互联网时代的STEAM教育应用反思与创新之路

  2.缺少融合的教育资源
  要实现学习方式的根本转变， 需要建立提供学习质量的条件保障，核心是资源建设。 [20]但在我国基础教育课程体系中，理科课程缺乏整合性和现实性，使得学生习得的知识处于高度碎片化状态； 当下的STEAM 教育缺乏与具体学科的融合，既有的课程资源零散且不规范， 分学科的设计思路仍较多地局限于各自领域范围，难以形成科学、完善的课程资源体系。 STEAM 教育如何将信息技术、通用技术和其它学 科 课 程 对 接 融 合 ， 执 行 起 来 难 度 较 大 ； 同 时STEAM 课程发展缓慢， 既有的课程仍以知识为核心，课程整合理念的接受度不高， 整体理念亟待加强。因此，STEAM 资源建设应采用多元化的建设方式及智能化的建设技术， 以问题为中心， 从科学情境、工业情境及生活情境出发，开发多种类课程，并辅以 3D 技术、机器人、电子课本等教学材料；同时和拓展型课程、 研究型课程 对接， 将 企 业 的 资 源 和STEAM 学校教育资源有机结合，多角度开展创新创造，为 不同学习风 格的学习者 提供不 同 的 学 习 资源。[21]

  3.专业师资及培养机制匮乏

  STEAM 教育的核心是培养创新 能力的综合 性人才，但目前我国的学校教育基本是按照学科分类、以学科为独立的知识体系， 这种以知识获取为核心的分科式科技教育模式， 为我国培养了大量知识面广、基础扎实的人才，但不利于创新型人才的培养，致使适应国家创新形势、具有教育创新理念、教学应用丰富多样的 STEAM 教育人才稀缺。 此外，STEAM课程讲授难度较大， 需要教师有较强的学科知识储备，具备较高的创新、实践能力、人文艺术素养及多元智能；需要定期接受培训，掌握新的知识与技能，并具备多种学科整合的能力， 了解领域最新的发展趋势。但目前的技术教师多数仅仅具备 STEAM 教育的某一方面或几方面， 致使 STEAM 师资力量欠缺，因此，STEAM 教育需要建立长效师资培养机制，以持续培养具备学科综合能力的师资队伍，构建以“跨学科、高技术”为主要特征的创新型人才培养与发展机制，培养学习者跨学科综合知识应用能力、创造力和创新能力。 [22]

  4.资金及硬件设施不足

  当下，以物联网、云计算、大数据等为代表的新一代信息技术的快速发展， 正在将教育信息化推向一个新的高度。 [23]智慧教学应以智慧学习环境为技术支撑、以智慧学习为基石，智慧学习环境需要硬件设备和软件环境两个层面的支持。 [24]为实现创新型人才培养，STEAM 教育应增加项目式体验教学，建立实验室、研创室、创新平台等硬件条件，满足学习者多样化学习的需求，培养其科学素养和创新精神；同时，提供开放、共 享、立体、云中 心的智慧学 习平台、创新评价平台、学习空间等硬件平台，实现教育创新和大众创新。 此外，通过体感技术、机器人技术、3D 技术、增强现实等技术支持，以创设虚实一体、虚实融合的教学情境，实现教学、设计、技术、媒体和商业的融合，开发教育产品，培养学习者跨学科综合知识应用能力、创造力和创新能力。 因此，落实 STEAM教育需要高质量的硬件设备作为支持和保障， 需要大量的资金投入，需要以产学研为目标，通过创新服务平台提供 STEAM 教育课程资源、 学习交流社区、成果作品展示、项目合作等服务。

  （二）反思与对策

  1.制定顶层战略规划

  “互联网＋” 时代技术正催生教育理念、 教育模式、学习行为、认知方式、学习模式等方面的变革。 技术与教育的全面融合需要在课程、资源、教与学、评价等层面进行顶层设计。 如何利用互联网平台和信息通信技术，促进创新创造型人才培养、支持创新型国家建设， 需要与之匹配的知识体系与人才培养方式。 STEAM 教育是变革教育组织形式，培养创新型人才、抢占人才高地的一个核心环节，需要全社会的参与合作。加强 STEAM 教育理论与实践方面的前瞻性研究，制定跨学科综合素质教育发展的政策导向，引导 STEAM 教育的推广和实践，这是“互联网＋”时代教育面临的新机遇和新挑战， 也是广大教育工作者必须探讨、不可回避的重大理论和实践问题。 [25]为此，STEAM 教育需要在以下方面制定实施方案：一是基础教育领域分学段（小学、初中、高中）、分领域建设创新实验室、 为科技素养教育提供先进的课程资源（标准、教材、教具、学具等）、将企业的资源和 STEAM 学校教育资源有机结合，架构具有国际水平的课程标准和框架的系统化顶层设计， 形成实验区或实验学校 STEAM 课程改革的整体方案。 [26]二是培养 STEAM 专业师资、加强对教师跨学科素养的教育和培训，达到理解和掌握 STEAM 理念、熟悉和胜任 STEAM 教学的专业水准。 三是改变评价机制，形成基于真实问题的项目、课程、活动，建立具体实施指南与创新的评价体系。 四是健全创新型人才培养机制、推进教育内容更新、多渠道筹集资金、提供技术支持、跨界融合搭建资源和平台、采用协同创新模式，建立案例分享和课程互换机制，形成成果合作推广平台。 五是定期召开专家研讨和学术交流会议，总结实验区或项目学校的经验， 对优秀的课程、项目、产品进行评估鉴定和认证，逐渐形成 STEAM 研究智库和 STEAM 教育同盟。

