序

STEM是科学（Science）、技术（Technology）、工程（Engineering）和数学（Mathematics）的缩写，它是一种新的教育模式，其最核心的特征是：以学生为中心、解决真实情景问题、跨学科知识整合。

为什么要开展STEM教育呢？STEM教育可以被理解为一种工程技术驱动的教育模式。在教学过程中，要求利用技术手段激发和简化学生的创新过程，通过技术表现多样化成果，从而激发学生的创新能力，培养学生善于运用技术解决问题的能力，增强驾驭复杂信息、进行建模与计算的能力，从而支持深度学习的发生。

在STEM中，有必要强调S（科学）不仅是指科学知识，更包含科学方法和科学精神。为什么这么说呢？一方面是因为传统教育以传授知识为主，很多人容易把科学理解为科学知识，这样容易评测；另一方面科学知识本身是不断被更新淘汰的，而科学的方法和科学精神是推导科学发展的动力。

例如古埃及的天文学家托勒密（约90—168，C. Ptolemaeus）提出了地心说；哥白尼（N.Copernicus,1473—1543，波兰）在天文观测的基础上提出了“日心说”；近代人类则发现宇宙还在膨胀之中……如果问宇宙的中心在哪里？一千年前的标准答案是“地球”，三百年前的标准答案是“太阳”，而现在的答案是不知道。实际上，我们对宇宙的认识，正是人类对绝大部分未知世界认识的一个缩影。

从这个例子中可以看出：人类的认识是在不断前进的。因此，通过STEM教育，不仅让学生掌握知识，更重要的是学会处理问题的方法和探索精神，未来才能更好地探索未知世界，为国家为社会做出更大的贡献。

近年来，深圳在信息化教育、STEM教育、创客教育等方面进行了大量探索尝试，一大批基础教育的教师在教育实践中设计了生动有趣的STEM课程，本书就是他们成果的总结。

本书聚焦于一个个具体的STEM项目，包括了STEM目标、任务（背景、需求）、设计（设计思想、流程设计、结构设计）、制作（工具材料、步骤）、评价（美观、合作、动手能力）、拓展（知识拓展、职业拓展）等环节。采用情景导入的方式，让学生感到亲切自然；思维导图的应用让学生了解不同环节的关联；采用身边简单、容易获取的工具和材料，不受地域和条件的限制；设计和制作环节是认知建构的过程，通过设计促进知识的融合与迁移运用；设计出的创意作品是学生获得成就感的重要方式，也是维持和激发学生学习动机、保持好奇心的重要途径；评价环节考察了团队合作、美观等因素，引入了人文艺术（Arts），实际上已经从STEM扩展到STEAM；拓展环节很有特色，让学生了解不同的行业特点。

当然，STEM教育在国内还处于探索、整合阶段，本书只是体现了作者对STEM教学的理解，课程的设计总体来说内容略显单薄，还有很多提高改进之处，部分案例似乎不用数学也能处理。总而言之，开展STEM（以及未来的STEM+）教育，除了传授知识，更注重让学生了解在科学知识背后的探寻过程和方法，是极有意义的尝试。

高云峰

写于清华园

（高云峰，博士，硕士生导师，清华大学航天航空学院教授，力学专家，中国力学会理事，青少年科普教育专家。）