变革教育组织形式、建设科技创新类课程，培养具有综合科技素养和深度创新能力人才，已成为一种科技教育战略。
“互联网+”是一种创新驱动发展方式，源于2015年李克强总理的政府工作报告。在“互联网+”时代，技术与教育全面融合，并日益成为人类表达自身智慧的重要内容。如何利用互联网平台和信息通信技术（如，云计算、物联网、大数据等），促进创新型人才培养、支持创新型国家建设，已成为全球竞争力的关键。科学技术的进步深刻地影响着科学教育（STEM）的发展，新媒体联盟首次发布的《2012-2017科学教育技术前瞻》正是以科学技术发展为切入点研究美国的科学教育。[1]
新媒体联盟《地平线报告》认为，未来的1-2年内STEAM教育将在全球兴起。因此，变革教育组织形式、建设科技创新类新课程、培养具有综合科技素养和深度创新能力人才的教育新范式——STEAM教育，将成为知识经济时代一种全球性的科技教育战略。[3]
一、概念界定
（一）STEM教育
STEM是科学（Science）、技术（Technology）、工程（Engineering）和数学（Mathematics）英文首字母的简称，源于1986年美国国家科学基金会的《大学的科学、数学和工程教育报告》，该报告首次提出“科学、数学、工程和技术”教育的纲领性建议，以应对国际人才竞争和经济发展压力下对本国人才培养的反思。[4]STEM教育不是科学、技术、工程和数学知识的简单叠加，而是将这四种学科整合到一种教学范式中，把零碎知识变成相互联系的统一整体，倡导由问题解决驱动的跨学科理科教育，旨在培养学生的科学素养、技术素养、工程素养和数学素养。[5]STEM教育包括了K-12阶段、大学阶段以及研究生阶段的教育，它彰显了一种学习文化，一种偏向工科思维的学习系统，一种趋于能力和智慧叠加的行动学习。
（二）STEAM教育
STEAM教育是由美国弗吉尼亚科技大学学者Yakman在研究综合教育时首次提出，即加强美国K12关于科学、技术、工程、艺术及数学的教育，专门用于建立动手类创造性课程。STEAM教育以项目学习为主要的学习方式，这是在STEM教育基础上延伸的新教育模式，是技术与工程教育和艺术人文教育的融合，旨在推动技术驱动的教学创新。[6]2015年新媒体联盟《地平线报告》（K12版）提出，STEAM学习的崛起将成为未来1-2年技术驱动K12教育的重要趋势。STEAM教育具有跨学科、趣味性、体验性、情境性、协作性、设计性、艺术性、实证性、技术増强性等特征；STEAM教育以整合的教学方式，注重实践和过程，强调解决真实问题；强调知识与能力并重，倡导“做”中“学”；强调创新与创造力培养，注重知识的跨学科迁徙及其与学习者之间的关联。[7]
二、STEAM教育应
用现状
STEAM教育作为一种培养未来综合性人才的教育模式和教育趋势，对于促进教育教学改革具有重要意义。目前，在国际上逐渐掀起一股STEAM教育热潮，美国、加拿大、以色列等国的学校自小学阶段就重视对科学的“体验”，强调在科技领域“做中学”，强调创新能力在“体验”中的提升。当下的STEAM教育研究多体现在教育改革及其应用等领域，已在概念界定、价值体现、人才培养、教育变革、形态变迁、平台搭建、路径对策、比较研究等方面取得了一定的成绩。这里将主要从项目开展、应用领域、产品研发、平台搭建四方面总结梳理。
（1）搭建教育平台
（二）开展多种项目
（三）拓展应用领域
STEAM教育在欧美国家已实行多年，全球1400多家的创客空间显示这个领域强大的前景。国外的STEAM教育多涉及中小学阶段及实践领域，如，联邦教育部和国家科学基金会提出了K-16数学教育方案；哈佛大学专门设立K-12和社区计划部门；美国国会提出了STEMJobsAct给学术研究重点学校STEM领域的博士或硕士国际毕业生；韩国教育科学技术部正在向以STEAM模型为基础的综合技术教育转向；索尼国际教育股份有限公司推出以STEM为中心的教育应用服务及更多的全球化竞赛，并将开放创新教育平台，与各国教育企业、从业者合作，为更多的企业及个人提供教育支持。此外，中国温州中小学正围绕STEAM教育创新进行课程改革；METAS作为儿童创客教育领航者将“体验”和“多元”，从硬件提供、师资培训、课程植入等方面和学校展开全方面合作，展示了STEAM校企合作的新力量；[14]同时，西北工业大学举行“中国梦——3DSTEAM创新教育研讨会”、北京中庆现代技术有限公司协办“STEM教育项目交流研讨会”等活动不断涌现，这充分展现出STEAM教育应用领域不断拓展。
