近年,STEAM+D在教育领域中的活跃度大大提高,很多家庭和学校都希望自己的孩子能接受STEAM+D的研究性训练以提高孩子的研究能力、思维能力和动手能力。

在我国的教育背景下,STEAM+D也成为了培养拔尖优秀人才的手段。但是,STEAM+D是什么,学生学什么,有什么作用,很多人还并不十分清楚。

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01STEAM+D的缘来

STEAM+D和美国STEM教育

STEAM+D是在STEM基础上发展起来的,STEM教育以科学(SCIENCE)、技术(TECHNOLOGY)、工程(ENGINEERING)、数学(MATHEMATICS)四个英文单词的首字母缩写而成。

STEM教育最早起源于美国科技促进协会(AAAS)在1985年发起的一项致力于改革美国科学、数学与科技教育的长期研究计划——2061计划(Project 2061)。

该计划提出改变科学、数学及科技等学科教学策略的建议,希望通过数学、科学与科技统整的教学策略,将三大领域分立的知识体系与日常生活进行联系,提供学生更多地应用数学或科技的机会。

STEM教育模式以项目(PBL)为引领,学生基于真实世界的问题设计任务、参与体验,透过科学(Science)、技术(Technology)、工程(Engineering)与数学(Mathematics)等跨学科课程统整的教学方法,产生直接经验,从而内化为自己的能力。

STEM 教育被视为未来经济与社会发展需要的重要技能。

2011年,美国国家科学院研究委员会发布了《成功的K-12阶段STEM教育:确认科学、技术、工程和数学的有效途径》的报告。将STEM教育从大学阶段覆盖延伸到高中以及幼儿园阶段。

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从美国的STEM教育的发展过程中可以看出: 美国对STEM教育的重视程度是越益增加的; 并且将STEM教育作为人才强国的手段放在了国家战略的层面。

STEM发展成STEAM+D

但是随着数字和互联网时代的快速发展,对数据素养和艺术素养的重视也大大增加,于是就出现了STEAM+D,A是art,指艺术,D是data,指数据。

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STEAM+D教育的出现是符合人的全面发展的原则而进行的教育领域的改革。

STEM+在我国

我国2016年出台《中国学生发展核心素养》。

2017年2月,教育部出台《小学科学课程标准》,首次在基础教育中把工程、技术与科学结合起来,展现出STEM教育的发展趋势。

中国上海在2014年率先提出了STEM+的构想。

从2014年开始,上海市教委通过推进“长周期实证教育研究项目”在15区,200所幼儿园、小学、初中和高中实验学校开始了STEM+教育的实证研究。这个“+”包含了科学、技术、工程、数学与人文精神、艺术素养和社会价值观的结合。

全国人大代表、南京外国语学校教研室主任朱善萍是教育部“国培计划”专家,在2016全国两会上建议在全国的普通高中推广‘STEM+’课程,打破原有的高中单一课程教授体系,实现跨学科融合、拓展和竞升。

从我国的STEM以及STEM+的发展过程中可以看出: 我国对STEM+的重视程度也在不断增加; 强调从高中的教学课程改革中,加入STEM+的教学理念和教学方法,并且已经在上海等地区进行了试点。

高考背景下的STEAM+D

在高考改革的背景下,单纯以考试成绩为评价标准,局限于课堂本身的教育教学已渐渐不能应对高校多元化选材机制。

《国家中长期教育改革和发展规划纲要(2010-2020年)》明确指出,全面提高普通高中学生综合素质,推动高中多样化发展。探索发现和培养创新人才的途径是接下来高中教育发展的主要方向。

近年来,通过自主招生、综合素质评价招生、农村专项计划等不同的招生口径,越来越多的学生,特别是拔尖学生通过展示自身高考成绩以外的竞争力进入顶尖名校。

特别自2017年起,高考进入改革全面实施阶段。新的改革赋予学生更多选择的权利,也使得高校在遴选人才时更加全面多样。

不单纯依靠高考成绩,更多考察学生的学科潜力、创新素养、综合素质,成为高考选拔的大趋势。

在此教育政策背景下,和STEAM+D相关的有利于学生的学科潜力、创新素养和综合素质的教学教育也成为新高考下的香饽饽。

02STEAM+D有什么作用

STEAM+D教育经常和当下流行的创客教育联系在一起。创客教育融合了教育、创业、科技、创新等等新概念。

STEAM+D教育激发了个体的创造欲望和创造能力,并且鼓励学生以动手的形式完成科技相关的创造。

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其次,STEAM+D作为一个强调学生参与的科研项目训练,在学生的综合素质上也有着显著的影响。

ApplySquare(申请方)STEAM+D研究性训练项目通过专业的研究性项目训练,为学生提升专业背景,完善科研素养,开拓学术眼界,帮助学生实现通识和专业之间的衔接,为学生通过自主招生选拔、 综合素质评价或海外留学申请提供帮助。

即使对参加高考普通招生录取的学生,STEAM+D研究性训练项目对招生大类学科深入和专业的介绍解析,也有助于学生对高中主要科目内容从更高维度进一步加深理解,帮助他们在高考各科目考试中取得更好的成绩。

具体作用主要体现在以下几个方面:

客观研究性项目经历:
参与完成科研课题; 结识知名教授, 优秀学生将获得教授推荐信,可用于升学及各种学业机会获取。

学术成果获取:
得到科研素养训练,获得科研课题成果; 培养学科竞赛基础、科技创新和发明创造能力,以及为参加竞赛、发表论文及获取专利打好基础。

名校录取提升:
了解高校和专业的竞争力及排名、自主招生评价体系与招生规则,获取自主招生的加分机会;
通过STEAM+D项目获得科研能力和成果,提高自主招生材料审核通过概率,有助于在面试中获得更好表现; 形成对高考内容的更深层认识,制定出合理的备考方案。

