的问题。
    各组首先依据项目背景进行分析，列出需要解决的问题，并尝试通过思维导图梳理、整合并利用已有的、跨学科知识或经验去探索。教师引导学生分析问题、发散思维，促进学生分析问题能力的提升。例如“自制功能型口罩”。
    1.研究问题
    了解病毒的大小以及传播途径，了解口罩的结构、材料的性质、功能和防护需求，分析需要解决的问题，并进行如下梳理（图1)。

图1“自制功能型口罩”问题解决思路梳理
2.开发可能的解决方案

头脑风暴，每组至少创建一个口罩设计草图、裁剪图。教师应鼓励学生发挥创造力，考虑尽可能多的方法。
3.选择一个具有可行性的方案
在生成多个设计草图后，小组讨论每个设计的利弊，包括材料的选择与材料的数量等，确定最佳方案，教师适当提供指导和帮助，画出口罩裁剪图。
4.选择合适的材料
根据要求选择合适的材料，必要时准备材料的替代品，包括材料的消毒。
5.构建原型
制作口罩产品。由于没有机器设备，手工制作，需要进行工艺指导，给学生充足的时间裁剪、缝制。
6.测试与评估
  （1)测试方法。没有专业的测试设备，需要运用所学知识进行问题解决。了解现有的器材和目标的功能测试需求，运用所学科学知识，采用模拟法、转化法、控制变量法和对比的方法进行通气阻力检测实验研究和结果评估。这是一个创造性解决问题、工程技术设计的过程。教师提供指导和帮助。测试方法的设计思路和实验装置如图2、图3。

图2 口罩通气阻力实验检测                         图3 口罩阻力检测实验装置

（2)评价指标。师生共同讨论，确定“自制功能型口罩”的评价指标，如表1.

表1 口罩评价指标

（3）评价方法。采用与其他口罩对比的方法，对自制口罩质量进行评估、分析。

在此环节，师生围绕项目主题共同建立评价标准，列出哪些是需要的，哪些是不需要的，教师不能越俎代庖，恰到好处地帮学生调整设计标准（难度）即可。

7.改进（再设计＋再测试）

小组之间分享设计和测试的结果。如果没有达到预期效果，吸气（呼气）阻力偏大或偏小，需要思考使用这样的口罩后可能的影响是什么？如何改进？这样的口罩适合用在哪些场合？

8.成果分享

师生依据共同建立的评价标准对各组设计制作的成果进行分享、交流、评价，提出建议，可以进一步研究细菌过滤效率、PM2s等其他指标的实验检测。
最后呈现一个口罩产品和使用说明书（功能描述、适用场合建议、正确使用方法
注意事项等）。
   各小组结合评价意见撰写项目报告。教师最后进行归纳总结，并引导学生基于现有的问题解决，提出未来进一步的拓展设想和改进方向、措施。
（四）总结反思
  “战疫中的口罩”是一个跨学科主题单元，将口罩令依据、口罩令决策、保障实施、安全使用等环节分解成更多更细小的议题，从而形成抗疫教学大单元的整体结构和主题序列。
   本项目中的“角色扮演活动”，使学生初步尝试社会参与，进行理性思维和人文情怀等核心素养的培养；“自制功能型口罩”能培养学生勇于探究的精神，锻炼工程设计能力，培养学以致用的问题解决能力，较好地体验人文、科学、数学、工程、技术的融合应用。本项目中涉及的科学知识、原理有：关于病毒和传染病、压强、过滤、流体力学等知识，模拟法、转化法、控制变量、对照实验、数据分析、实证、思辨、理性思维等科学思维方法，信息技术、工程设计技术以及健康生活观念、科学决策能力，领悟人与自然、人与人、个人与国家、国家与国家之间的相互影响关系。
《                    神奇的纸》教学设计与反思
【设计背景】
  “神奇的纸”是小学科学教科版二年级上册《材料》单元的第4课。教学以纸为载体，通过改造一张纸，为后续交流纸的变化以及在生活中的应用打下基础。在A-STEM理念指导下，通过比较和体验纸改造前后性能的变化，激发学生继续改造材料、发现材料性能的探究欲望，帮助学生运用多学科知识解决实际问题，促进科学素养的发展。
【设计思路】

基于情境创设 引发认知冲突

基于问题驱动产生科学概念

整合科学知识 引导探究活动

真实问题解决 体会认识视角

结果检验修正 强化科学概念

【教学目标】

A(人文），美化桥梁，体现审美能力；小组之间交流协作体现沟通和合作能力。

S(科学）：材料经过加工、改造、优化后性能会发生改变；性能得到改变与优化的材料制作一定功能的物品。

T(技术）：能对普通的纸进行简单的加工与改造，制作瓦楞纸。

E(工程）：通过加工改造的纸，建造的“纸桥”，具有一定的承重力。

M(数学）：折叠次数与承重能力的关系。

【教学过程】

（一）情境创设，激发兴趣

老师（以下简称“师”）：老师手上有一张普通的A4纸，想用它建造一座桥，彩色磁铁扣代表车辆，好，现在搭建完毕，车辆上桥！

演示：很遗憾......车辆坠落了，那老师这样折叠一次会怎么样呢？

演示：可以承载2颗磁铁扣，比之前的“桥”承载的多了！

尽可能折叠这张纸，能放多少磁铁扣呢？把折叠次数和能承载磁铁扣的数量记录下来！（视频播放挑战步骤、明确记录单填写要求）

学生（以下简称“生”）：观看折叠步骤、开始分组实验、记录实验单。

（二）活动探究，获得新知

在此环节组织学生进行折叠承重的活动探究，培养学生动手能力以及探究能力，在小组的分工合作中，也培养了学生的沟通协作能力，增强团队精神。并且对于没有经过折纸训练的学生，折叠有一定难度，需要教师通过示范和指导，引导学生折出符合实验要求、便于实验操作的瓦楞状纸，为接下来的活动做铺垫。