（四）研发教育产品
自从物联网和创客教育进入“科教兴国”战略的议题，越来越多的智能硬件产品进入教育市场。目前主流的STEAM教育是机器人教育、编程教育以及3D打印，多体现为中小学编程类、媒体制作类软件在综合实践课程、信息技术课程、通用技术课程中的应用（如，“Scratch编程”、“3D打印技术”等课程），从而使得科学教育产品不断萌发，如，鲨鱼公园、小牛顿、博识、乐高、乐博、机器人、电子积木智能教玩具、3D产品等。此外，2015年乐高教育和西觅亚公司联合提出“语言文学与工程教育相融合”的双促进理念，推出了“STEAM跨学科学习创新教育理念”的StoryGame：故事创意大赛；[15]上海组建了服务广大青少年科学创新爱好者的STEAMCLUB，旨在将STEAM本土化、课程化和资源配套化；同时，CogentEducation、Zyrobotics和SE3D二家STEM教育创业公司，不断推出教育产品，如，Zyrobotics面向所有孩子设计教育游戏APP，SE3D专门为高中和大学设计生物打印课程，CogentEducation主要面向高中教学。
三、STEAM教育应
用创新路径
STEAM教育是依托物联网、云计算等新一代信息技术打造的智能化教育信息生态系统，是数字教育的高级发展阶段，是破解中国科技教育难题的良方。2015年9月，教育部在《关于“十三五”期间，全面深入推进教育信息化工作的指导意见（征求意见稿）》中提出，通过信息技术促进各学科教学内容和模式的变革，探索STEAM新教育模式，培养学生的信息意识与创新意识，已成为未来五年信息化教学的常态。
STEAM教育需要与“互联网+”融合，制定顶层战略规划，需要网络设施建设和硬件设备的支持，需要开放的管理、以实现数据共享，需要建立完善的保障机制和推进机制、以实现其可持续发展。熊彼特认为，“创新”是将新的生产要素和生产条件的“新结合”引入生产体系。[16]为此，其研究构建了STEAM教育应用的创新路径，该路径可以概括为“一个中心、两种机制、三种资源库、四种技术和四种用户”，如图1所示。
（一）一个中心
“STEAM教育创新应用中心”对开展信息技术支持下的课堂教学模式改革，开展实验室建设，设计教师培养体系，开发校本课程，提升教师现代教育技术应用能力和实验教学能力，开发学科教育技术产品，带动信息化教学的整体飞跃发展，具有至关重要的作用。因此，创新教育要将STEAM教育创新应用中心的建设放在首要位置。中心要提供统一门户、身份认证、数据交换等支持工作，并整合现有的各种教学软硬件资源、教学系统，实现资源按需分配，形成基于统一数据环境的集成的信息平台。[17]
（二）两种机制
（三）三种资源库
资源建设是实现教育系统变革的基础，是教学过程中的重要载体。STEAM教育创新应用需要重点建设学科资源库、开放课程库和管理信息库，以便为产业发展提供优质的教育服务，为专业学习者提供自主学习平台、深化教学改革，推动教育信息化发展。
（四）四种技术和用户
物联网、云计算、大数据及移动互联网是支撑STEAM教育的关键技术。其中，物联网架构起课堂与生活的桥梁，提供了最新的科技与广阔的创新空间；云计算提供了STEAM教育的网络设施和硬件设备集合；大数据有助于分析、处理STEAM教育的信息数据；移动互联网则源源不断地汇聚、接受STEAM教育系统的数据；同时，STEAM教育创新应用系统的建设需要增强现实技术、3D打印技术等技术支持。
