序言
背景
我与南磨房中心小学的STEAM教育结缘，是在2016年9月从美国弗吉尼亚理工大学STEM教育组访问回国后的两次STEM盛会中。2016年10月，在时任秘书长的熊建辉博士的竭力促成下，联合国教科文组织亚太国际教育与价值教育联合会STEM+创新教育研究中心落户北京教育学院，并召开了中美STEM+教育论坛。南磨房中心小学书记王彤带领她的STEM项目组参加了论坛，当时由于组织会议和发言压力，双方只是互相认识和初步的了解了一下，没有过多交流。同年11月在上海STEM+创新教育中心举办的STEM教育大会上，我们才进行了深入的了解，也初步规划了合作的意向。我带着北京教育学院“STEM教育理念下的创客教育课程实践研究”重点课题，王彤书记带着朝阳区的STEM项目，一致认可将STEM教育引进学校并真正与学校教育结合，让其扎根落地，将传统课堂改变为以学生为中心的创造型课堂，培养学生的创新能力，以应对不确定的未来，最终达到做有意义的教育。双方一拍即合，共同的目标让我们开始了长达两年多的合作，南磨房中心小学作为重点课题实践校，开展了一系列的培训、讲座、报告、听评课、磨课，本书可以说是学校这几年努力探索的成果。由衷地感谢王彤书记所带领的STEM教师团队，也给了我实践所思所想的机会，帮助我形成自己STEM教育从理论到实践的研究成果。
教师团队
在王彤书记的带领下，南磨房中心小学的STEM教育课程团队走过了艰难和曲折的初创与摸索阶段，碰到了理念、课程内容、课时、精力等问题。她们不怕困难，多方寻找突破路径。争取经费购买教师培训课程、聘请专家磨课指导、积极参观取经等方式，争取对STEM教育理念和模式的精准把握。相对于国内大多数学校在培训后都是照搬国外课程模仿复制般开设STEM教育不同，南磨房中心小学最难能可贵的是坚持把所学转换为团队自主开发的校本课程。
相对于模仿，转换初期是艰难的，但是这样的基础是扎实的。她们依据学校的科技和艺术优势，于2016年开展了航天主题、2017年开展了海洋主题的STEM课程探索，虽然有些内容还明显带有传统教学的影子，但是STEM教育的理念和模式已经逐渐烙在了教师们的脑海里，呈现在日常的教学里，这种发自内心的STEM教育行动对教师的影响是靠模仿开设STEM教育课程作为起步的学校所不能比拟的。
课程内容
南磨房中心小学的STEM课程，除了坚持走切近中国学生的内容选择外，还严格追求STEM教育理念创设真实情境，以学生为中心、注意支撑材料的选择、注意技术的运用，对于思维导图的应用、设计图的重视、动手能力的培养也给予了较大程度的重视。准确把握培养学生形成更高层次的思维，并使他们更加理解STEM是如何影响身边世界的STEM教育意义。同时针对本校特点，融入艺术和科学，开发了一系列的STEAM课程，具有很好的借鉴意义。学校组织了几次北京市STEAM教育论坛和公开课展示，以及中美、中加工作坊的交流，为北京市和国外的同行专家所肯定，充分说明了这种探索对于同行的借鉴价值和对STEAM教育的贡献意义。
实践应用效果和意义
高质量的STEM整合学习体验应包括以下内容：丰富且引人入胜的环境、允许学生通过多个切入点、学生可以从失败中学习工程设计经验，以及通过以学生为中心的教学法提高团队合作和沟通技巧来解决问题。STEM教育课程旨在使学生参与以活动、项目和问题解决为基础的学习，它提供了一种动手做的课堂体验。学生在应用所学到的数学和科学知识来应对世界重大挑战时，他们创造、设计、建构、发现、合作并解决问题。美国国家科学院出版社于2014年出版的《K-12年级STEM整合教育：现状、前景和研究议程》，对理解STEM教育的整合有了更为全面的认识，认为STEM整合教育远不是单独的定义明确的经验，它包括一系列不同的体验，涉及一定程度的联系。这些体验可能发生在一个或几个课时内，贯穿整个课程，体现在单一学科或整个学校中。南磨房中心小学的STEAM教育探索，不仅仅是贡献了STEAM课程，更是为我们贡献了如何以整校推进STEAM教育的实践模式，对于我所倡导的“动手做、做中学、学中思、思中创”的STEM教育也是一次实践的检验。
