stem培训课件

培训课件年最新STEM2025版欢迎了解科技创新与跨学科教育前沿指引本课件将全面介绍教育的核STEM心理念、实践方法和未来发展趋势，帮助教育工作者建立现代化的教学STEM体系教育概述STEM学科组成发展历程全球影响是科学、技术教育概念于年首次由美国国STEM ScienceSTEM

2001、工程和家科学基金会提出，随后在全球范围内Technology Engineering数学四个学科英文首字迅速推广年，中国教育部开始大Mathematics2016母的缩写这种教育模式强调跨学科学规模推进教育，将其纳入国家教育STEM习和实践应用，培养学生的综合素养和发展战略，推动教育改革创新创新能力课程的核心理念STEM创造力与实用能力培养应用知识解决实际问题问题导向与项目驱动以真实场景激发学习动机知识跨界融合打破学科界限，整合多领域知识教育的核心在于打破传统学科之间的壁垒，通过跨学科知识的有机融合，培养学生综合运用多学科知识解决实际问题的能力在STEM课程中，学生不再是被动的知识接受者，而是积极的问题解决者和知识创造者STEM与传统课程对比STEM对比维度传统课程STEM课程学科关系分科教学，壁垒明显学科交叉，知识整合教学方式教师讲授为主项目实践为主学习重点记忆与理解概念应用知识解决问题评价方式标准化考试过程性评价与成果展示师生关系教师主导师生共同探究合作模式个人学习为主强调团队协作传统课程模式下，各学科教学相对独立，教师以讲授为主，学生主要通过记忆和理解知识点来学习，评价方式也多以标准化考试为主而STEM课程强调学科之间的交叉融合，通过实际项目让学生动手实践，培养解决问题的能力教育的全球发展现状STEM美国在美国，STEM教育已实现K12全覆盖，联邦政府每年投入约140亿美元支持STEM教育发展美国通过国家STEM教育战略计划系统推进STEM教育，建立了完善的课程体系和评估标准英国与澳大利亚英国和澳大利亚已将STEM课程纳入国家必修课程体系，英国实施STEM学习网络项目，连接学校与企业资源；澳大利亚则推出国家STEM学校教育战略，确保所有学生都能接受高质量的STEM教育中国中国已在多个省市设立STEM教育实验校，覆盖百万师生教育部推动人工智能+教育计划，各地建设STEM教育创新基地上海、北京等发达地区已将STEM课程纳入校本课程，形成了特色鲜明的STEM教育模式教育的重要性STEM75%40%85%未来职业薪资水平创新能力未来就业市场中相关岗位的比例专业毕业生薪资高于非专业的平均接受教育的学生创新能力提升比例STEM STEM STEM STEM比例教育对培养世纪核心素养至关重要随着人工智能、智能制造等新兴技术的快速发展，未来就业市场对具备技能的人才需求急剧增加研STEM21STEM究表明，接受系统教育的学生在创新思维、批判性思考和问题解决能力方面表现更为突出STEM国家政策推动2016年教育部发布《教育信息化十三五规划》，首次在国家层面提出大力推进STEM教育，明确将STEM教育作为培养创新人才的重要途径2017年教育部确定首批STEM教育试点省市，包括北京、上海、广东等地，在全国范围内启动STEM教育示范区建设工程2020年《中国教育现代化2035》将STEM教育纳入未来教育发展规划，强调发展基于项目的学习和创客教育2022年双减政策实施后，各地积极推动素质教育，STEM课程作为校内优质课程资源得到更多支持，进一步促进学科融合与创新实践学科结构详解STEM科学技术Science Technology涵盖物理、化学、生物、地球科学等涉及信息技术与数字工具应用•实验探究方法•编程与算法•自然现象解释•数据处理•科学概念与原理•信息素养数学工程Mathematics Engineering作为基础工具与思维方式强调设计思维与实践能力•数学建模•结构设计•数据分析•系统构建•逻辑推理•产品开发流程教育中，四大学科并非简单叠加，而是有机融合、相互支撑科学提供原理基础，技术提供工具支持，工程提供实践平台，数STEM学则贯穿其中，提供解决问题的方法论和思维工具人才需求趋势STEM中国教育的挑战与机遇STEM师资力量薄弱区域发展不均衡目前中国教育面临专业教师短东部发达地区与中西部欠发达地区在STEM缺的挑战，多数教师缺乏跨学科背景教育资源配置上差距明显北STEM和项目式教学经验据教育部统计，上广深等一线城市课程普及率STEM仅有约的科学教师接受过系统的近，而中西部农村地区不足15%80%教育培训，难以满足高质量，教育资源分配不均衡制约了STEM20%课程实施需求教育的全面发展STEM STEM教育资源投入持续增长政府和社会资本正加大对教育的投入十四五期间，国家计划投入超过STEM亿元用于教育基础设施建设和教师培训，为教育发展创造有利条500STEM