此外，教师、学生、社会学习者和教育管理者是STEAM教育创新应用的核心用户。STEAM教育可以为教师提供线上和线下的教学活动，为学生和社会学习者提供学习和资源服务，为管理者提供信息化管理服务，从而变革传统的教学模式、教学方法、教学过程，培养创新型人才和综合型人才。
四、STEAM教育应
用案例及存在
问题的分析
STEAM教育是变革教育组织形式，培养创新型人才、抢占人才高地的核心环节，旨在促进学习者的深度学习、有意义学习和创新学习，培养科技创新人才，解决当前教育最迫切问题。目前，STEAM教育已成为许多国家科学教育政策的主导和研究热点，已逐步应用在基础教育阶段的科技教育课程中。[18]在STEAM教育发展中涌现出了一批重要的项目和机构，如，“项目引路机构”、“STEM教育联盟”、“上海STEM云中心”、“STEM机器人科技创新教育中心”等，但这些机构在推进STEAM教育过程中都在某种程度上遇到了理念、资源、平台、技术等困难，致使STEAM教育成效不显著。因此，有必要探寻这些案例在推进STEAM教育过程中存在的主要问题，挖掘培养学习者STEAM素养和创新实践能力的策略方案，为教育的整体变革提供新思路和新方向，其研究思路如图2所示。
（一）存在的问题
缺乏可行的实施方案
我国教育面临着完成产业转型、提高国际竞争力的巨大挑战。[19]目前，致力于培养实用型、创新型人才的STEAM教育处于发展初期阶段，缺少具体的执行方案，多数成果停留在理论层面；同时，在STEAM教育推进过程中，存在“孤立化”和“学科化”倾向，即将STEAM视为动手课、操作课、实践课等。实际上，STEAM是一种方法论，STEAM教育的践行融合多个学科，需要多维度的顶层设计、建立教育改革生态圈；需要转变人才培养模式和方法，提高创新思维能力，整合科技创新力；需要利用信息技术推进“众创空间”建设，探索创客教育等新教育模式、新创作理念，使学习者具有较强的信息意识与创新意识，以信息技术与教育全面融合作为改革的切入点和突破口；需要加强STEAM教育师资培养，转变人才培养模式，以专业建设为基点、提高学生的综合素养和实践动手能力，为国家提供教育创新人才储备；需要校企合作开设实验室、创办项目，将资源以学生为中心进行重组整合，打造软硬件平台等。
缺少融合的教育资源
要实现学习方式的根本转变，需要建立提供学习质量的条件保障，核心是资源建设。[20]但在我国基础教育课程体系中，理科课程缺乏整合性和现实性，使得学生习得的知识处于高度碎片化状态；当下的STEAM教育缺乏与具体学科的融合，既有的课程资源零散且不规范，分学科的设计思路仍较多地局限于各自领域范围，难以形成科学、完善的课程资源体系。STEAM教育如何将信息技术、通用技术和其它学科课程对接融合，执行起来难度较大；同时STEAM课程发展缓慢，既有的课程仍以知识为核心，课程整合理念的接受度不高，整体理念亟待加强。因此，STEAM资源建设应采用多元化的建设方式及智能化的建设技术，以问题为中心，从科学情境、工业情境及生活情境出发，开发多种类课程，并辅以3D技术、机器人、电子课本等教学材料；同时和拓展型课程、研究型课程对接，将企业的资源和STEAM学校教育资源有机结合，多角度开展创新创造，为不同学习风格的学习者提供不同的学习资源。[21]
专业师资及培养机制匮乏
STEAM教育的核心是培养创新能力的综合性人才，但目前我国的学校教育基本是按照学科分类、以学科为独立的知识体系，这种以知识获取为核心的分科式科技教育模式，为我国培养了大量知识面广、基础扎实的人才，但不利于创新型人才的培养，致使适应国家创新形势、具有教育创新理念、教学应用丰富多样的STEAM教育人才稀缺。此外，STEAM课程讲授难度较大，需要教师有较强的学科知识储备，具备较高的创新、实践能力、人文艺术素养及多元智能；需要定期接受培训，掌握新的知识与技能，并具备多种学科整合的能力，了解领域最新的发展趋势。但目前的技术教师多数仅仅具备STEAM教育的某一方面或几方面，致使STEAM师资力量欠缺，因此，STEAM教育需要建立长效师资培养机制，以持续培养具备学科综合能力的师资队伍，构建以“跨学科、高技术”为主要特征的创新型人才培养与发展机制，培养学习者跨学科综合知识应用能力、创造力和创新能力。[22]