  2.与 3D 打印技术携手

  新媒体联盟 《地平线报告》（2014 高等教育版）指出 3D 打印技术对教和学有着较大 的潜在价值。3D 打印技术是一种以三维数字形式立体构造物理对象的快速成型技术， 可以将电脑里的虚拟物品转化成现实真实物品。 3D 打印作为一种学习技术，为教育行业打开了一扇新窗口。 [27]3D 打印技术基 于“设计即生产”理念，通过支持在学习过程中的深度体验与参与，发展学生的创造性思维和跨学科思维，从而构建 Solid learning 教学模式、 创新课程设计。STEAM 教育强调学生的设计能力、批判性思维和解决问题的能力，将 3D 打印技术嵌入 STEAM 课程使知识可视化，催生创客式的教学新样态，培养学生的科技素养和数字素养， 从而为教育科技创新提供平台，实现平面教育到立体教育的转变。 [28]目前，一些国家和机构正积极探索 3D 打印技术和 STEM 教育的融合， 以推动技术驱动教学创新。如，2014 年科技部国家工业设计产业技术创新战略联盟主办的“中国梦：3D STEAM 创新教育研讨会”，重在探索 3D 打印机在教学中的应用；Hod Lipson 的Fab@Home 项目旨在探索 3D 打印技术与小学课程的融合， 通过创设虚拟学习情境增强对数学和科学抽象概念的理解和应用， 促进学生创新能力和动手能力；[29] 美国斯特塔西有限公司推广技术与工程教育的 3D Printing Curriculum STEAM 学习资源包，将3D 打印技术、工程设计、科学、数学、艺术等知识实践相互融合，培养学生问题解决、协作、沟通和批判性思维技能。 此外，3D 打印技术在中小学取得了比较明显的成效，如，SparkTruck 为 STEM 教育计划建造了 3D 打印机、3D 打印机械人 MOBOT 增强 STEM