STEM件民间教育机构也积极参与，提供多元化的课程资源STEM尽管面临挑战，中国教育发展仍展现出巨大潜力随着教育理念更新和政策支持STEM力度加大，教育正逐步走向规范化和普及化未来需要加强师资培训、推动区域STEM均衡发展，进一步释放教育的潜力STEM跨学科融合案例智能小车STEM物理知识应用力学原理、电路设计编程实现Arduino/Scratch控制程序机械结构车体组装与调试成果展示智能避障/循迹小车智能小车项目是一个典型的STEM跨学科融合案例，项目周期为2周，共8课时学生需要应用物理学中的力学、电学知识理解小车运动原理和电路连接；利用编程知识编写控制程序；运用工程设计思维搭建和优化小车结构在项目实施过程中，学生分组合作，经历问题定义、方案设计、原型制作和测试优化等环节教师主要起引导作用，鼓励学生自主探索和解决问题最终，学生不仅掌握了相关知识和技能，还培养了团队协作和创新能力跨学科融合案例气象站搭建STEM探究环境变化（科学）温度、湿度、气压原理EV3编程采集数据（技术）传感器连接与程序编写结构搭建（工程）气象站模型设计与搭建数据统计分析（数学）采集数据可视化与预测气象站搭建项目完美融合了STEM四大学科学生首先学习气象相关的科学知识，理解温度、湿度、气压等气象要素的变化规律；然后利用乐高EV3等编程平台，编写数据采集程序；接着设计并搭建气象站物理结构；最后对收集的数据进行数学处理和分析这个项目为期3周，学生通过亲手搭建气象站，不仅理解了抽象的气象概念，还培养了编程能力、工程思维和数据分析能力项目成果可长期放置在校园，持续收集气象数据，形成学校特色科学活动课堂案例分析打印创新设计3D问题提出与研究学生探讨未来桥梁面临的挑战，研究现有桥梁结构原理和材料特性通过查阅资料和实地考察，明确设计目标和性能要求创意构思与建模学生运用3D建模软件（如TinkerCAD）设计创新桥梁结构，应用物理学和材料力学原理优化设计教师引导学生考虑结构强度、材料使用效率等因素3D打印与测试将设计模型导入3D打印机，学生观察打印过程，了解增材制造原理打印完成后进行承重测试，验证设计的可行性和优化空间改进与展示根据测试结果，学生修改设计并进行二次打印最终以小组形式展示作品，讲解设计理念和创新点，反思整个设计过程中的收获与挑战这个案例充分体现了STEM教育的开放性任务驱动特点在项目过程中，学生不仅学习了桥梁结构力学知识，还掌握了3D建模技术和打印工艺，培养了从概念到实物的设计转化能力教学模式项目式学习（）PBL驱动性问题探究与研究提出真实世界中的复杂问题收集信息，形成解决方案反思与展示创造与实践分享成果，总结经验设计并制作具体产品项目式学习（，）是教育中最常用的教学模式之一它以学生为中心，以真实问题为驱动，强调学生在解决复杂问Project-Based LearningPBL STEM题过程中主动建构知识在中，教师从知识传授者转变为学习促进者，主要负责设计项目、提供资源和指导反思PBL的显著特点是学生主导，教师辅导学生在项目进行过程中需要主动规划时间、分配任务、解决问题，培养自主学习能力和团队协作精神同时，项PBL目成果通常是有形的产品或解决方案，使抽象的学科知识转化为具体的实践应用教学四步法STEM提出问题教师设计或引导学生发现有价值的问题，激发学习兴趣和探究欲望问题应当足够开放，能够引发思考和讨论，同时又具有明确的学习目标和评价标准制定方案学生分组讨论解决问题的可能途径，制定详细的研究计划这一阶段需要明确任务分工、时间安排、所需材料和预期成果，培养学生的规划能力和团队协作精神实施探究学生按照方案开展实践活动，收集和分析数据，构建模型或原型在这个过程中，学生会遇到各种挑战和问题，需要不断调整方案，锻炼问题解决能力和创新思维展示与反思学生展示探究成果，交流学习心得，反思整个过程中的收获和不足教师组织同伴评价和自我评价，帮助学生形成对知识和能力的深刻理解STEM教学四步法是一种结构化的教学流程，帮助教师有效组织STEM课程这种方法强调问题驱动和实践探究，让学生在真实情境中应用所学知识，培养综合解决问题的能力教师能力模型STEM创新教学设计能力整合资源，创造性教学项目管理与指导能力组织、引导学生完成项目科技工具应用能力熟练使用现代教学技术跨学科知识整合能力掌握多学科知识及联系优秀的STEM教师需要具备多方面的能力首先，教师应当掌握跨学科知识，了解各学科之间的内在联系，能够将碎片化的知识整合成有机的整体其次，教师需要熟练掌握各种科技工具，包括编程平台、数字实验设备、3D打印机等现代教育技术项目管理与指导能力是STEM教师的核心素养，要求教师能够设计合适的项目任务，引导学生有序开展探究活动，及时发现并解决问题最高层次是创新教学设计能力，要求教师能够根据教学目标和学生特点，创造性地设计教学活动，激发学生的学习兴趣和创新潜能教学评价方式过程性评价成果性评价关注学生在活动全过程中的表现，重点评估参与度、团队针对学生最终呈现的项目成果进行评价，关注知识应用的准确STEM协作能力、解决问题的策略和创新思维等方面具体工具包括性、产品的创新性和实用性等方面常用的评价方式有•作品展示学生展示自己的设计作品或解决方案•观察记录表教师记录学生活动过程中的关键行为和表现•汇报答辩学生口头陈述项目过程和成果•学习日志学生记录自己的思考过程和解决问题的策略•专家评审邀请相关领域专家对学生作品进行评价•小组互评表组内成员相互评价合作表现和贡献度•成果竞赛组织班级或校级比赛，评选优秀作品•形成性测验阶段性检测学生对核心概念的理解程度•档案袋评价收集学生在项目中的各类作品和反思教育评价强调多元化和全面性，既关注学生的过程表现，也关注最终成果评价标准应当明确、具体，让学生清楚了解预期目STEM标和要求同时，评价结果应当及时反馈给学生，帮助他们认识自己的优势和不足，指导后续学习国内外教材举例STEM优质教材是开展教育的重要支撑《乐高工程课程》是国际知名的教材，结合乐高机器人套件，系统介绍机器人设STEM