未来之路
新课改下，要求教师具有“创造性思维”，以培养学生应对高度不确定的未来。在重点课题实践校，我们一直践行“为未来而学，为未来而教”的引领理念。STEM教育在中国的落地，还处在摸索和成长的路上，尤其是将STEM教育理念和模式与课堂教学相结合，还需要长时间的迭代试验与反思提升的过程，南磨房中心小学迈出了坚实的第一步实践，并坚持进行了两年，已经通过实践开启了STEAM教育落地的头脑风暴式尝试阶段，取得了一定的成果。希望能够继续坚持，不断在实践研究的迭代式进步中，为探索STEM教育在中国中小学的落地，探索出一条清晰的途径。
感谢南磨房中心小学所有为STEAM教育在中国落地做出努力探索的老师们！
 北京教育学院教授 于晓雅
 2019.1

新课改下，要求教师具有“创造性思维”，以培养学生应对高度不确定的未来。在重点课题实践校，我们一直践行“为未来而学，为未来而教”的引领理念。STEM教育在中国的落地，还处在摸索和成长的路上，尤其是将STEM教育理念和模式与课堂教学相结合，还需要长时间的迭代试验与反思提升的过程，南磨房中心小学迈出了坚实的第一步实践，并坚持进行了两年，已经通过实践开启了STEAM教育落地的头脑风暴式尝试阶段，取得了一定的成果。

北京市朝阳区南磨房中心小学作为北京市科技教育示范校，一直致力于学生科学素养的培养。学校借助朝阳区国际化教育项目的推进，结缘STEAM教育，通过学习、培训、研究、实践、交流，尝试STEAM教育在我国小学的落地。
本书旨在通过对STEAM教育相关课例资料的梳理，呈现国内小学STEAM教育研究现状，同时尝试通过对STEAM课程案例的分析，提取适合我国科学教育、美术教育，特别是小学科学教育实践的精华，建构STEAM教育校本课程设计的模型，为未来研究者提供研究资料，为关注STEAM教育的教育工作者提供参考。

王彤，高级教师，曾被评为北京市市级学科骨干教师、朝阳区学科带头人，荣获全国生命教育先进个人、朝阳区“优秀中青年知识分子”、朝阳区“巾帼之星”等荣誉称号。擅长中小学STEAM教育本土化一线实践研究，现为北京生命教育科普村促进会特聘专家、北京华夏知行信息科技研究院“华夏学者”、北京市“十三五”滚动课题STEAM教育校本课程研究课题组主持人、北京教育学院信息科学与技术教育学院“于晓雅卓越教师工作室”成员。独立主持教育部规划课题“新形势下中小学生命教育的理论与实践探索”子课题的研究与实验。参编《生涯教育（小学1—6年级）》《生面教育朝阳起航》等书。

目录
第一章 思维改变……………………………………………………………………1
第一节 STEAM课程本土化的实践与研究…………………………………2
第二节 STEAM教育理念如何“落地”一所普通学校……………………7
第二章 梦想起飞………………………………………………………………… 11
第一节 教学设计………………………………………………………… 12
第二节 课堂写真………………………………………………………… 49
第三节 体验活动单……………………………………………………… 53
第三章 梦想远航………………………………………………………………… 65
第四章 学科综合…………………………………………………………………139
第一节 教学论文…………………………………………………………140
第二节 跨学科综合………………………………………………………155
后 记 改变思维——教育需要复合型教师……………………………………187

第一章 思维改变
第一节 STEAM课程本土化的实践与研究
一、研究背景