教 育 、STARBASE Minnesota 项 目 提 供 STEM 训 练等。

  3.与创客教育融合

  近年来，Fab Lab 与 DIY（Do It Yourself）理念与实践在 全球传播， 致 使 Artisan’s Asylum、Mt.Elliott等创客空间不断涌现。 作为教育变革的重要策略和关键技术，创客已被写入 2014 年新媒体联盟《地平线报告》（基础教育版）和（高等教育版），预计在未来五年其将对全球教育改革与发展产生重要影响。 [30]创客教育是基于真实的工程问题解决， 能够有效改变学生在 STEAM 中习得的内容和学习的方式；[31]通过“创客”活动和课程，让学生们接触最前沿的技术，培养其创新力、批判性思维、问题解决与协同合作能力。 当前，越来越多的教育工作者开始关注 STEAM教育和创客教育，其实，创客教育是实施 STEM 教育的一种重要方式，创客教育中自然发生着 STEAM 教育。[32]STEAM 教育与创客教育的融合，将全面推动学生创新能力、高阶思维能力的培养，发展高级技能，建立与现实生活的连接，弥补工程教育的不足。 [33]创客具有的知识共享机制、情景化传播手段、游戏型学习方式，可以为学习者提供适时、适地、适当的学习服务，实现无缝化按需学习，[34]尤其是创建实验实践、网络社区等应用平台，有利于创新应用型人才的培养，解决创客时代创业、就业及创新等问题。[35]创客利用信息技术、开源软件、新型生产工具、3D 打印机及各种桌面加工设备， 转向了一种以用户为中心，共同创新的全新的技术创新模式。 从 2007 年起，全球各地共成立了 2000 多个创客空间，如温州中学的 DF创客 空 间 （Dream Factory & Driving the Future），给学习者提供了 3D 打印机、 学习套件等材料，提供了演讲、Workshop 及 Makerfaire 等活动，通过成立科技制作社，开设“机器人制作”“创意电子”等校本课程， 有效满足了有创新想法且爱好动手的学生需求，打造出教育生态下工作坊式“梦想课堂”。 [36]4.创建创新实验室物联网、 云计算和大数据等新一代信息技术的发展，推动了创新 2.0 模式的发展和演变，致使 Living Lab（生活实验室、体验实验区）、Fab Lab（个人制造实验室、创客）等创新实验室不断涌现。 创新实验室是基于科学和设计的开放式问题， 遵循学习者的差异化学习过程，利用 3D 打印等技术强化协作和创造性地解决问题。 [37]2015 年“STEAM 教育与创新实验室建设”研讨活动召开，同时高校的创新实验室建设也在不断推进中，如，麻省理工学院的媒体实验室（MIT Media Lab），致力 于科学、多媒 体、技术、艺术及设计等领域成果转化的研究，鼓励打破学科界限，实现不同研究领域的融合； 加州大学伯克利分校的发明实验室， 旨在教授交互式产品设计和原型设计方面的工程及新媒体课程， 利用开源软硬件搭建产品原型，快速实现创意；国内也创立了如武汉大学的电气实践与创新开放实验室、 云南大学无线创新实验室、湖南工业大学的创新设计室验室等创新实验室。创新教育带动了 3D 创新实验室热潮， 通过 3D设计软件和 3D 打印机操作，创意可以快速从概念变成真实，锻炼了学生的空间思维和创造力思维。 与此同时，一些公司企业也纷纷创建创新实验室，如，火柴人创新实验室，运用动手体验式教学方法，培养学生的创新意识和对科学知识的追求探索精神， 锻炼领导与团队合作能力， 为广大中小学提供物联网教育平台；2008 年成立的“比特实验室”是中国首家物联网与 STEM 创新教育融合的实验室， 采用了国际领先的物联网传感电子技术和最具创意的想象力和创造力的培养模式，把科学和艺术紧密联系在一起，锻炼学生的语数外能力和动手创造力，目前，已覆盖全国 20 个省份 300 所学校；深圳德普施科技有限公司的“机器人创新实验室”是学校素质教育基地的重要组成部分。

  5.搭建电子书包平台

  电 子 书 包 是 一 款 致 力 于 提 高 学 生 课 堂 学 习 效率，培养自主学习能力，提高探究性学习的新技术产品。 [38]一方面，电子书包通过增强现实技术的多媒体仿真功能， 模拟真实的自然现象， 建立虚拟学习环境，并提供人 机交互和 参数控制，培 养学生积极 参与、不断探索的精神和科学研究方法，实现个性化、探究性、社会化、情境化、游戏化、自组织、深度的学习，转变教与学方式；[39]另一方面，电子书包通过主动认知加工将信息转化为知识，促进学习者高阶思维发展。 作为个人学习平台，电子书包具有的海量资源、结构化知识及随时接入网络的功能为学习者带来学习支持，其优化组合的效果全方位地满足了学习者的需要。电子书包通过教具和学具的有机结合， 展开互动性教学，并以平板电脑为应用终端，通过云资源平台，借助覆盖全学科的电子教材、辅助资料、教学工具和个性化的教学应用软件，提供了课前、课中、课后各环节服务；呈现了新技术、新媒体和新实践带动教育理念变革，目前，已广泛应用在中小学的语文、自然、地理等学科教学中，对培养学生的创造性思维及高阶思维、 培养创新型人才提供了重要的基础和保障，这一点和 STEAM 教育一脉相承。因此，以云服务终端应用为核心的电子书包将成为主要学具，未来 STEAM 教育应用研究将基于电子书包平台，融入“3D 打印技术”，进行理论、技术与应用的协同推进，关注顶层设计。STEAM 教育 提 供 了 较 好 的 课 程 改 革 视 角，目前， 以 STEAM 模型为基础的综合技术教育转向，正逐渐在世界技术教育界流行。 毫无疑问，“创新”已成为我们所处时代的主旋律， 要实现教育为时代育人的使命， 就需要积极吸纳包括 STEM 教育在内的世界各国优秀科技教育经验。 [40]STEAM 强调学科之间的交叉融合及关联，这种多学科交叉融合付诸教育实践的思考与尝试，体现了素质教育创新与实践的理念。 因此，在第三次工业革命来临之际，探讨“互联网+”支持下的创客空间、STEAM 教育、3D 打印教育应用等新教育模式的融合发展， 将成为智慧教育时代推动教育变革的重要利器， 进而有效地促进教育改革和科技创新。
 

[1]李睿.支持美国科学教育发展的新技术———基于《2012-2017科学教育技术前瞻》分析[J]．远程教育杂志，2013（3）：30-36．

[2]李小涛，高海燕，邹佳人，万昆．“互联网 +”背景下的 STEAM教育到创客教育之变迁———从基于项目的学习到创新能力的培养[J]．远程教育杂志，2016（1）：28-36．