STEMEV3STEM计与编程知识，中文版已被多所学校采用《创意编程》专注于图形化编程教学，内容生动有趣，适合小学高年级和初中学生使Scratch用英国手册是英国中小学课程的标准教材，涵盖多个主题的跨学科项目，注重培养学生的探究能力和创造力近年来，国KS2STEM STEM内也涌现出一批优质教材，如人民教育出版社的《项目化学习丛书》，结合中国学生特点和课程标准，提供了丰富的教学资STEMSTEM源科技工具应用编程类1Scratch MakecodePythonMIT开发的图形化编程平微软推出的图形化和文本初高中学生编程入门的理台，适合8-16岁学生编程环境，支持想语言，语法简洁，应用通过拖拽积木式代码块完micro:bit等多种硬件平广泛支持数据分析、人成编程，直观易学，可创台界面友好，可平滑过工智能等领域，是STEM建交互式故事、游戏和动渡到JavaScript文本编高阶项目的首选工具画程Arduino IDE开源电子原型平台的编程环境，基于C/C++语法，专为硬件控制设计适合中学生开发电子创客项目编程工具是STEM教育中不可或缺的组成部分，它们帮助学生将抽象的算法思维转化为可视化的程序设计选择合适的编程工具应考虑学生年龄、认知水平和项目复杂度对于低龄学生，图形化编程平台如Scratch和Makecode更适合；对于高中生，可以逐步引入Python等文本编程语言科技工具应用硬件类2Arduino/ESP32开发板micro:bit学生实验包树莓派Raspberry Pi是开源电子原型平台，价格实惠，应由设计的口袋大小计算机，内置矩阵功能强大的单板计算机，运行系统，支持Arduino BBCLED Linux用广泛；则增加了和蓝牙功能，适显示屏、按钮、加速度计等多种传感器适合、等多种编程语言可用于开ESP32WiFi PythonScratch合物联网项目这些开发板可连接各种传感器中小学生入门学习，配套丰富的教学资源和案发机器人、智能监控系统等高级项目对于高和执行器，实现智能控制功能学生可以通过例通过图形化编程即可实现丰富功能，是中生和大学生来说，树莓派提供了接近真实工简单的语言编程，开发智能家居、环境监测初学者的理想硬件平台程应用的开发环境C STEM等创新项目硬件工具为教育提供了实践平台，让学生能够将编程与物理世界连接起来选择合适的硬件平台应考虑教学目标、学生基础和预算限制初STEM学者可以从等简单平台开始，随着能力提升逐步过渡到和树莓派等更复杂的平台micro:bit Arduino科技工具应用工程结构3乐高机械套件乐高Education系列提供多种教育套件，如EV

3、SPIKE Prime等，包含丰富的积木零件、电机、传感器和编程环境这些套件结构稳定，可重复使用，适合开展机器人、自动化系统等项目VEX机械套件专为机器人教育设计的金属结构套件，强度高，适合复杂机械结构的搭建VEX套件配有专业竞赛指南，学校可组织校内比赛，进而参加区域性和全国性VEX机器人竞赛3D打印机现代STEM教室的标配设备，允许学生将设计转化为实体模型通过使用TinkerCAD等建模软件，学生可以设计并打印自己的作品，培养空间思维和创新能力激光切割机用于精确切割纸张、亚克力、木板等材料，可快速制作精美的结构模型结合计算机辅助设计软件，学生能够设计并制作复杂的工程结构，如建筑模型、机械部件等工程结构工具是STEM教育中E工程部分的重要载体，它们帮助学生将抽象的设计理念转化为具体的物理模型这些工具不仅培养学生的动手能力，还锻炼他们的空间思维和工程设计思想学校可根据预算和教学需求，选择合适的工程结构工具，建设多功能的STEM创客空间科技工具应用与物联网4AI图像识别基础实验自然语言处理应用利用开源AI平台如Teachable Machine，使用ChatGPT API或文心一言等大语言学生无需编程即可训练简单的图像识别模型，学生可开发简单的聊天机器人或模型进阶可使用微软Azure认知服务或智能问答系统这类项目让学生体验AI百度AI开放平台，通过简单API调用实现如何理解和生成人类语言，培养对自然复杂的图像分析功能这类实验帮助学语言处理技术的理解生理解AI的基本原理和应用场景物联网智能家居实训结合ESP32/ESP8266等WiFi模块和各类传感器，学生可构建简易的智能家居系统，如远程控制灯光、监测室内环境、智能门锁等通过MQTT协议或物联网平台如阿里云IoT，实现设备互联和数据可视化人工智能和物联网是当前科技发展的前沿领域，也是STEM教育的重要内容通过实践这些先进技术，学生不仅能够了解未来科技发展趋势，还能培养解决实际问题的能力教师可以根据学生年龄和知识基础，设计难度适宜的AI和物联网项目，让学生在动手实践中理解复杂的技术概念课堂组织形态STEM教学空间与教具配置理想的教学空间应当灵活多变，便于小组协作与成果展示创客教室（）是常见的教学场所，通常配备模STEM