STEM是一种多学科融合的教育形式。STEM分别代表科学（Science）、技术（Technology）、工程（Engineering）、数学（Mathematics）。后来又加进了艺术学科（Art），STEM就变成了STEAM。STEAM教育就是集科学、技术、工程、数学、艺术于一体的综合教育。在国家实力的比较中，获得STEAM学位的人数成为衡量一个国家创新教育水平的一个重要指标。2011年美国政府掀起的“创新教育运动”指引着公共和私营部门联合，以加强科学、技术、工程和数学教育。
作为当今世界领先的教育，STEAM课程立足教育本真，将课堂和生活紧密联系在一起，融入目前的教育体系中，致力于满足多元化国际教育需求，创建学校自身的教育特色，为弥补应试教育对创新人才培养存在的缺陷，锻炼学生的创新意识和“四个关键能力”提供了新的思想活力。其不仅能够提升学校的竞争力，同时也能够满足家长们对优质教育需求的渴望。
校园，是教育发芽的地方，是生命生长的地方。南磨房中心小学这所以科技教育尤其是航空教育为特色的学校，学校的课改发展、科技教育进入“高原期”，如何突破，如何持续？国内很多学校是以购买国外成熟课程的形式将国际STEAM教育引入到国内，很多课程的发展与中国教育特色难以融合，也表现出了明显的优缺点，成了学校不断思考的问题。
二、迎合发展趋势、结合学校办学特色（实践过程）
（一）跨学科整合，教育发展的切口和趋势
相对于以往的教育改革，STEAM教育提供了一个崭新的方案——从跨学科整合进入。这种整合，相对于以往学科化的改革，是一种 “点穴式”的改造性创新，具有解决未来人才培育的新的切入视角。谈到对STEAM教育引进与发展的思路，学校有着自己独特的思考。2015年5月，在朝阳区教育工委骨干书记国际化教育学习班上，王彤书记聆听了加拿大约克大学的STEM国际化教育培训，其现代教育理念和方式让王书记眼前一亮。
STEAM教育助推学校教育改革的发展。学校作为北京市科技教育示范校，一直致力于学生科学素养的培养。“STEAM的课程研究”合作项目注重“非结果式”的过程性学习，旨在打破学科疆域，通过对学科素养的综合应用解决实际问题，从小培养学生动手、创新、综合运用科学知识的能力。以跨学科教育见长的STEAM教育恰似助力器，其与学校致力于培养学生创新思维的自身基因，可以说是“珠联璧合”。
从2015年7月起，借助朝阳区国际化教育的推进项目，学校与加拿大约克大学积极联系、深度合作，并建设性地加入了艺术（Art）的元素，学校开始结缘STEAM教育，通过学习、培训、研究、实践、交流，尝试了STEAM教育在我国小学的落地。几年坚持下来，课程与课堂出现了新奇的变化，开启了学校STEAM教育的探索之旅……
（二）改变思维，教育需要复合型教师
我国的教育，多年来一直是“分科主义”的课程观，在快速传递学科“正确”“客观”的事实的同时，其副作用也是显而易见的，学生变成了“蓄水池”，教师则成了“水泵”。这种思维随着应试教育的影响，严重阻碍着教师思维，直至阻碍着教育改革。南磨房中心小学选择STEAM教育就是希望通过现代课程观对冲干部、教师旧有的学科教育教学观念，在新型课程的探索中，必须以改变思维为核心，只有培养学校自身具有前瞻性和使命感的优秀复合（一专多能）型教师，才能够实现STEAM教育在校园落地生根。
学校始终抓住教师队伍的思维改变不放，每年暑假都要与约克大学合作，对全体教师进行2天集中培训，对课题组教师进行5天培训，连续三年坚持不断。
学校首先对全体教师进行了STEAM教育的宣传与讲解，向老师们解读STEAM教育的内涵以及发展历程；接着，学校聘请加拿大约克大学的STEAM教育专家，针对性的为学校量身打造专属课程《改变思维》；再次，对全校教师进行了全员的校本国际化培训，老师们在新奇的同时，有种推开窗看世界的感觉，在互动的课堂中感受STEAM教育的魅力，学习到新的教学理念与方法。接下来，资深专家Bernie Frolic先生 （约克大学荣誉教授哈佛大学客座教授）亲自到校，为学校搭建特色个性的专属STEAM课程；学校十几位教师与约克大学的两位教授成立的STEAM教育核心研究小组，多次进行“STAEM教育沙龙”活动，不断完善自己的STEAM学习活动设计；2016年暑期，学校组织教师到上海市史坦墨（STEAM+）研究中心进行高强度的专门培训，并到上海多所优质小学亲身感受本土化研究的STEAM课堂。
