圖片來源：圖蟲創意
一.引言
近幾年大家常常聽到STEAM教育這個詞，似乎一夜之間所有的培訓機構的課程都變成了STEAM課程。每個人都知道STEAM是科學，技術，工程，藝術，數學多學科綜合。但是具體再問怎麼綜合，怎麼實施，很多人就懵了。在最近的新課程開發中較全面地了解了國內外組織，機構對STEAM的相關研究和課程層面的探索，在此從STEAM理論到落地實施過程進行分析。
二.什麼是STEAM
美國的教育最開始是單學科教育，然後在20世紀60年代轉變為STS教育（科學，技術，社會）。然後在1986年在美國國家科學委員會報告《本科階段的科學、數學和工程教育》中提出了STEM概念，緊接著在2006年美國維吉尼亞科技大學的Georgette Yakman首次在他的論文中提到將Arts（藝術）融入STEM，變成STEAM（也作STE@M），2010年美國藝術與科學協會（AAAS）將該論文收入其BMENA計劃書中，自此STEAM教育說法漸漸被接受。下圖所示為Georgette Yakman論文中對STEAM架構的解析圖。
圖 1Georgette Yakman的STEAM架構圖
從圖中我們可以看到Georgette Yakman對STEAM教育的理解，他首先是將S,T,E,M在第三層融合為STEM，然後在金字塔第四層將STEM與A融合為STEAM，從而達到終生素質學習的目的。國內外有很多專家學者對這個架構進行解析和研究，在此我不再贅述。
首先分析各個字母代表的含義，Science代表了定理等反映自然，社會，思維等客觀規律的知識體系；Technology代表了我們用來解決問題的工具、方法和經驗的總稱；Engineering代表的是使用知識體系和工具等技術實施解決方案；Mathematics則是指量化研究物體的數量關係和空間形式的科學。
從教育理念上來看，STEAM教育強調整合科學、技術、工程、數學和人文藝術領域的內容，將知識的獲取、方法與工具的利用以及創新生產的過程進行有機的統一，著重培養學生的綜合素質，鍛鍊解決問題的能力。
在這裡我們可以發現，目前有相當一部分人把單純的代表學科知識綜合應用的Engineering當成了STEAM，認為只要包含了幾種不同學科知識點的課程就可以算是STEAM課程。要知道STEAM中的單獨一個E可是就包含了電氣工程、化學工程、機械工程、海洋工程、流體工程、土木工程等若干個知識體系。
此時我們可以發現，現有STEAM架構中的S和E有一些重合部分，其中E所包含的各項工程科學是由基礎的物理，化學，生物等基礎學科在某個特定領域的特定場景的應用，而這些基礎學科又是S組成的一部分。在實際實施中我們會發現這種定義形式不易把握，實操難度較大。美國也針對課程實施上進行了諸多研究和實驗，如2012年開始在美國大範圍開展的「826全美」實驗，通過寫作統籌整個流程，淡化STEAM各環節。類似這種探索和實驗很多，在這裡不一一列舉。
三.從項目實施層面解析STEAM
STEAM教育最終目的是培養學生解決問題的能力。那麼圍繞解決問題的過程來開展STEAM教育是否會取得更好的效果？實際上美國已經有諸多這方面的探索，比如AEOP（美國國防部領頭，由諸多知名高校，教育組織聯合成立的一個專注STEAM教育的機構）將「問題」可控化，針對K12依託陸軍研究相關主題的小問題開設課程GEMS，針對K16依託諸如JSS（太陽能汽車設計），TARC（製作火箭）將問題聚焦為完成某項具有指定要求的作品，在完成作品過程中培養問題解決能力。
既然如此，是否能將現有STEAM理論各項內容進行調整，使其能與項目實施過程相匹配？經過研究和分析，我將STEAM各學科涵蓋內容進行相應調整，然後與解決問題流程進行匹配。首先將Science從反映自然，思維，社會等客觀規律，聚焦為根據掌握的知識分析問題的思維模式，Technology從解決問題的工具，方法，經驗聚焦到問題解決方法，在方法中包含原來S中的知識；將Engineering聚焦為實際的操作解決問題能力；將Mathematics細化為在問題解決過程中的數據化分析，量化評估，具體如下圖所示。
圖 2項目實施與STEAM教育聯繫
上圖以項目實施流程層面，在各個環節需要的知識與能力為媒介，連結STEAM。Arts融入了整個流程各個環節，故不單獨分割出。
四.對應課程設計方法
接下來以設計一課課程為例說明如何依據上面提到的STEAM架構進行課程設計。
STEAM的核心在於解決問題，那麼一個複雜程度可控的問題就顯得異常重要了。其需要綜合考慮學生的知識水平，理解能力等多方面，在此不贅述。本次選取問題為80%機構做過的主題「智能澆花」，家裡養了一盆花，但是經常忘記澆水，需要設計一個能解決這個問題的裝置。
這裡的問題分析是指根據相應的思維模式進行大綱製作。在這個案例中需要明確的有兩點：
1）為什麼要做智能澆花器（明確目的）
2）怎麼做智能澆花器（流程規劃）
圖 3澆花器問題分析
如上圖所示，澆花的原因是人沒有澆花但是花需要水，在方案上根據問題，我們可以初步分為兩個解決方向，每個方向需要解決的問題都可以引導學生從供-需雙方來解析出具體需要研究的問題。
在這一步需要針對具體問題，查找資料，深入了解花對水的具體需求（例如是土壤溼度低於50%需要澆水還是低於70%需要澆水），並學習能實現諸如自動澆水，特點時間提醒的方法，然後參考這些提出自己的解決方案。
在這個階段老師能夠給學生提供的是一些整理過的基礎資料，稍微深入一些的學習網站，知識連結等，總而言之就是給途徑，不給詳細細節。
方案實施是指將想法變為現實，使用軟硬體，雷射切割，3D列印等技術及工具製作出實物。
在這個階段老師能夠提供的是一些工具及技術的指導
學生根據自己製作出的產品，測試效果，看能否達到需求。
老師此時給學生提供的是可以參考的記錄表格，分析表格，引導學生進行量化分析。
五.總結
STEAM教育的核心是解決問題，讓學生在項目中掌握解決問題的思維，解決問題的能力，擁有較強的綜合素養。從項目實施層面解析STEAM教育，從本質上是一種逆向匹配思維，根據問題解決流程反推完成該流程需要的知識和能力，在某種角度看是對PBL與STEAM間關係的一種闡述。建立這種聯繫的目的是為了讓兩種模式相互補充。
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