MakerspaceSTEM块化桌椅、可移动白板、投影设备和足够的电源插座墙面和展示架用于陈列学生作品和项目过程记录，营造浓厚的创新氛围教具配置方面，一个基础的教室应当具备计算机平板设备、编程套件（如、环境）、电子模块（如STEM/Scratch PythonArduino套件、）、结构搭建材料（如乐高套件）、工具箱（含基本电子工具和手工工具）以及各类传感器和执行器高阶实micro:bit STEM验室还可配备打印机、激光切割机、机器人套件等先进设备3D课程规划流程STEM课程目标设定确定核心素养和关键能力，明确知识点和技能要求，参考国家课程标准和STEM教育指南内容架构设计规划学科融合点，设计项目主题和任务序列，确保难度递进和内在逻辑资源与活动准备收集教学材料，准备器材设备，设计具体课堂活动和教学策略评价体系建立制定评价标准和工具，设计过程性评价和结果性评价方案实施与调整执行教学计划，收集反馈，进行必要的调整和优化STEM课程规划是一个系统工程，需要教师团队的通力合作首先，明确课程目标，包括学科知识目标、能力目标和情感态度价值观目标然后，围绕目标设计内容架构，寻找学科之间的自然融合点，避免生硬拼接资源准备阶段需考虑学校现有条件和学生特点，合理选择教学工具和材料评价体系应当多元化，既关注最终成果，也重视学习过程课程实施过程中，教师应保持灵活性，根据学生反应和项目进展情况进行适当调整项目开发实例智能垃圾分类STEM1第一周概念与设计学习垃圾分类知识，研究AI图像识别原理，设计系统方案和功能规划2第二周开发与测试搭建硬件平台，编写识别算法，组装机械结构，进行初步功能测试3第三周优化与展示改进系统性能，完善用户界面，准备演示文档，举行成果展示会智能垃圾分类项目是一个综合性STEM实践案例，项目周期为3周，每周3次课，每次2课时学生需要应用人工智能、机械工程和环保知识，开发一套能够自动识别垃圾类型并进行分类的智能系统在项目实施过程中，学生分组合作，使用AI摄像头识别不同类型的垃圾（可回收、厨余、有害、其他），通过伺服电机控制的机械抓手将垃圾投放到对应的收集箱中整个系统由Arduino或树莓派控制，学生需要编写程序实现图像处理和机械控制项目成果通过自动分类演示和技术报告进行展示和评价学生能力提升路径科学素养技术技能观察现象，提出假设，设计实验，得出结掌握工具，应用技术，解决问题论表达能力逻辑思维清晰阐述，生动展示，有效反思分析问题，推理论证，系统思考团队合作创新实践角色分工，有效沟通，共同创造发散思考，设计方案，创造产品教育为学生提供了全面的能力发展路径科学素养和技术技能是基础，使学生能够理解自然现象和应用现代工具；逻辑思维和STEM创新实践则帮助学生系统分析问题并提出创造性解决方案；团队合作和表达能力则是社会性技能，使学生能够在团队中有效工作并清晰表达自己的想法跨学科整合的常见障碍教师知识局限专业背景单一，跨学科知识不足资源分配不均设备、材料、空间配置不足课程时间冲突学科课时紧张，难以安排跨学科活动评价机制不适应4传统评价体系难以衡量跨学科能力在实施STEM教育过程中，跨学科整合面临多重挑战最突出的是教师知识结构局限，大多数教师接受的是单一学科训练，缺乏跨学科背景和视野，难以自信地指导跨学科项目此外，学校资源分配通常按照传统学科划分，STEM教育所需的综合实验室和设备往往不足课程时间安排也是一大障碍，现有的课程表以学科为单位划分时间，难以为跨学科项目提供连续的时间段同时，应试教育背景下的评价机制主要关注知识掌握程度，不利于评估学生在STEM活动中展现的问题解决能力和创新思维解决跨学科整合难题策略教师团队共备校企/校外资源引入灵活调配课时组建跨学科教师团队，共同备课、与企业建立合作关系，引入行业专整合相关学科课时，创建STEM综协同教学定期开展STEM教研活家指导STEM项目利用社会资源，合课程时段利用选修课、社团活动，分享经验与资源建立线上协如科技馆、创客空间等场所开展校动、综合实践课等时间开展STEM作平台，促进不同学科教师的交流外活动邀请高校教授或研究人员项目实行弹性学习日，每月安与合作参与STEM课程设计与实施排1-2天专门用于跨学科项目创新评价方式开发多元化的STEM评价工具，如项目档案袋、能力量表等引入自评、互评、专家评价相结合的综合评价机制将STEM项目成果纳入学生综合素质评价体系解决跨学科整合难题需要多方面的策略创新教师团队共备是核心策略，通过不同学科教师的协作，可以有效整合各学科知识和教学资源校企合作和社会资源引入则可以弥补学校资源不足的问题，为学生提供更加真实的学习情境典型课案例环保水循环STEM科学原理讲解通过多媒体和实验演示，学生学习水的三态变化、蒸发、冷凝等基本概念探讨水循环的自然过程和环境因素对水循环的影响引入环保话题，讨论水资源保护的重要性和面临的挑战DIY模型制作学生分组设计小型水循环系统，运用回收材料如塑料瓶、管道等搭建模型系统需模拟蒸发、冷凝、降水等过程，并考虑如何收集和净化水资源模型制作过程中应用工程设计原理，确保系统的稳定性和有效性数据记录与分析学生设计实验方案，