摘 要：科学教育专业科学学科核心素养的养成对学生科学素养与综合素质的提升有着重要作用。STEM教育是培养科学学科核心素养的有效途径，可基于两种方式进行：一是构建符合科学教育专业人才培养需求的STEM课程;二是开展融入STEM教育理念的科学学科活动。作者以科学教育专业地理课程教学为例，进行了基于STEM教育综合发展学生学科核心素养的教学实践探索。
关键词：科学教育专业;科学学科;学科核心素养;STEM教育
中图分类号：G420 文献标志码：B 文章编号：1673-8454（2019）22-0072-03
为了更好地落实教育部提出的《中国学生发展核心素养》，培养符合国家发展需要以及具备终身发展与适应未来社会关键生存能力的人，学科核心素养已经主导了当下新一轮的课程与教学改革。在分科教学体制下，科学学科（物理、化学、生物、地理等相关学科）核心素养的养成对提高学生的科学素养与综合素质发挥着不可替代的作用。但在高等教育领域，围绕科学学科核心素养的研究还较为缺乏。对于以培养中小学科学教师为目标的科学教育专业来说，物理、化学、生物、地理等相关科学课程属于核心专业课程，学生学科核心素养的养成尤其要被关注和思考。
一、科学教育专业的科学学科核心素养分析
1.科学教育专业的科学学科核心素养框架
学科核心素养是学科育人价值的集中体现，是学生核心素养在特定学科（或学习领域）的具体化，学生学习该学科（或特定学习领域）之后所形成的具有学科特点的关键成就[1]。不同科学学科对核心素养的养成有着不同侧重点，如何培养学生科学学科核心素养成为科学教育领域的研究热点。借鉴2018年教育部对高中阶段各科学学科核心素养的权威界定，科学教育专业的科学学科核心素养体系如表1所示。结合该专业科学学科的教学内容与学生核心素养发展需求来看，该界定对科学教育专业的人才培养具有很好的适用性和指导意义。但从学段和专业发展需求分析，科学教育专业学生的科学学科核心素养培养应具有自身的特点。
2.科学教育专业的科学学科核心素养特点
（1）拓展性
相较于基础教育、中等教育阶段，科学教育专业的科学课程教学专业性更强，难度更大。对该专业学生的科学学科核心素养培养应该有着更高的要求，要在素养习得的广度和深度上得到更进一步的拓展和提升。如要求学生具有跨学科知识的横向融合与迁移转化能力，能够综合运用知识解释与解决复杂实际问题的能力等。教师应当思考如何在教学中通过有效的途径拓展其高阶思维，促进深度学习，帮助学生养成高阶的科学学科核心素养。
（2）專业性
高等教育阶段科学学科核心素养的培养必须结合学生的专业特色与职业岗位需求，为学生的专业和就业服务。科学教育专业学生作为师范生，有着当代大学生和未来科学教师的双重身份，在发展其科学核心素养的教学中，应尽可能对接中小学科学教学的知识与技能需求，促进其专业素养的提升，如培养学生科技制作和科学实验的指导与创新能力。
二、基于STEM教育理念发展学生科学学科核心素养的适切性分析
STEM教育强调通过项目式学习方式将科学、技术、工程与数学进行有机融合，被公认为“有助于培养学生的科学探究能力、创新意识、批判性思维、信息技术能力等未来社会必备的技能和创新能力”，是培养学生核心素养的最好载体[2]。而这些能力也是进行科学探究活动的重要组成部分，在科学学科教学中，以STEM教育的理念指导科学探究活动的设计和实施不仅适切，且极有必要[3]。STEM教育与科学教育的融合是国内开展STEM教育实践的主要方式，也是科学教育领域教育改革的主要方向。
1.STEM教育是培养科学学科核心素养的良好载体与途径
科学、技术、工程与数学四门学科具有很好的相通性和渗透性，能很好地实现跨学科知识的有机整合。融入STEM教育理念的科学学科教学与传统的科学课相比，能让学生在真实情境中聚焦工程任务，综合运用多学科知识与数学工具、技术手段解决现实问题，更好地培养学生STEM素养与学科核心素养。加上STEM教育具有跨学科特性和STEM+的可延伸性，如融入艺术（Art）的STEAM等出现，使得STEM项目涉及的内容可包罗万象，更好地帮助学生在综合素养上进一步提升，体现科学学科核心素养的高阶性。
2.STEM教育在科学学科教学中需要关注学科核心素养
有学者提出STEM教育带有强烈的社会功利性色彩，应该去除功利化，回归教育的本质[4]。而通过以学科核心素养为导向，在STEM教学过程中兼顾学科核心素养的培养目标，能帮助教师避免过度使用偏向于应用工程模型的STEM项目，追求STEM产品的生产，因而更好地实现科学学科的育人价值，把握好科学教育的本质。因此，融合STEM教育理念的科学教育应重点关注科学学科的核心素养。
三、基于STEM教育发展科学学科核心素养的策略
在科学教育专业中，基于STEM教育理念发展学生科学学科核心素养可通过两种策略：一是构建符合专业人才培养需求的STEM课程，在教学中兼顾STEM素养与科学核心素养;二是开展融入STEM教育理念的学科活动，延伸STEM学习的场所和时间，综合发展学生核心素养。
1.构建符合科学教育专业人才培养需求的STEM课程