资金及硬件设施不足
当下，以物联网、云计算、大数据等为代表的新一代信息技术的快速发展，正在将教育信息化推向一个新的高度。[23]智慧教学应以智慧学习环境为技术支撑、以智慧学习为基石，智慧学习环境需要硬件设备和软件环境两个层面的支持。[24]为实现创新型人才培养，STEAM教育应增加项目式体验教学，建立实验室、研创室、创新平台等硬件条件，满足学习者多样化学习的需求，培养其科学素养和创新精神；同时，提供开放、共享、立体、云中心的智慧学习平台、创新评价平台、学习空间等硬件平台，实现教育创新和大众创新。此外，通过体感技术、机器人技术、3D技术、增强现实等技术支持，以创设虚实一体、虚实融合的教学情境，实现教学、设计、技术、媒体和商业的融合，开发教育产品，培养学习者跨学科综合知识应用能力、创造力和创新能力。因此，落实STEAM教育需要高质量的硬件设备作为支持和保障，需要大量的资金投入，需要以产学研为目标，通过创新服务平台提供STEAM教育课程资源、学习交流社区、成果作品展示、项目合作等服务。
（二）反思与对策
制定顶层战略规划
“互联网+”时代技术正催生教育理念、教育模式、学习行为、认知方式、学习模式等方面的变革。技术与教育的全面融合需要在课程、资源、教与学、评价等层面进行顶层设计。如何利用互联网平台和信息通信技术，促进创新创造型人才培养、支持创新型国家建设，需要与之匹配的知识体系与人才培养方式。STEAM教育是变革教育组织形式，培养创新型人才、抢占人才高地的一个核心环节，需要全社会的参与合作。加强STEAM教育理论与实践方面的前瞻性研究，制定跨学科综合素质教育发展的政策导向，引导STEAM教育的推广和实践，这是“互联网+”时代教育面临的新机遇和新挑战，也是广大教育工作者必须探讨、不可回避的重大理论和实践问题。[25]为此，STEAM教育需要在以下方面制定实施方案：
与3D打印技术携手
新媒体联盟《地平线报告》（2014高等教育版）指出3D打印技术对教和学有着较大的潜在价值。3D打印技术是一种以三维数字形式立体构造物理对象的快速成型技术，可以将电脑里的虚拟物品转化成现实真实物品。3D打印作为一种学习技术，为教育行业打开了一扇新窗口。[27]3D打印技术基于“设计即生产”理念，通过支持在学习过程中的深度体验与参与，发展学生的创造性思维和跨学科思维，从而构建Solidlearning教学模式、创新课程设计。STEAM教育强调学生的设计能力、批判性思维和解决问题的能力，将3D打印技术嵌入STEAM课程使知识可视化，催生创客式的教学新样态，培养学生的科技素养和数字素养，从而为教育科技创新提供平台，实现平面教育到立体教育的转变。[28]
目前，一些国家和机构正积极探索3D打印技术和STEM教育的融合，以推动技术驱动教学创新。如，2014年科技部国家工业设计产业技术创新战略联盟主办的“中国梦：3DSTEAM创新教育研讨会”，重在探索3D打印机在教学中的应用；HodLipson的Fab@Home项目旨在探索3D打印技术与小学课程的融合，通过创设虚拟学习情境増强对数学和科学抽象概念的理解和应用，促进学生创新能力和动手能力；[2C]美国斯特塔西有限公司推广技术与工程教育的3DPrintingCurriculumSTEAM学习资源包，将3D打印技术、工程设计、科学、数学、艺术等知识实践相互融合，培养学生问题解决、协作、沟通和批判性思维技能。此外，3D打印技术在中小学取得了比较明显的成效，如，SparkTruck为STEM教育计划建造了3D打印机、3D打印机械人M0B0T増强STEM教育、STARBASEMinnesota项目提供STEM训练等。
与创客教育融合