测量并记录水循环系统中的温度变化、水蒸气凝结速率、水质参数等数据利用电子传感器采集实时数据，通过图表可视化分析结果撰写研究报告，提出改进水资源利用效率的建议环保水循环项目是一个典型的跨学科STEM案例，将科学（水循环原理）、技术（传感器应用）、工程（模型设计）和数学（数据分析）有机融合项目为期2周，共6课时，学生通过亲手制作和测试水循环模型，深入理解抽象的科学概念，同时培养环保意识和解决问题的能力典型课案例太阳能小车STEM竞赛与展示测试与优化组织班级或校级太阳能小车竞赛，比赛机械组装与电路设计学生在不同光照条件下测试小车性能，项目包括直线速度、爬坡能力和耐力赛能源转换知识学习学生根据设计图纸组装小车底盘，安装记录速度、加速度和行驶距离等数据等学生准备技术报告和展示海报，向学生学习太阳能电池的工作原理，了解电机、齿轮和轮子等部件设计并连接分析数据找出设计中的不足，调整太阳同学和家长介绍自己的设计理念和创新光能转换为电能的过程探究影响太阳太阳能电池板、充电控制器和电机之间能电池板角度、重量分布或轮胎摩擦等点能转换效率的因素，如光照强度、入射的电路应用物理学知识优化小车结构，因素通过多次迭代优化，提高小车的角度等比较不同类型的太阳能电池板提高运动效率能源利用效率性能，为选择合适的电池板做准备太阳能小车项目是一个结合物理、电子技术和机械工程的综合性STEM活动通过这个项目，学生不仅能够理解可再生能源的重要性，还能学习能量转换、电路设计和机械传动等知识项目成果直观可见，极大地激发了学生的学习兴趣和成就感典型课案例天气监测站STEM项目概述核心活动天气监测站项目旨在让学生设计并构建一个能够采集和显示多种•传感器应用学生学习并使用温度、湿度、气压、风速等传气象数据的监测系统该项目结合了气象学知识、电子传感器应感器的工作原理和连接方法用、数据处理和可视化技术，是一个典型的跨学科项目STEM•数据实时采集利用Arduino或ESP32等开发板编程，实现多种气象数据的自动采集和存储项目适合初中高年级和高中学生，为期周，每周次课，每•结果可视化开发数据显示界面，通过LCD屏幕或网页应用32-3展示实时气象数据和历史趋势次课时学生分组合作，每组人，配备必要的电子元件1-24-6和工具•环境分析基于收集的数据，进行天气预测和环境分析，撰写研究报告天气监测站项目的实施分为三个阶段准备阶段，学生学习相关知识，明确任务目标；开发阶段，学生搭建硬件平台，编写程序代码；应用阶段，学生收集和分析数据，形成研究结论整个过程中，学生需要综合应用科学、技术、工程和数学知识，培养跨学科思维和实践能力国际大赛案例分享STEM国际大赛为学生提供展示创新能力的舞台（）乐高机器人竞赛是全球规模最大的青少年机器人赛事之一，STEM FLLFIRST LEGOLeague分为机器人挑战赛和创新研究项目两部分参赛队伍需要根据年度主题（如可持续城市、太空探索等）设计和编程机器人完成任务，并开展相关社会问题的研究机器人竞赛则更注重工程设计和竞技性，参赛学生需要设计、构建和编程机器人，在比赛场地中完成特定任务并与对手对抗VEX2024年创新项目主题关注环保和可持续发展，要求参赛队伍设计解决方案应对环境挑战这些国际赛事不仅提高了学生的技术能力，还培养了团队协作和跨文化交流能力创意思维训练方法思维导图思维导图是一种可视化思考工具，通过树状分支结构展示概念之间的关系在STEM教育中，学生可以使用思维导图进行头脑风暴、整理项目计划、梳理知识结构等培养学生利用思维导图的习惯，有助于提高他们的发散思维和知识整合能力头脑风暴法头脑风暴是一种集体创意思考技术，鼓励学生自由表达想法，不做批判和评价STEM项目初期，教师可组织头脑风暴会议，让学生针对项目主题提出尽可能多的创意关键规则包括鼓励数量、欢迎奇思妙想、禁止批评、允许组合改进他人想法5W1H问题法5W1H指What（是什么）、Why（为什么）、When（何时）、Where（何地）、Who（谁）和How（如何）六个维度的问题这种方法帮助学生全面分析问题，确保考虑到各个方面在STEM项目中，学生可以用5W1H框架来定义问题、收集信息和规划解决方案创意思维是STEM教育的核心素养之一，对培养学生的创新能力和问题解决能力至关重要除了上述方法外，SCAMPER法（替代、组合、调整、修改、其他用途、消除、重组）、六顶思考帽等技术也可以在STEM教学中灵活运用，帮助学生打破思维定势，产生创新性解决方案工程设计流程（）EDP设计方案明确问题构思多种可能的解决方案定义需求和约束条件构建原型制作初步的实物模型展示与反馈测试优化分享成果并收集意见评估性能并改进设计工程设计流程（Engineering