包括跨学科整合知识构建系列成熟的STEM项目，形成一门独立、稳定的STEM课程以及分别在物理、化学、生物、地理等相关科学课程中引入系列符合学科主题特色的STEM项目，促进科学课程的STEM化。科学教育专业开设的科学类课程比较全面丰富，在深度整合多学科知识设计STEM项目并建设STEM课程方面具有独特的优势。在STEM教育的发展趋势下，STEM项目走向课程化成为一种必然[5]，更符合当下科学教育专业人才培养的需要，将能更大程度地发挥STEM教育的人才培养价值。
2.开展融入STEM教育理念的科学学科活动
由于课时有限，要保证学生合作探究的充分性和深入性，很难在单独的学科教学中完成数目众多的STEM项目，因此STEM教育活动需要向课外延伸，结合学科活动等形式继续开展，以便更好地发挥STEM教育的功能。科学教育专业的特色学科活动主要有科技节、科普讲解比赛、科技场馆参观体验活动、野外科学调研活动、课外科学兴趣小组活动等。融入STEM理念的学科活动，是对STEM课程教学的有意义补充。
四、教学实践案例分析
地理课程是科学教育专业的核心课程之一，地理核心素养是该专业学生科学素养的重要组成，对促进其核心素养与专业素养的提升具有重要意义。教育部界定的地理核心素养包含人地协调观、综合思维、区域认知、地理实践力四个要素，很好地凝练了地理学科的育人价值。以小学科学教育专业地理课程为例，在基于STEM教育发展学生地理核心素养的课程教学实践中，从以下两方面进行了探索与反思。
1.促进地理课程的STEM化，综合培养地理核心素养
促进地理课程的STEM化，将有利于优化地理课程体系，更全面综合地培养学生的地理核心素养。以小学科学教育专业教材《地球空间与科学》为例，对接小学科学教材内容，构建或引入地理主题特色的系列STEM项目，如表2所示。
通过地理课程的STEM化，短、中、长期的STEM项目相结合，并涵盖了模型制作、模拟实验、工程设计与制作等丰富多样的项目内容与形式，使学科知识进一步系统地整合，学生的思维可得到多维度的激发和训练，STEM素养与地理核心素养的培养目标得到了更准确的体现。STEM化的地理课程成为一种对学生地理核心素养的养成产生整体效应、综合效应、持续效应的课程。
2.开展融入STEM教育理念的地理学科活动，延伸地理核心素养培养的空间与时间
在地理学科活动中选择贴切的主题开展渗入STEM理念的项目活动，如在地球日或世界环境保护日的宣传活动中，开展STEM项目“未来海上城市设计活动”，渗透人地协调观;在科技馆组织学生参观体验地理STEM项目，感受科技的魅力;在“地质构造”“观察岩石”等地理野外调查与实践中，将“褶皱与断层的模型制作”“岩石的模拟制作”项目由课堂调整至野外，并让学生尝试科学绘画，考察学生对地质构造和岩石的观察能力，同时呈现更丰富多样的学生作品;在地理兴趣小组课外活动中，可以将课时要求较多或难度更大的地理STEM项目延伸过来，如将基于STEM理念的24节气课程内容中较高阶的子项目在兴趣小组活动中进一步深入拓展，满足部分学生的个性化学习需要。
以“测量太阳高度角”的地理兴趣小组活动为例（见表3），本着课程为学生专业服务的指导理念，结合教科版小学科学教材中有关古代日晷发明、光和影等教学内容，设计了基于STEM理念的“简易太阳高度角测量器的制作及测量”的工程任务。由于在课堂中实施将受到实验条件的限制，只能通过手电筒等模拟阳光等方式进行太阳高度角的模拟测量。因此借助地理兴趣小组的课外活动，灵活利用了课余时间、场外空间以及自然阳光进行长时间的观测和记录，并生成更完善的STEM研究报告，进一步增加学生的探究兴趣和成就感。
“測量太阳高度角”的STEM项目基于真实情境的问题而创设，并对接了地理教学内容与小学科学教材内容，富有趣味性和挑战性。学生在合作探究中借助信息技术手段和数学方法，辅助工程项目的顺利开展，实现知识的迁移运用，解决来源于真实情境的地理问题，侧重综合思维和地理实践力的发展，从而兼顾学生的STEM素养与科学核心素养培养目标。通过将“测量太阳高度角”的任务延伸至课后，以及指导学生像科学家一样撰写研究报告，进一步拓展提升学生的高阶素养。
总之，通过地理学科活动开展STEM项目的学习，与课堂教学及课堂STEM项目学习相辅相成，打破了时间和空间等限制，可更好地满足学生的个性化学习需求。
STEM教育是当前引领世界教育改革的先进理念。基于STEM教育的科学学科教学，将促进各关联学科教学设计、教学内容整合、教学模式与策略的创新与优化，有利于课程综合化，从而提升学科育人价值，协同共促科学教育专业的发展。同时，通过发挥STEM教育在培养创新思维、解决问题能力等方面的独特功能，将有力促进科学教育专业学生科学学科核心素养与专业素养的提升，进一步帮助学生适应未来社会生存与发展。
参考文献：
[1]强春春，宋蕊，占小红.我国高中科学学科核心素养透视[J].化学教学，2017（7）：15-20+25.
[2]中国教育科学研究院STEM教育研究中心.中国STEM教育白皮书[R].北京：中国教育科学研究院，2017：1-33.
[3]夏莉颖，钟柏昌.试论STEM教育的两种取向与四种方法[J].中小学数字化教学，2018（9）：8-11.
[4]袁磊，赵玉婷.STEM教育的冷思考：STEM教育与STS教育的辨析[J].现代远距离教育，2017（5）：30-35.
[5]叶耀，柏毅.STEM项目课程化的探索与思考[J].基础教育参考，2018（19）：3-6.（编辑：鲁利瑞）