创客具有的知识共享机制、情景化传播手段、游戏型学习方式，可以为学习者提供适时、适地、适当的学习服务，实现无缝化按需学习，[34]尤其是创建实验实践、网络社区等应用平台，有利于创新应用型人才的培养，解决创客时代创业、就业及创新等问题。[35]创客利用信息技术、开源软件、新型生产工具、3D打印机及各种桌面加工设备，转向了一种以用户为中心，共同创新的全新的技术创新模式。从2007年起，全球各地共成立了2000多个创客空间，如温州中学的DF创客空间（DreamFactory&DrivingtheFuture），给学习者提供了3D打印机、学习套件等材料，提供了演讲、Workshop及Makerfaire等活动，通过成立科技制作社，开设“机器人制作”“创意电子”等校本课程，有效满足了有创新想法且爱好动手的学生需求，打造出教育生态下工作坊式“梦想课堂”。[36]
创建创新实验室物联网、云计算和大数据等新一代信息技术的发展，推动了创新2.0模式的发展和演变，致使LivingLab（生活实验室、体验实验区）、FabLab（个人制造实验室、创客）等创新实验室不断涌现。创新实验室是基于科学和设计的开放式问题，遵循学习者的差异化学习过程，利用3D打印等技术强化协作和创造性地解决问题。[37]2015年“STEAM教育与创新实验室建设”研讨活动召开，同时高校的创新实验室建设也在不断推进中，如，麻省理工学院的媒体实验室（MITMediaLab），致力于科学、多媒体、技术、艺术及设计等领域成果转化的研究，鼓励打破学科界限，实现不同研究领域的融合；加州大学伯克利分校的发明实验室，旨在教授交互式产品设计和原型设计方面的工程及新媒体课程，利用开源软硬件搭建产品原型，快速实现创意；国内也创立了如武汉大学的电气实践与创新开放实验室、云南大学无线创新实验室、湖南工业大学的创新设计室验室等创新实验室。
创新教育带动了3D创新实验室热潮，通过3D设计软件和3D打印机操作，创意可以快速从概念变成真实，锻炼了学生的空间思维和创造力思维。与此同时，一些公司企业也纷纷创建创新实验室，如，火柴人创新实验室，运用动手体验式教学方法，培养学生的创新意识和对科学知识的追求探索精神，锻炼领导与团队合作能力，为广大中小学提供物联网教育平台；2008年成立的“比特实验室”是中国首家物联网与STEM创新教育融合的实验室，采用了国际领先的物联网传感电子技术和最具创意的想象力和创造力的培养模式，把科学和艺术紧密联系在一起，锻炼学生的语数外能力和动手创造力，目前，已覆盖全国20个省份300所学校"深圳德普施科技有限公司的“机器人创新实验室”是学校素质教育基地的重要组成部分。
搭建电子书包平台
电子书包是一款致力于提高学生课堂学习效率，培养自主学习能力，提高探究性学习的新技术产品。[38]—方面，电子书包通过增强现实技术的多媒体仿真功能，模拟真实的自然现象，建立虚拟学习环境，并提供人机交互和参数控制，培养学生积极参与、不断探索的精神和科学研究方法，实现个性化、探究性、社会化、情境化、游戏化、自组织、深度的学习，转变教与学方式；[39]另一方面，电子书包通过主动认知加工将信息转化为知识，促进学习者高阶思维发展。作为个人学习平台，电子书包具有的海量资源、结构化知识及随时接入网络的功能为学习者带来学习支持，其优化组合的效果全方位地满足了学习者的需要。
基金项目：本文系江苏高校优势学科建设工程资助项目“江苏师范大学教育学省优势学科建设”（苏政办发[2014]37号）；江苏师范大学博士学位教师科研项目“微课程促进学习方式转变研究”（13XWR001）的研究成果。
作者简介：王娟，江苏师范大学智慧教育学院副教授、博士、硕士生导师，研究方向：现代远程教育、开放课程；吴永和，本文通讯作者，华东师范大学教育信息技术学系副研究员、博士、硕士生导师，研究方向：教育信息化系统与标准、学习技术系统架构、教育新媒体、学习分析。
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