DesignProcess，EDP）是STEM教育中E（工程）部分的核心方法论，它提供了一个系统化的框架来解决实际问题与科学探究不同，工程设计更注重创造满足特定需求的解决方案在STEM课程中，教师应引导学生完整体验EDP的各个环节从明确问题开始，学生需要理解问题的本质和限制条件；然后通过头脑风暴等方法设计多种可能的解决方案；接着选择最佳方案并构建原型；通过反复测试和优化改进设计；最后展示成果并反思整个过程这种迭代式的设计思维对培养学生的创新能力和解决复杂问题的能力非常重要家庭活动推荐STEM自制火山爆发自测空气质量利用小苏打和醋的化学反应模拟火使用简易材料制作空气质量检测山喷发现象家长可以和孩子一起器准备白色卡片和凡士林，将凡用纸浆或黏土制作火山模型，在顶士林均匀涂抹在卡片上，放置在不部开口处放入小苏打，加入红色食同环境中数天，观察灰尘颗粒附着用色素的醋液引发喷发活动中情况，比较不同区域的空气污染程可以讨论化学反应原理和真实火山度可以结合环保知识，讨论减少的地质知识空气污染的方法家庭编程小游戏利用等图形化编程平台，父母和孩子共同设计简单的互动游戏从基础的Scratch动画制作开始，逐步增加游戏规则和交互功能这类活动不仅培养编程思维，还能增进亲子关系，共同享受创造的乐趣家庭活动是学校教育的重要补充，可以在轻松的氛围中培养孩子的科学兴趣和探究STEM精神理想的家庭活动应当简单易行，材料容易获取，过程有趣，同时蕴含丰富的STEM科学原理父母在活动中应当扮演引导者和参与者的角色，而不是指导者，鼓励孩子提出问题，自主探索答案课程与素质教育融合STEM素质教育目标STEM课程实现方式具体案例培养学习主动性问题驱动，学生自主探究水质监测项目学生自行设计实验方案强调动手实践制作原型，实际操作智能家居模型学生亲手搭建和编程提升问题解决能力面对开放性挑战，寻找多种解节能设计竞赛创新节能产品决方案设计培养创新精神鼓励创意，允许失败和迭代创客马拉松48小时内完成创新产品发展合作意识团队协作，角色分工机器人足球赛团队合作完成比赛任务STEM教育与素质教育在理念和目标上高度契合，都强调培养全面发展的人才STEM教育通过跨学科项目和实践活动，自然而然地融入了素质教育的核心要素在STEM课程中，学生是学习的主体，他们主动参与知识建构，而不是被动接受；他们通过动手实践，将抽象知识转化为具体技能；他们面对真实问题，培养解决复杂问题的能力STEM教育还特别注重培养学生的创新精神和团队协作能力在项目过程中，学生被鼓励提出创造性的解决方案，勇于尝试新方法；同时，他们需要在团队中有效沟通，分享资源和责任，形成合作共赢的意识这些都是素质教育所倡导的核心素养教师培养与发展STEM校本研修与在线培训学校可建立STEM教师学习共同体，定期开展校本研修活动，如教学观摩、案例研讨、技能培训等同时，教师可利用国家和地方教育部门提供的在线培训平台，如国家教师发展平台、学习强国等，参加STEM相关课程，提升专业能力STEM教师资格认证目前国内外已有多种STEM教师专业认证，如美国的STEM教育认证、新加坡的STEM教师能力框架等中国教育部也在推动建立STEM教师专业标准和认证体系教师可通过参加认证培训和考核，获得专业资质，提升职业发展空间优秀教师案例分享建立STEM教育优秀教师库和案例库，通过教育期刊、媒体平台和教师论坛，广泛分享成功经验组织STEM教育优秀教师巡回讲学，发挥示范引领作用鼓励教师参与STEM教育研究项目，将研究成果转化为教学实践STEM教师的专业发展是STEM教育质量的关键保障与传统学科教师不同，STEM教师需要具备跨学科知识、项目管理能力、技术应用能力和创新教学设计能力教师培养应采取多元化方式，包括职前培养、入职培训和在职发展等多个环节，形成完整的教师成长路径学生参与与激励机制成果展示（校内外）徽章激励、学分制度定期举办STEM成果展示会，邀请家建立STEM能力徽章系统，学生完成长、社区成员和专业人士参观创建特定项目或掌握特定技能后获得相应STEM走廊，长期展示优秀学生作徽章设立STEM学分制度，将学生品组织学生参加区域性、全国性乃参与STEM活动情况纳入综合素质评至国际性STEM展览和比赛，扩大影价优秀表现可获得加分或特殊荣誉，响力如年度STEM创新之星等STEM营地/社团活动开设多样化的STEM主题社团，如机器人社、创客社、科学探索社等，为学生提供课余参与机会在寒暑假组织STEM主题营地，邀请专业人士指导，开展沉浸式学习体验与科技企业合作，组织学生参观和实习，了解STEM在实际工作中的应用有效的激励机制对提高学生参与STEM活动的积极性至关重要好的激励机制应当尊重学生的内在动机，强调学习过程的乐趣和成就感，而不仅仅依靠外部奖励通过成果展示，学生能够获得社会认可和自我肯定；通过徽章和学分系统，学生能够清晰地看到自己的进步和成长；通过丰富多彩的社团和营地活动，学生能够在轻松愉快的氛围中深化STEM学习课程融入与前沿科技AI人工智能体验课程智能硬件与大模型应用设计适合不同年龄段学生的体验课程，从基础概念到实际应将智能硬件和大语言模型等前沿技术融入课程，拓展学生AI STEM用低年级学生可通过游戏化活动理解基本原理，如图像识别学习边界引入物联网设备、可穿戴技术等智能硬件，让学生设AI游戏、简单的语音助手交互等高年级学生可尝试使用开源平计和开发创新应用指导学生合理使用等大模型工具AI ChatGPT台，如、等，训练简单辅助学习和创作，培养素养和批判性思维Teachable MachineMIT AppInventor