经历多年科技教育的熏陶与感染，又走过了初识STEAM教育、深入了解STEAM教育、稳步落地STEAM教育三个阶段，如今每个南磨房中心小学的教师都打上“STEAM教育”的烙印——数学教师、科学教师、劳技教师、美术教师、体育教师……汇聚到了一起，围绕着STEAM教育开展的跨学科联合教研，他们设计的一个个新的课例深受学生们的欢迎。曾为学校科技教育发展立下汗马功劳的科技组主任教师杨伟枫，虽然还有两年就到退休年龄了，仍然全身心地投入到课题研究中，她说道：“STEAM教育让我重新审视教育，重新认识课程。孩子们在课上的表现棒极了！”
三、本土化研究，让教育改革有我们的声音（实践成果、特色与创新）STEAM教育理念的落地，是当前热点问题。学校的干部、教师在实践中体会到：STEAM课程给学生设定的项目背景立足于真实生活，又有一定挑战性，问题解决和探究实践的过程中需要小组讨论、思维碰撞，并通过团队协作完成任务。为此，学校提出“四贴近”的课程开发原则：一是贴近生活。学科源于生活并为了生活，生活具有整体性，解决生活中哪怕看似微小的问题，需要多学科的协作。综实老师与美术老师一起合作的跨学科课程——“给小鱼盖房子”，材料选择、设计思路、工程构造、生物生活相融合，体现科学、美术、生物等学科课程有效结合；老师将音乐学科唱“小螺号嘀嘀的吹”，走向认识螺号、制作小螺号、研究螺号的发声特点，跨音乐、工程、数学、科学等多学科知识和学习方式，由一首歌的单学科学习思维，变成跨学科学习思维。
二是贴近学校。学校是全国航空特色校，航模活动丰富多彩。学校把原来的航模活动向宽拓展，研发了12门STEAM航空教育课程。“孔明灯”融合了历史、科学、结构、材料等领域；“航空食品小达人”融合了科学、营养、烹饪学科；“飞”字探寻融合了科学、书法、人文艺术领域；美术教师带来的“吉祥图案纸飞机”一课，设计飞机精准的外形，飞机各部位合理角度、飞行原理、吉祥图案设计，使数学、科学、工程、艺术联系在一起。
三是贴近教师（学科）。真正的跨学科学习是通过建立起学科与学科、学科与生活的内在联系，促进学生的学科思维与学科理解。南小开设的“海洋”系列课程，如“深海鱼的生活习性”“白鳍豚追踪器”课堂，为师生呈现跨生物、地理、科学多学科的研究性学习，引导学生认识深海鱼，认识追踪器、了解白鳍豚的生活习惯，让学生在理解学科知识的过程中，学会保护世界，修复被破坏的世界。
四是贴近学生。学校在STEAM教育的学习活动中主要采用项目式学习教学法，包括提出项目或问题、小组合作制定方案和计划、探究实践、交流分享、项目反馈与评价。这种“五环节项目教学法”给学生提供了主动、合作探索现实世界问题和挑战的机会。学校还充分挖掘学科实践活动，从每一个学科里面挖掘STEAM教育的资源，把原来觉得是第二课堂的，比如说创作、设计、手工、游戏等变成学生主要的学习方式。使学生感到学科的学习“看得到，摸得着”，从而激发学生的兴趣，点燃其热情与灵感。
为更好地检验STEAM教育本土化进程的效果，学校分别于2016年11月16日召开了由朝阳区教研中心课程室、朝阳区“基于STEAM理念的中小学生核心素养培养研究”项目组主办的“朝阳区学校课程展示系列活动之‘梦想起飞的地方’开放论坛”，2017年12月15日召开了由北京教育学院、北京教育学会创造教育分会、朝阳区课程室主办的“北京教育学院STEAM课程展示系列活动之南磨房中心小学‘让梦想远航’开放论坛”均取得了良好的影响，并将STEAM教育传播到了手拉手学校河北省张家口市张北县树儿湾小学，手拉手学校在同年12月28日召开了“花叶本是共扶持，公开课展风采——树儿湾小学‘STEAM公开课’论坛活动”，两次开放论坛现场会的举办为学校在STEAM教育本土化进程积累下大量的实践经验，为学校该项工作下一步的推进奠定了坚实的基础。
