STEM教育通过项目驱动的教学方式，让学生在解决问题的过程中学习。教师首先给学生创设一个现实情境下的主题，通过师生交流讨论，设定项目内容和项目具体的任务。项目最终的产出是多样化的，可以是一篇论文，也可以是一个作品。
科学（Science）、技术（Technology）、工程（Engineering）、数学（Mathematics）4个学科的英文单词的首字母凑在一起，就成了一个新的热词——STEM。STEM是来自美国的一个教育概念，是科学、技术、工程、数学多学科融合的综合教育。STEM课程在国际上一般被称为“综合课程”。
注重跨学科与多学科融合
STEM课程最重要的特点就是跨学科、多学科的融合，也就是说，这个课程中涉及的问题，往往需要综合两个以上学科方能解决。
STEM教育主要通过项目驱动的教学方式，让学生在解决问题的过程中学习。通常的方式是，教师首先给学生创设一个现实情境下的主题，通过教师、学生交流讨论，明确问题，设定项目内容和项目具体的任务。学生根据项目的任务进行规划，调研相关领域的进展，分析项目的可行性，制订研究计划，建立理论模型并经过编程模拟、数值计算、原型机设计、测试反馈、分享交流讨论等流程后完成项目。项目最终的产出是多样化的，可以是一篇论文，也可以是一个作品，这主要依据项目的领域而定。
STEM教育主要的教学目的不仅是为了让学生更好地理解和应用学科知识，同时也是为了提高学生分析问题、解决问题的能力，为应对未来的挑战做好准备。学科教育一般是纵向的教育，如数学、物理、化学、地理、生物，都是纵向的,而培养人同时还需要横向的教育，需要各个学科融会贯通，需要综合各方面的知识、能力。如果一个人拥有驾驭纵横交错的知识网络的能力，他未来便能应对更严峻的挑战，承担更大的责任。人们常认为中国人的创新能力较弱，我认为有一个原因可能是，中国的学生从小学到大学接受的都是孤立的单一学科的知识和技能，缺少跨学科的教育，缺少举一反三、创新使用的能力，从而导致他们的创新之路越走越窄。
STEM这样一种教育方式和课程，毫无疑问对于培养学生的科研创新能力、动手实践能力是非常有利的。从培养分析能力的角度看，STEM是一种非常好的学习方式和教育方式。这也是世界各国都在开展STEM教育并一抓到底的原因。有些国家甚至把STEM教育上升到国家战略的层面，把这种能够培养具有未来竞争力人才的教育方式放在重要位置。
STEM教育同样可以激发学生的学习动力。所有参与这个项目的学生，带着问题和任务调动各学科的知识，多感官参与，既动脑又动手，深入挖掘潜力，促进思维发展。STEM学习，通过挑战性的激励，激发学生的学习动力，能提高学生的学习能力和综合素养。除此之外，它还能培养学生的团队合作意识。一个STEM专题或者项目，往往涉及多个环节，需要分析、设计、实验、完善，甚至是对结果（产品）进行包装。这不是一个或者两个人能完成的，需要多个人共同研究，密切配合，合作攻关。在这个过程中，亟须合理分工、共同参与，这是对合作意识和团体协作能力的锻炼提升。
注重师资培养与课程管理
几年前，有人提出将STEM加上A（Art，艺术），STEM发展成STEAM。我觉得艺术的重要性是显而易见的，因为科学和艺术本来就不分家。在培养学生的过程中，艺术教育有两点非常重要而且是其他学科不可替代的作用。其一是对学生审美能力的培养，学生艺术修养和审美能力的提高，对于未来的人生、科学研究都是非常重要的。其二是艺术教育能够让孩子们“打开”自己，展示想象力，培养表现力，这是艺术教育特有的价值。
现在甚至有人认为应该强调学生的阅读能力，于是在STEAM中又加入了R（Reading），变成了STREAM。其实这类课程叫什么名字并不重要，重要的是把握课程的核心理念，那就是要培养学生以综合视角解决真实世界中问题的能力。而作为学校，应积极为学生搭建一个多学科、多视角、以解决实际问题为取向的综合发展平台。
STEM课程现在很火，各地许多学校都在争相开设STEM课程。是不是每个学校都适合、都有能力开展STEM教育？我深切地感受到，要大力发展STEM教育，最大的制约因素是没有足够的优秀教师。长期以来，分科教育越分越细，教师的专业越来越窄，而综合是STEM教育的根本特性，因此解决问题的办法要依靠团队合作。在美国，一个老师能搞定一个项目，在中国可能就需要五六个老师，多学科老师联合在一起完成某个项目。
STEM教育要处理好五种关系
在中小学开展STEM教育，除了要解决好师资这个瓶颈问题，还需要认真处理好以下几个方面的关系：
第一，要清楚STEM课程和常规课程之间的关系，了解STEM课程所处位置。目前STEM课程的唯一合法地位，就是学校的选修课，我们不能用STEM课取代某门常规课程，因为它的知识和系统性还要差一些。我们开设这个课程，不仅仅是为了让学生学习知识，而是为了培养孩子的综合素养和创造能力。
第二，要处理好单一学科的学习和STEM教育之间的关系。STEM课程与单一学科课程所学的知识需要匹配。如果这个项目所用的数学知识，学生要一年之后才可以用到的话，那么学生学习的效果肯定不尽如人意，因此需要对相关STEM课程进行重新设计。也就是说，我们设计的STEM课程要和学生的知识结构、能力结构、认知能力匹配，要分年级、分阶段设置不同的STEM课程。
第三，要考虑中高考与STEM教育的关系。我们当然希望未来STEM课程能够育人有效，但是首先要做到的是选人有用。否则，STEM教育是不可能得到持续发展的。在中国的教育领域里，仅仅靠情怀和理念是很难通达天下的，如果说发展STEM教育带来的结果是学生中高考成绩很差，那STEM教育还会有生存空间吗？还有机会发展吗？既然这个东西好，就要显示它的作用。学校不能告诉孩子的父母说现在孩子中高考成绩差点没关系，等到20年、30年以后效果就显现出来了，他们能相信吗？等得起吗？不过，清华附中的实践证明，参与这些项目的学生，文化课考试的成绩不仅没有受到影响，反而有所提高。
第四，要考虑国际水平与本土特色的关系。STEM想要在中国推广开来，并发展好，首先需要有顶层设计，国家层面应有相关标准和评价、管理制度；其次，要有灵活的机制，因为STEM教育是一种高理念、高投入的教育，所以需要有一个良好的机制维系好整个STEM系统在中国基础教育中的发展，这需要多方合作，方能达到共赢效果。
（作者系清华大学附属中学校长、清华大学数学科学系教授）