AI的机器学习模型，体验开发过程AI•智能家居系统设计整合多种传感器和执行器•人脸识别互动装置学习计算机视觉基础•ChatGPT辅助研究学习提示工程和信息验证•聊天机器人设计了解自然语言处理•AI艺术创作探索人工智能与创意表达•数据分析与预测应用机器学习算法将与前沿科技融入课程，不仅能够激发学生兴趣，还能帮助他们适应未来技术发展关键是教师要把握适当的难度和深度，AI STEM避免技术使用流于表面同时，要注重培养学生的技术伦理意识和批判性思维，帮助他们理性看待新技术的优势和局限素质测评工具STEM教育与职业规划STEMK-12STEM教育兴趣培养与基础能力建设高等教育专业选择深化STEM领域专业知识职业资格认证获取行业认可的专业资质STEM相关职业工科、科技、医疗等行业STEM教育与未来职业发展密切相关，尤其在当前科技快速发展的时代根据最新数据，STEM相关职业在中国就业市场中占比逐年提升，平均薪资水平高于非STEM职业30%以上典型的STEM相关职业包括人工智能工程师、数据科学家、生物技术研究员、智能制造工程师、医疗技术专家等学校应当加强STEM教育与职业规划的结合，为学生提供职业发展指导可以邀请STEM领域的专业人士进行职业分享，组织企业参观和实习机会，开设职业规划课程等同时，鼓励学生参加STEM相关竞赛和获取技能证书，这些经历和证书对未来升学和就业都有积极影响教育公平与区域推广案例STEM乡村学校STEM支教项目资源共享云平台移动STEM实验室多所重点高校联合开展的科技支教行动，选派大学教育部与科技企业合作开发的STEM教育资源云平由科教协会和企业赞助的科技大篷车项目，将生志愿者和STEM教育专家前往乡村学校，开展为期台，收集整理优质STEM课程资源，包括教案、视STEM实验设备装载于专用车辆，定期前往偏远地区1-2周的STEM主题教学活动项目提供便携式STEM频、虚拟实验等，面向全国学校免费开放平台还提学校开展科学实验和STEM活动每辆科技大篷车配教具套装，培训当地教师，建立长效机制目前已覆供远程教研和在线培训功能，帮助欠发达地区教师提备专业指导教师和多套实验设备，能够满足各年龄段盖全国20多个省份的500多所乡村学校，惠及学生超升STEM教学能力截至2024年，平台注册用户已学生的STEM学习需求项目已在西部12个省区建立过10万人超过50万，资源下载量突破1000万次常态化运行机制教育公平是STEM教育推广面临的重要挑战目前，中国城乡之间、区域之间的STEM教育资源差距明显通过支教项目、资源共享平台和移动实验室等创新模式，可以有效促进STEM教育资源向欠发达地区流动，缩小教育差距未来，应进一步加大政策支持力度，建立多元化的STEM教育资源供给机制，确保每个孩子都能享有优质的STEM教育机会校企融合与社会资源合作行业专家进校园企业赞助项目课程分享前沿技术和职业经验企业提供资金、设备和专业指导企业参观与实习了解真实工作环境和流程社区资源整合高校实验基地对接科技馆、图书馆等公共设施合作利用高校先进设备和研究资源校企融合是推动STEM教育发展的重要途径，能够有效整合学校和社会资源许多企业如华为、腾讯、阿里巴巴等都设立了STEM教育支持计划，为学校提供资金、设备和课程资源这些合作不仅拓展了学校的教育资源，也为企业培养了未来的人才储备高校实验基地对接是另一种有效的资源整合模式许多高校向中小学开放实验室和创客空间，提供专业设备和指导同时，社区资源如科技馆、图书馆等公共设施也可以成为STEM教育的重要场所通过多方合作，形成学校、企业、高校、社区共同参与的STEM教育生态系统，为学生提供多元化的学习机会未来教育发展趋势STEM85%70%AI辅助个性化学习虚拟现实应用利用人工智能技术实现学习路径定制VR/AR技术在STEM教学中的普及率65%远程实验普及通过网络操作真实实验设备的覆盖率未来STEM教育将呈现智能化、个性化学习的发展趋势人工智能技术将广泛应用于学习分析和教学过程中，系统可以根据学生的学习数据自动调整教学内容和进度，提供量身定制的学习路径预计到2030年，85%的中国STEM课程将融入AI辅助教学元素虚拟现实VR和增强现实AR技术将极大丰富STEM教学手段，使学生能够沉浸式体验难以在现实中实现的场景，如探索太空、深海或微观世界远程实验技术的普及则将打破时间和空间限制，让更多学生能够操作高端实验设备，参与真实的科学实验这些技术的发展将使STEM教育变得更加生动、高效和普惠典型师资培训课程架构实践反思与专业发展持续改进教学实践教学实践与案例分析应用所学进行实际教学项目式教学方法培训掌握STEM特色教学策略学科知识与技能更新夯实跨学科知识基础有效的STEM教师培训应当采用金字塔结构，从基础知识到实践应用再到专业反思，逐层递进在学科基础层面，培训内容包括跨学科知识更新、前沿科技介绍和技术工具应用等，帮助教师构建扎实的知识基础在教学方法层面，重点培训项目式学习、问题导向教学、设计思维等STEM特色教学策略，以及学习评价和课程设计方法实践操作层面则通过微格教学、教学实践和案例分析等形式，帮助教师将理论转化为实践最高层次是专业反思与发展，引导教师形成自我更新的能力，持续提升教学水平整个培训过程应当注重实践性、互动性和持续性常见问题与解答STEM对学生学业成绩有何影响？如何降低STEM教育的设备门槛？研究表明，参与高质量STEM教育的学生在传STEM教育不一定需要昂贵设备可采用低成统学科考试中也表现更好STEM教育培养的本替代方案，如使用回收材料和日常用品进批判性思维和问题解决能力对各学科学习都有行工程设计；利用免费的在线编程平台如积极影响上海市教育科学研究院2023年的Scratch替代硬件编程设备；使用手机APP替跟踪研究显示，参与STEM课程的学生数学平代专业传感器；借助公共图书馆和社区创客空均成绩提高