在《现代教育报》2017年12月1日期刊登“让STEAM教育有我们的声音——北京市南磨房中心小学课堂教学改革侧记（二）”专题报道。
四、系统思考，让教育改革面向未来
2016年9月，教育部发布了《中国学生发展核心素养》，“一核心”“三方面”“六大素养”“十八个基本点”，从核心素养细化到学科素养再细化到基本点，从基本点再细化若干小点进入课堂，这是极其复杂的系统工程。作为教育者，我们要识“核心素养”真面目，既要站在最高层全方位透视，又要身在“教学实践”中，这样才能“不畏浮云遮望眼”，才能从复杂的“核心素养”中找到最关键、最必要且居于核心地位的“核心”。
无论是人文底蕴、科学精神、学会学习，还是健康生活、责任担当、实践创新，这六大核心素养都要通过“学会学习”这一关键能力来实现，而“学会学习”的高级目标则是“实践创新”。我们认识到：教育是生活，即要源于生活，用于生活，为了生活。教育是未来，即要面向未来，为了未来，塑造未来。我们三年级的学生现在9岁，到2050年他们的年龄是42岁。也就是说，我们现在的学生将是本世纪中叶的中华民族伟大复兴的主力军。
习近平同志在十九大报告中明确提出：文化自信是一个国家、一个民族发展中更基本、更深沉、更持久的力量。继承革命文化，发展社会主义先进文化，不忘本来、吸收外来、面向未来。更好构筑中国精神、中国价值、中国力量，为人民提供精神指引。
学校的教育需要发展。如何在“不忘本来”的基础上“吸收外来”，更好地“面向未来”呢？
“不忘本来”，需要做好对以往我们的传统教育的目标与宗旨进行真实的思考。我国的传统教育曾经为中华民族的璀璨文化和人类文明做出了巨大的贡献，物质层面的“四大发明”、丝绸之路、浩瀚文物，精神层面的家国情怀、君子人格、魏晋风度、盛唐气象等都给世人留下了难以磨灭的记忆和印象。在教育上，涌现出了孔子、孟子等伟大的教育家、思想家，产生了有教无类、因材施教、学以致用等伟大的教育思想与方法。随着历史的变迁，特别是改革开放的伟大成就，中国与世界一体化加深，应试教育在向素质教育的转型中，多元思想相互碰撞。
因此在开放吸收外来教育思想之前，要做好“本来”的梳理，才能清心明志。应试教育的弊端是显而易见的，但我们应该看到其历史的阶段性、发展性与现实性。
党的教育方针是经历了历史检验与发展的，是党和国家对教育的高屋建瓴的总体要求。因此，我们“不忘本来”，就要时刻牢记党的教育方针，把握时代脉搏，立德树人，全面育人，不忘初心。
“吸收外来”，就要积极地、选择性地吸收外来文化，并将精华渗透到自己的民族文化中。我们学校与加拿大约克大学开展的“STEAM的课程研究”合作项目。其围绕研究性的学习任务，通过自主学习、合作学习、探究学习，培养学生的创新精神和实践能力，从这个角度审视思考教育，对于未来人才综合能力的培养，对于应试教育的传统教育理念的转型有着深刻的影响意义。抓住这一当前教育前沿的理念，就会更好地牵动“发展核心素养”的“全身”。
“面向未来”，就是更远大的目标是要让中国的教育“走出去”“跟得上”“立起来”。我们现在的学生将是本世纪中叶的中华民族伟大复兴的主干。他们置身于“第三次浪潮”飞速发展的当今的信息化社会，浸润着互联网时代成果，未来的发展对当今的教育提出了“赶上、驾驭发展的新时代的创新人才的育人要求”。
只有让我们的学生浸润在随着时代不断前行的教育发展中，才能更好地推动教育的传承与现代先进教育思想的融合与创新，促进不同文明的共同发展。
校园，是教育发芽的地方，是孕育未来的地方。几年坚持下来，STEAM课程建设与实践的研究，促进了干部、教师理念认识的转变，初步改变了单一学科课程和授受式的教学方式，受到了老师、学生们的欢迎。我们相信，通过继续开展良好的国际合作，通过深入的探索与实践，STEAM教育必将在南磨房中心小学落地生根。学校将于2018年6月月份再次召开市级以上级别的现场会，同时还会出版酝酿两年的STEAM教育本土化的书籍。 我们期待，学校干部教师在STEAM教育上的更加精彩的表现，汇聚起来，就是南磨房中心小学教育发展的一道新的亮丽的风景。