序

日新月异的科学技术已把我们带入飞速发展的人工智能和大数据时代，时代背景的急剧变革给教育不断提出新的挑战。2018年9月，习近平总书记在全国教育大会上发表重要讲话，指出“培养什么人”是教育的首要问题。强调“要在增强学生的综合素质上下功夫，教育引导学生培养综合能力，培养创新思维。”

《中国学生发展核心素养》框架中提出中国未来人才所必须具备的六大核心素养，也是以“人的培养”为宗旨，没有指向具体的学科领域，而是以“跨学科素养”形态存在。

《中国公民科学素质基准》中提到，具备较好科学素质的中国公民应该“知道用系统的方法分析问题、解决问题”；应该“具有基本的科学精神，了解科学技术研究的基本过程”；应该“具有创新意识，理解和支持科技创新”。

STEM课程融合了多个与科技创新相关的学科，以提高实践创新能力为重点，能够较好地回应这些要求。20世纪80年代美国国家科学委员会创新性地提出“科学、技术、工程和数学”（STEM）学科集成战略。近几十年来美国等国家相继出台一系列相关报告不断推动STEM深入发展。STEM教育发展至今，不仅包括科学、技术、工程和数学，还可以根据不同的实际任务，将STEM与艺术、写作、医学、人文等多学科知识有机整合在一起，做到更广泛的跨学科融合。

STEM教育以解决现实问题为指向，以探究和设计为主线，对过程的注重甚于结果。这样的学科集成对于学生来说完全打破传统的学习方式，可以更大程度地提高学生对所学知识跨学科整合的应用能力，培养他们应用创新思维、发现问题和解决问题的能力。

STEM教育被引入我国十余年来，已有一批教育研究者和一线教师们在这一领域进行了有益的探索与实践。虽然目前尚未列入学校的必修课，仅在小范围学校学生中开展，但在这些开创性的探索中，涌现了一批具有区域和校本特色的本土化优秀案例，形成了一些切实有效的教学经验，构建了各具特色的STEM跨学科教学模式。这些有益的尝试为以单学科为主的学校教育提供了重要的补充，为培养学生的核心素养和全方位育人探索了有效路径。

本书创作团队的成员都是多年来在STEM教学和研究领域坚持探索的一线实践者。编写者在教学实践中创生出了一批经典的教学案例。这些案例经过多轮实践优化，具备非常高的借鉴价值；在成书的过程中又进行了精心的筛选、提炼和打磨。这些案例不仅跨越和综合了物理、化学、生物、考古、工程等学科的要素，同时还融合了科学方法、表达交流、观察能力、模型构建等综合素养和能力方面的要素。案例的呈现方式也按照科学探究的环节来展开，依次是活动准备、提出问题、猜想与假设、设计实验、任务拆解、得出结论和交流评估。这些设计方方面面都渗透了STEM教学所倡导的培养跨学科创新型人才的育人理念。

创新思想应该从孩提时期就开始启蒙，在孩子们的心中埋下科学的种子，长大后才能收获果实。在孩子们稚嫩的探究中给予引导、教会他们科学的探究方法，长大后才能用这些方法去探索科学前沿。

最后，希望本书中来源于教育一线的鲜活案例能为广大STEM教师的教学或孩子们的自主学习提供有益的参考和借鉴。也期待越来越多优秀的跨学科本土化的STEM教学案例能够不断涌现。

上海市师资培训中心党委书记、主任

2019年10月