12.5%，科学成绩提高

15.3%，语间的资源；开展纸笔设计和思维挑战活动，培文成绩也有

5.7%的提升养设计思维关键是创新教学设计，而非依赖高端设备如何平衡STEM与应试教育的关系？STEM教育与应试教育并非对立关系可以通过以下方式实现平衡将STEM元素融入现有学科教学，如数学中的建模应用；利用课后和周末时间开展STEM社团活动；设计与考试内容相关的STEM项目，强化知识理解；制定合理的时间规划，避免与重要考试冲突；向家长清晰说明STEM教育对学科学习的促进作用，获得支持除了上述问题，教师和家长还经常关心STEM教育的评价标准、适合的起始年龄、不同性别学生的参与度等问题针对这些疑问，学校可以组织STEM教育宣讲会，邀请专家解答，并展示学生的STEM学习成果，增进各方对STEM教育的理解和支持推荐教育资源平台STEM中国STEM教育网由教育部基础教育司支持建设的官方STEM教育资源平台，提供政策文件、教学案例、视频课程等资源平台设有教师社区，便于经验交流和资源共享定期更新国内外STEM教育最新动态和研究成果，是教师了解STEM教育发展趋势的重要窗口国际STEM教育协会（中国分会）提供国际先进STEM教育理念和方法，组织专业培训和认证协会定期举办国际交流活动，邀请海外STEM教育专家来华讲学出版中文版STEM教育期刊和教材，翻译引进国际优质STEM教育资源，促进中外STEM教育交流与合作数字化实验平台集成各类虚拟实验和远程实验资源，学生可通过网络进行科学探究平台提供物理、化学、生物、地理等学科的数字化实验，支持数据采集、分析和可视化还包含AI辅助教学工具，如智能题库、个性化学习路径推荐等功能，帮助教师实现精准教学此外，还有许多优质的STEM教育资源平台值得推荐，如创客中国（提供创客教育资源和项目）、科学松鼠会（科学普及和STEM活动指南）、编程猫（青少年编程教育平台）等教师可以根据自己的教学需求，选择合适的平台获取资源和支持学校也可以建立STEM资源库，收集和整理各类资源，方便教师使用教育走进未来课堂STEM智能设备普及未来STEM课堂将实现智能设备全覆盖，每个学生都能使用平板电脑或可穿戴设备进行学习教室配备智能传感系统，自动收集学习数据；交互式显示屏和全息投影技术使教学内容更加直观生动；智能机器人助教协助教师进行个别化指导，提高教学效率个性化学习路径基于大数据和人工智能技术，STEM教育将实现高度个性化学习系统能够分析每个学生的学习风格、兴趣点和能力水平，自动生成个性化学习计划教师角色从知识传授者转变为学习设计师和引导者，为学生提供个性化的项目选择和挑战任务数据驱动教学决策教育大数据分析将成为STEM教学的重要支撑教师可以实时获取学生学习过程数据，了解每个学生的学习状态和进展；通过可视化分析工具，快速识别学习难点和教学盲区；基于数据预测模型，提前发现可能出现的学习问题，实施针对性干预无边界学习空间未来STEM学习不再局限于传统教室，而是扩展到多元化的学习空间学校、家庭、社区、企业和自然环境都将成为STEM学习场所；虚拟现实和增强现实技术打破物理限制，让学生能够亲临任何地点进行探索；全球联网的学习社区使学生能够与世界各地的同龄人合作解决问题未来STEM教育将充分利用科技手段，创造更加智能、个性化和沉浸式的学习体验技术的进步不仅改变教学方式，也将重塑学习空间和评价方式教师需要不断更新知识和技能，适应这一变革，引导学生在科技支持下实现更深入、更有意义的学习总结与行动建议教师行动主动学习STEM教育理念和方法，参与专业培训，进行跨学科合作，开发创新课程，记录和分享教学经验学校行动制定STEM教育发展规划，配置必要设备和空间，建立教师激励机制，组织校内STEM活动和竞赛，评估和改进STEM课程实施效果家长行动了解和支持STEM教育理念，配合学校STEM活动，在家庭中创造STEM学习环境，鼓励孩子参与科技活动和竞赛，培养科学兴趣社会行动企业提供资源和专业支持，政府加大政策和资金投入，高校开展研究和培训，媒体宣传STEM教育理念和成果，形成全社会共同推进的良好氛围STEM教育是培养创新人才、提升国家竞争力的重要途径它不仅关乎学生的个人发展，也关乎国家的未来要实现STEM教育的全面推广和深入发展，需要教师、学校、家长和社会各界的共同努力教师是STEM教育的核心实施者，需不断提升专业能力；学校是STEM教育的重要载体，应创造良好的实施环境；家长的理解和支持是STEM教育成功的关键因素；而企业、政府和社会各界的参与则为STEM教育提供了广阔的资源和平台让我们携手共进，为每一个孩子提供优质的STEM教育机会，培养他们的创新精神和实践能力，助力他们成为面向未来的创新型人才，共同迈向全民科学素养提升的新征程！。