本书是一本针对从事STEM教育教学工作者的全面而详实的学习资料。它以STEM理论为指导，以实践为基础，从教育本书系统地介绍了STEM教育的有关内容，主要包括STEM教育的产生及发展历史、STEM教育在世界各国中的具体实施、典型STEM教学模式及其应用、教学活动设计流程和教学研究案例等。     本书采用的各章节内容是基于团队多年从事STEM教育教学实践研究总结的成果，并呈现了丰富的典型案例。在本书每节末尾，我们都设置了“动动脑筋思考”环节，在帮助读者回顾所阅内容的同时激发读者探究更多关于STEM教育的内容。     本书在内容的组织上突破传统的做法，强调阅读的策略性和及时性，使读者在实践操作之前不必通读全书就可以获取所需信息。本书在前言中介绍了全书概貌，整体呈现本书各章节之间的逻辑结构和内容要点，方便读者根据自身需求进行策略性阅读（如老师可以重点选读第1章、第4章和第5章）或即时性阅读（如想了解科技馆STEM科普活动的设计，可以快速定位第4章来参考活动设计详例），以达到个性化、高效率阅读的目的。书中还提供了诸多评价量规的样本、表格、指南、范例和准备性文件，帮助读者实施基于STEM的教育教学及研究。     本书可作为中小学老师、高校老师进行STEM教育教学实践研究的参考书，还可作为教育管理部门相关人士、科研院所及科技馆等STEM教育从业人员的自学用书。

    李艳燕：毕业于中科院计算所计算机软件与理论专业，2005年7月至2007年7月在北京师范大学教育技术学院做博士后，2007年8月至今在北京师范大学教育技术学院担任教授。李老师先后主持国家社科基金、国家自然科学基金项目、北京市教育规划重点课题、北京市重点实验室共建项目等。参与国家重大基础研究计划 973、高等学校科技创新工程重大项目培育资金等多项课题。曾经出版两部专著。Yanyan Li, et al. (Ed.), State-of-the-Art and Future Directions of Smart Learning, Springer, 2016Maiga Chang, Yanyan Li (Ed.), Smart Learning Environments, Springer, 2013

目    录

第1章  什么是STEM教育1

1.1  STEM教育的前世今生1

STEM教育产生的背景1

1.2  揭开STEM教育的面纱2

STEM教育素养2

STEM教育的核心特征4

1.3  为什么要发展STEM教育6

社会转型的现实需要6

未来教育发展新方向7

1.4  从STEM到STEAM8

STEAM产生背景8

STEAM教育理念8

1.5  奥利奥饼干的STEM化身9

奥利奥饼干的科学献身9

奥利奥饼干的工程实践11

奥利奥饼干的数学融合12

参考文献14

第2章  STEM教育的发展15

2.1  国际STEM教育的发展15

美国STEM教育15

芬兰STEM教育17

德国STEM教育18

英国、法国STEM教育19

日本、韩国STEM教育20

2.2  国际STEM教育典范案例20

美国PLTW项目20

芬兰LUMA项目21

德国MINT项目21

日本STEM项目22

2.3  国内STEM教育的发展23

国内STEM教育发展历程23

国内STEM教育研究热点24

2.4  STEM教育聚焦工程教育28

国内工程教育一瞥29

国内工程教育的发展特点35

2.5  STEM教育实践初探37

参考文献39

第3章  STEM创新教学模式41

3.1  STEM创新教学模式——PBL教学模式42

PBL的教学流程44

3.2  STEM创新教学模式——工程设计教学模式45

常见的工程设计教学模式46

典型的工程设计过程47

3.3  STEM创新教学模式——CIL教学模式49

CIL教学模式与STEM教学模式50

参考文献55

第4章  STEM创新教学活动设计57

4.1  PBL教学活动设计58

PBL教学活动设计流程58

PBL教学活动设计案例61

【案例一：净水大作战——设计一个污水处理装置】61

【案例二：“星空的召唤——PBL的望远镜主题教育活动”】66

活动展示：探秘伽利略望远镜72

活动展示：揭秘开普勒式望远镜75

4.2  工程设计教学活动设计79

工程设计教学活动设计流程79

工程设计教学活动设计案例81

【案例一：基于Arduino的智能社区】81

活动展示：马达的转动86

活动展示：我的Arduino智能小车89

【案例二：Building towards the Future】92

活动展示：学习三维坐标系95

活动展示：学生操作真实的三维坐标系97

活动展示：摩天大楼的结构及其设计原理98

活动展示：设计报纸塔——怎样抵御强风99

活动展示：从设计图纸到验证——设计巴尔萨塔100

4.3  CIL教学活动设计102

CIL教学活动设计流程102

CIL教学活动设计案例104

【案例：人工智能教育应用】105

活动展示：小车主题活动——出租车计价器107

活动展示：竞速赛车109

参考文献112

第5章  STEM教学研究实践114

5.1  如何开展STEM教学研究114

基于设计的研究114

5.2  面向STEM的教学评价117

国外STEM教学评价117

国内STEM教学评价119

关于构建STEM评价体系的一些思考120

5.3  工程设计教学研究案例121

工程设计的小学科学STEM教育活动研究123

【活动设计阶段】123

【活动实施阶段】130

【研究结果分析与评价】134

5.4  CIL教学研究案例141

第一轮迭代研究142

第二轮迭代研究143

第三轮迭代研究145

CIL中教学环节设置的变化148

CIL教学模式的效果分析149

参考文献151

第6章  STEM教育的未来与展望153

6.1  STEM教育前行之难153

关于STEM课程154

关于STEM教师的发展158

6.2  STEM教育探索之路160

STEM与VR/AR160

STEM与大数据161

STEM与人工智能161

6.3  STEM教育理想之光162

参考文献164

附录A166

附录B179