提高学生专业认知: 结合“新高考”政策,了解学科专业,认知专业和职业的发展方向; 确定自己的优势学科,协助选择新高考考试科目。

学业生涯规划:
在参加STEAM+D训练之前,学生需要结合自己的兴趣和个性化学业生涯规划测评进行选择决策,这一规划覆盖中学、大学、研究生、职场等各个阶段,在一整套量化测评之后,学生将获得有规划、可执行、重效果的规划路径。

总结以上:

STEAM+D研究性训练不仅有利于作为客观经历和证据在学生的高考报考中发挥重要的作用。 并且,在研究性训练过程中,和导师的互动和反馈都会增加学生对自己的兴趣、能力和倾向的认知,提升学生的选择和思考能力,最终有利于学生的生涯规划。

03案例介绍

下面以山东某高中,联合清华大学教授开展的 STEAM+D研究性训练为例,介绍ApplySquare(申请方)的STEAM+D的训练过程是如何的。

训练内容:

专业课题研究(科研):
STEAM+D研究性训练通过发现科学问题、设计解决方案、执行方案、评价方案等一个完整的课题实践过程,培养学生的分析能力、解决问题和实践动手能力。

课题成果生成(成果):
训练还会让学生通过对科研项目的深入研究,产生论文、学术报告、学术会议、专利等形式的科研成果,并通过对科研项目及成果的讲解分析,提高学生的学术表达能力。

专业相关技能训练 (专业):
STEAM+D训练会教授学生专业相关科研方法论和实践技能,帮助学生深入理解所选专业大类的研究现状和未来发展,为后续项目实践务实理论和技能基础。

科研通识知识介绍(通识):
研究过程会对STEAM+D学科的通识知识进行讲解,对科学研究的基本技能和概念进行介绍,培养基础科学素养,明确学科兴趣及长远发展方向。

生涯规划与升学指导 (生涯):
STEAM+D研究性训练会提供学生与各类优秀人才面对面交流的机会,了解国内高考、自主招生、综合素质评价以及海外留学申请等的基本信息、招生逻辑和准备方法。

流程安排:

该STEAM+D项目的核心是专业课题研究及成果生成,帮助学生快速深入课题研究,同时将科研通识知识介绍、生涯规划与升学指导、专业相关技能提升作为辅助内容。

流程如下:

  1. 由大学学者教授带领
  2. 以学科通识课程为入口
  3. 引导学生组成项目小组
  4. 通过科研实践等训练
  5. 共同完成STEAM+D的研究性科研课题
  6. 并完成课题论文
  7. 获得项目结业证书等项目成果
  8. 该STEAM+D研究性项目一般会以项目初期、集训期和后期的流程进行。

项目初期:

  1. 学业导师和学校确定项目课题人员分配
  2. 学业导师分配课题相关材料,并进行人员和进度安排
  3. 学业顾问和学校老师沟通知识点预习

项目集训期:

  1. 科研通识知识介绍
  2. 生涯规划与升学指导
  3. 专业相关技能培训
  4. 科研项目训练与展示

项目后期:

  1. 项目的拓展与进阶项目的准备
  2. 学业发展规划专家团队周期性跟进学生的生涯规划与升学计划
  3. 学业发展规划专家团队阶段性反馈学生的学业画像

课题内容:

在该STEAM+D研究性训练的实现过程中,一般会由指导教授给出指定题目。具体项目会基于学生的兴趣方向、高中学校的办学特色以及可行的高校实验室项目进行匹配。

数理基础方向: 分数量子霍尔效应,太阳磁场的测量,用压电陶瓷测量声音在金属中的传播速度,傅立叶变换全息资料存储等等

数据科学方向: 社交媒体用户画像,基于云端的生物信息分析平台及基因测序数据分析案例,证券投资决策与量化建模研究,基于消费数据的信用卡欺诈模型分析与预测等等。

生化与医药方向: 土壤微生物对植物生长的探究,超市常见食品微生物/卫生状况检验,精准医疗与蛋白 质组学方向,药物成分的萃取与合成等等。

工程与自动化方向: 数字芯片设计、FPGA开发、处理器设计,基于模块化多电平变流器的柔性直流输电系统仿真项目,机器人及无人机方向,利用杠杆操作的轮椅开发等等。

计算机与人工智能方向: 射击类移动游戏开发,计算机图形学与影像,手机和手环的步态分析与睡眠分析,视觉智能在人脸检测、识别和跟踪方面的应用等等。

中文与中国传统文化研学方向: 古典诗文的生命情感与中学生人文精神培养,古典诗文与汉语言文字,古 典诗文与中国文人的心路历程,儒释道与古典诗文,诗词写作初步等等。

以下是学生的科研成果的实例列举,分别是出租车数量测算和城市拥堵解决方案。

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这两个案例都是基于学生在日常生活会遇到的难题,在研究性训练中应用科学研究的方法提出自己的想法,并且通过合作讨论写下自己的解决方案。

04小节

STEAM+D教育不仅是一种科研训练的手段,更代表着一种现代教育哲学,在ApplySquare(申请方)STEAM+D训练下,教育者更关注学生的学习过程,而不是结果,教育过程的美目的是更多的让学生听到不同的观点,尝试不同的想法,在不断试错中发现问题,分析问题和解决问题。

对以上案例中的STEAM+D项目感兴趣的老师可以关注下方二维码

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本期作者 方略研究院北京研究分站 陶雪婷 教师微笔记编辑部