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一.引言
近几年大家常常听到STEAM教育这个词，似乎一夜之间所有的培训机构的课程都变成了STEAM课程。每个人都知道STEAM是科学，技术，工程，艺术，数学多学科综合。但是具体再问怎么综合，怎么实施，很多人就懵了。在最近的新课程开发中较全面地了解了国内外组织，机构对STEAM的相关研究和课程层面的探索，在此从STEAM理论到落地实施过程进行分析。
二.什么是STEAM
美国的教育最开始是单学科教育，然后在20世纪60年代转变为STS教育（科学，技术，社会）。然后在1986年在美国国家科学委员会报告《本科阶段的科学、数学和工程教育》中提出了STEM概念，紧接着在2006年美国维吉尼亚科技大学的Georgette Yakman首次在他的论文中提到将Arts（艺术）融入STEM，变成STEAM（也作STE@M），2010年美国艺术与科学协会（AAAS）将该论文收入其BMENA计划书中，自此STEAM教育说法渐渐被接受。下图所示为Georgette Yakman论文中对STEAM架构的解析图。
图 1Georgette Yakman的STEAM架构图
从图中我们可以看到Georgette Yakman对STEAM教育的理解，他首先是将S,T,E,M在第三层融合为STEM，然后在金字塔第四层将STEM与A融合为STEAM，从而达到终生素质学习的目的。国内外有很多专家学者对这个架构进行解析和研究，在此我不再赘述。
首先分析各个字母代表的含义，Science代表了定理等反映自然，社会，思维等客观规律的知识体系；Technology代表了我们用来解决问题的工具、方法和经验的总称；Engineering代表的是使用知识体系和工具等技术实施解决方案；Mathematics则是指量化研究物体的数量关系和空间形式的科学。
从教育理念上来看，STEAM教育强调整合科学、技术、工程、数学和人文艺术领域的内容，将知识的获取、方法与工具的利用以及创新生产的过程进行有机的统一，着重培养学生的综合素质，锻炼解决问题的能力。
在这里我们可以发现，目前有相当一部分人把单纯的代表学科知识综合应用的Engineering当成了STEAM，认为只要包含了几种不同学科知识点的课程就可以算是STEAM课程。要知道STEAM中的单独一个E可是就包含了电气工程、化学工程、机械工程、海洋工程、流体工程、土木工程等若干个知识体系。
此时我们可以发现，现有STEAM架构中的S和E有一些重合部分，其中E所包含的各项工程科学是由基础的物理，化学，生物等基础学科在某个特定领域的特定场景的应用，而这些基础学科又是S组成的一部分。在实际实施中我们会发现这种定义形式不易把握，实操难度较大。美国也针对课程实施上进行了诸多研究和实验，如2012年开始在美国大范围开展的“826全美”实验，通过写作统筹整个流程，淡化STEAM各环节。类似这种探索和实验很多，在这里不一一列举。
三.从项目实施层面解析STEAM
STEAM教育最终目的是培养学生解决问题的能力。那么围绕解决问题的过程来开展STEAM教育是否会取得更好的效果？实际上美国已经有诸多这方面的探索，比如AEOP（美国国防部领头，由诸多知名高校，教育组织联合成立的一个专注STEAM教育的机构）将“问题”可控化，针对K12依托陆军研究相关主题的小问题开设课程GEMS，针对K16依托诸如JSS（太阳能汽车设计），TARC（制作火箭）将问题聚焦为完成某项具有指定要求的作品，在完成作品过程中培养问题解决能力。
既然如此，是否能将现有STEAM理论各项内容进行调整，使其能与项目实施过程相匹配？经过研究和分析，我将STEAM各学科涵盖内容进行相应调整，然后与解决问题流程进行匹配。首先将Science从反映自然，思维，社会等客观规律，聚焦为根据掌握的知识分析问题的思维模式，Technology从解决问题的工具，方法，经验聚焦到问题解决方法，在方法中包含原来S中的知识；将Engineering聚焦为实际的操作解决问题能力；将Mathematics细化为在问题解决过程中的数据化分析，量化评估，具体如下图所示。
图 2项目实施与STEAM教育联系
上图以项目实施流程层面，在各个环节需要的知识与能力为媒介，链接STEAM。Arts融入了整个流程各个环节，故不单独分割出。
四.对应课程设计方法
接下来以设计一课课程为例说明如何依据上面提到的STEAM架构进行课程设计。
STEAM的核心在于解决问题，那么一个复杂程度可控的问题就显得异常重要了。其需要综合考虑学生的知识水平，理解能力等多方面，在此不赘述。本次选取问题为80%机构做过的主题“智能浇花”，家里养了一盆花，但是经常忘记浇水，需要设计一个能解决这个问题的装置。
这里的问题分析是指根据相应的思维模式进行大纲制作。在这个案例中需要明确的有两点：
1）为什么要做智能浇花器（明确目的）
2）怎么做智能浇花器（流程规划）
图 3浇花器问题分析
如上图所示，浇花的原因是人没有浇花但是花需要水，在方案上根据问题，我们可以初步分为两个解决方向，每个方向需要解决的问题都可以引导学生从供-需双方来解析出具体需要研究的问题。
在这一步需要针对具体问题，查找资料，深入了解花对水的具体需求（例如是土壤湿度低于50%需要浇水还是低于70%需要浇水），并学习能实现诸如自动浇水，特点时间提醒的方法，然后参考这些提出自己的解决方案。
在这个阶段老师能够给学生提供的是一些整理过的基础资料，稍微深入一些的学习网站，知识链接等，总而言之就是给途径，不给详细细节。
方案实施是指将想法变为现实，使用软硬件，激光切割，3D打印等技术及工具制作出实物。
在这个阶段老师能够提供的是一些工具及技术的指导
学生根据自己制作出的产品，测试效果，看能否达到需求。
老师此时给学生提供的是可以参考的记录表格，分析表格，引导学生进行量化分析。
五.总结
STEAM教育的核心是解决问题，让学生在项目中掌握解决问题的思维，解决问题的能力，拥有较强的综合素养。从项目实施层面解析STEAM教育，从本质上是一种逆向匹配思维，根据问题解决流程反推完成该流程需要的知识和能力，在某种角度看是对PBL与STEAM间关系的一种阐述。建立这种联系的目的是为了让两种模式相互补充。
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