（三）问题驱动，主动建构

通过连续性的问题驱动，让学生主动构建关于瓦楞纸特性的科学知识，从认识瓦楞结构，再到改造瓦楞结构成为桥梁的过程中，培养学生工程学思维。

教学过程如下。
【问题1】师：通过“纸桥”挑战，你发现了什么？
【同题展示汇报纸桥挑战记录单。回答出“折叠3次，放5颗；折查次，
颗......”。通过折叠纸张变得坚固了！承重能力变强了！
【问题2】师：为什么承重能力变强了呢？
【问题3】师：仔细观察，折叠后，纸的侧面是什么形状？结合多媒体展示，通过直观形象的瓦楞纸形状图片对瓦楞纸下定义，即我们把这种侧面呈连续的M形折叠出来的纸叫瓦楞状纸。
【问题4】师：学习了“瓦楞纸”后，你能解释为什么承重能力强了吗？瓦楞状是否和承重能力有关系呢？
生：小组讨论交流回答。
小结：①瓦楞状越多、承重能力越强；②通过折叠，改变纸的形状，改变了纸的
性能。
师：我们把普通纸折叠成瓦楞纸，纸的承重能力增强了！改变形状后，拥有了
神奇的本领－承重能力强（板贴），瓦楞纸除了承重能力强，还有其他神奇的本
领吗？
请拿出普通纸和瓦楞纸分别放在桌面上，两只手同时按一按，按的时候仔细观察两种纸的变化，用手感受两者的区别。
学生会发现瓦楞纸新的特性不仅承重能力强，还有弹性。
【问题5】师：回到我们的“纸桥”上来，如果你设计的桥这样的凹凸不平，车辆能否正常行驶呀？是不是得把轮胎扎破了呀？那你能否继续改造优化一下，让桥面变得平整呢？
生：在瓦楞纸上下加上新的平整的纸张进行改造。
【问题6】师：优化后的桥（举起来展示），这种结构你是否在生活中见过呢？好熟悉呀！（适时拿出瓦楞纸箱）。
在此环节，改造后的桥梁形状，引发学生的已有经验，基于学生的已有经验以及教师的引导，形象直观，学生自主回答出生活照中常见的瓦楞纸箱，培养了学生对比分析的能力。
（四）讨论交流，迁移应用
此环节在认识瓦楞纸的基础上，分析生活中的物品运用了瓦楞状纸的什么特性，描述这个特征会使物品具有什么优点。启发学生学会观察生活中更多的材料经过精工改造具备新的性能的事例，尝试多角度、多方式地认识材料，并帮助学生整合对瓦楞状纸零散的认识，让学生主动构建完整的知识体系，使学生从全新角度认识到材料特点性能决定材料用途。最后通过布置课后拓展性科学实践任务，将科学实践引向课外，发展加工、认识材料的兴趣。教学过程如下：
师：现在老师发放给你一个纸板，请你快速的解剖它！找到瓦楞结构！

生：小组合作探究，共同寻找瓦楞结构。

师：你能说一说瓦楞纸箱在生活中有哪些用处？

生：回答生活照的瓦楞纸用途。（快递箱子、鸡蛋纸托、包装盒）

师：纸通过折叠加工改造，改变了形状，改变性能。那么除了纸，对于其他材料是否也能通过加工改造使其性能发生变化呢？

多媒体展示：加工再造后的不同物品。

生：例如板凳上的三角形结构使板凳更加坚固，房子的三角形房顶也使房屋更加

牢固。

师：今天到这里已经接近尾声了，你今天学到了什么？

生：回答今天的收获。

师：今天，我们用折叠的方法加工改造了纸，发现纸产生了这么多神奇的功能。我们对材料进行改造优化，使材料的性能发生了变化，让我们的生活也更加便利。那老师考考你们，你能运用今天的知识让老师手中的小纸条变硬吗？

生：迅速将纸条折叠。

师：看来同学们掌握得很好！除了同学们刚才说的折叠方法，如果在纸上刷油会出现怎样的效果呢？请同学们课后做一做，将自己的发现记录在活动手册上。

【教学反思】

A-STEM理念指导下的“神奇的纸”一课，以纸为载体，设置了“纸桥挑战”项目，让学生在真实情境中学习，通过问题驱动，在一次次探究改造中，运用到了科学、数学、工程学等学科知识整合，自然而然培养了学生工程思维和创新能力，注重培养学生的跨学科整合能力、科学探究和创新精神，并发展其科学素养。