数字化转型中的STEM教育

　　《数字化转型中的STEM教育》是“中国STEM教育2029行动计划”系列丛书的第一册，面向一线中小学教师和教育研究者，围绕什么是STEM教育、STEM教育的起源、STEM教育的发展，以及STEM教育在国家战略、教育改革与人才培养等不同层面的作用等问题进行理论上的梳理与探讨，并从学校、家庭、校外机构、STEM学习生态系统等四类场景展示了STEM教育实践的典型案例。本书为中小学教师开展STEM教育实践提供了理论依据、实践参考和解决方案，有助于推进中小学STEM教育的开展，从而促进学生跨学科知识综合运用能力、设计能力、实践能力的发展，并进而致力于STEM相关领域职业的选择、定向与发展。

　　李佳，北京市海淀区教师进修学校教研员，中国教育科学研究院博士后，“中国STEM教育2029行动计划”重要研究成员。主要研究方向为STEM教师专业发展和学生STEM素养评价。参编著作包括Handbook of Research On STEM Education等十余部教育著作。 袁野，中国教育科学研究院博士后，博士毕业于英国纽卡斯尔大学。主要研究方向为在线教育国际比较研究，参与《中小学人工智能教师能力标准（试行）》编制工作，在《科研与决策》《中国科学院院刊》等刊物发表多篇文章。

丛书序一

丛书序二

前言

第一章 什么是 STEM 教育……………………………………………………… 1

一、STEM 教育的演变 ………………………………………………… 3

（一）STEM 教育内涵的演变……………………………………… 3

（二）STEM 教育目标的演变……………………………………… 5

二、STEM 教育的内涵 ………………………………………………… 8

（一）国家层面 …………………………………………………… 8

（二）课程层面 …………………………………………………… 10

（三）学习层面 …………………………………………………… 11

（四）教学层面 …………………………………………………… 12

（五）社会层面 …………………………………………………… 13

三、STEM 教育的目标 ………………………………………………… 14

（一）培养创新人才 ……………………………………………… 15

（二）培养未来劳动力 …………………………………………… 15

（三）提升 STEM 素养 …………………………………………… 16

（四）激发学习兴趣 ……………………………………………… 16

四、STEM 教育的特征 ………………………………………………… 17

（一）跨学科整合性 ……………………………………………… 17

（二）情境化实践性 ……………………………………………… 20

（三）STEM 素养导向性 ………………………………………… 22

（四）智能化创新性 ……………………………………………… 24

第二章 STEM 教育的发展历程 ………………………………………………… 27

一、STEM 教育政策的发展历程 ……………………………………… 29

（一）北美洲——以美国为例……………………………………… 29

（二）欧洲——以英国、德国、芬兰为例 ………………………… 34

（三）亚洲——以中国、韩国、马来西亚为例 …………………… 41

（四）其他国家 …………………………………………………… 46

二、 STEM 教育标准的发展历程 ……………………………………… 49

（一）北美洲——以美国为例……………………………………… 49

（二）欧洲——以英国、德国、芬兰为例 ………………………… 56

（三）亚洲——以中国、韩国、马来西亚为例 …………………… 63

三、STEM 教育实践的发展历程 ……………………………………… 69

（一）北美洲——以美国为例……………………………………… 70

（二）欧洲国家的 STEM 课程和实践……………………………… 77

（三）亚洲国家的 STEM 课程和实践……………………………… 85

第三章 教育数字化转型与 STEM 教育 ………………………………………… 95

一、教育数字化转型的时代背景 ……………………………………… 97

（一）教育变革下的教育数字化转型 ……………………………… 97

（二）技术赋能下的教育数字化转型 ……………………………… 103

二、教育数字化转型的内涵与发展 …………………………………… 106

（一）何为教育数字化转型 ……………………………………… 106

（二）教育数字化转型的国际经验 ………………………………… 109

（三）教育数字化转型的发展阶段 ………………………………… 111

（四）教育数字化转型的发展策略 ………………………………… 112

三、教育数字化转型与 STEM 教育的关系 …………………………… 115

（一）人才培养目标契合 ………………………………………… 115

（二）教与学方式契合 …………………………………………… 120

第四章 STEM 教育的作用 ……………………………………………………… 125

一、宏观层面：STEM 教育在国家战略中的作用 ……………………… 127

（一）国家安全 …………………………………………………… 127

（二）经济发展 …………………………………………………… 129

二、中观层面：STEM 教育在教育改革中的作用 ……………………… 130

（一）教育目标变革 ……………………………………………… 131

（二）教学方式变革 ……………………………………………… 137

（三）学习场景变革 ……………………………………………… 147

三、微观层面：STEM 教育在人才培养中的作用 ……………………… 151

（一）培养创新人才 ……………………………………………… 152

（二）培养未来劳动力 …………………………………………… 154

（三）提升核心素养 ……………………………………………… 155

（四）激发学习兴趣 ……………………………………………… 157

第五章 全球 STEM 教育实践案例 ……………………………………………… 161

一、学校 STEM 教育实践案例 ………………………………………… 163

（一）案例一：纸飞机中的工程设计 ……………………………… 164

（二）案例二：回收材料中的机器人 ……………………………… 167

（三）案例三：建造抗震房屋 …………………………………… 169

（四）案例四：橡皮筋动力车 …………………………………… 172

（五）学校 STEM 教育实践案例特点及启示 ……………………… 175

二、家庭 STEM 教育实践案例 …………………………………………… 177

（一）案例一：简单机械——杠杆 ………………………………… 178

（二）案例二：遥感小调查 ……………………………………… 180

（三）案例三：化学能——自制熔岩灯 …………………………… 182

（四）案例四：制作纸质火星直升机 ……………………………… 184

（五）家庭 STEM 教育实践案例特点及启示 ……………………… 186

三、校外 STEM 机构中的 STEM 教育实践案例 ……………………… 188

（一）案例一：制作天气工具 …………………………………… 189

（二）案例二：水净化 …………………………………………… 192

（三）案例三：制作起重机 ……………………………………… 195

（四）案例四：火花科学中心 …………………………………… 197

（五）校外机构 STEM 教育实践案例特点及启示 ………………… 200

四、基于 STEM 学习生态系统的 STEM 教育实践案例 ………………… 202

（一）案例一：普罗维登斯课后联盟 ……………………………… 203

（二）案例二：芬兰 LUMA 中心 ………………………………… 206

（三）案例三：英国国家 STEM 学习中心 ………………………… 209

（四）案例四：芝加哥地区大学预科科学与工程项目 …………… 211

（五）STEM 学习生态系统的教育实践案例特点及启示…………… 214

参考文献 ………………………………………………………………………… 218