【STEM省培報(bào)道之四】打造Z-STEM河南范式 探索AI+STEM教育路徑

　　2024年12月23日，河南省2024年義務(wù)教育師資薄弱環(huán)節(jié)改善暨中小學(xué)教師素質(zhì)提升工程萬(wàn)名優(yōu)秀中青年教師培育計(jì)劃小學(xué)科學(xué)班進(jìn)入第四天，通過(guò)劉明、李西峙兩位專家的主題報(bào)告和實(shí)踐指導(dǎo)，引導(dǎo)學(xué)員著力打造Z-STEM河南范式，積極探索AI+STEM教育路徑。

Z-STEM教育的研究與實(shí)踐

　　上午，北京國(guó)培京師教育科學(xué)研究院STEM教育研究中心專家、河南省STEM教育研究中心專家團(tuán)成員、河南省科學(xué)教育名師劉明，為學(xué)員們作了《Z-STEM教育的研究與實(shí)踐》的主題報(bào)告。

　　一、STEM教育與課程的初識(shí)

　　劉明老師指出，STEM課程是指有意識(shí)地將知識(shí)、技能、原則或價(jià)值觀應(yīng)用于多個(gè)學(xué)科，并通過(guò)一個(gè)明確的核心主題、問(wèn)題、過(guò)程、現(xiàn)實(shí)經(jīng)驗(yàn)或?qū)I(yè)應(yīng)用展示出來(lái)，進(jìn)而設(shè)計(jì)而成的涵蓋科學(xué)、技術(shù)、工程與數(shù)學(xué)領(lǐng)域的整體課程。而STEM教育的特點(diǎn)是：注重跨學(xué)科學(xué)習(xí)，以工程實(shí)踐為主線，面向真實(shí)情境的項(xiàng)目或問(wèn)題的學(xué)習(xí)，強(qiáng)調(diào)合作學(xué)習(xí)，倡導(dǎo)科學(xué)評(píng)價(jià)方式。

　　劉明老師介紹說(shuō)，河南省STEM教育研究中心自2017年12月成立以來(lái)，開(kāi)展全省中小學(xué)STEM教育調(diào)研指導(dǎo)活動(dòng)，打造河南特色的Z-STEM教育實(shí)踐新樣態(tài)，召開(kāi)河南省首屆STEM教育大會(huì)，組建河南省STEM教育專家團(tuán)隊(duì)，發(fā)揮鄭州師范學(xué)院的科研陣地作用，探索構(gòu)建我省STEM教育協(xié)同創(chuàng)新機(jī)制，提升我省中小學(xué)科學(xué)教師STEM教育素養(yǎng)。在此基礎(chǔ)上，還要深入實(shí)施全省中小學(xué)教師STEM教育素養(yǎng)提升工程，扎實(shí)推進(jìn)“造創(chuàng)中原”河南省Z-STEM教育實(shí)驗(yàn)，認(rèn)真籌劃2025年第二屆河南省STEM教育大會(huì)等。

　　二、Z-STEM造創(chuàng)教育的初識(shí)

　　什么是造創(chuàng)教育？劉明老師解讀說(shuō)，它以創(chuàng)造力培養(yǎng)為核心目標(biāo)，以造“物”為實(shí)踐行為和表現(xiàn)形式，將技術(shù)運(yùn)用、工程設(shè)計(jì)和實(shí)際需求聯(lián)系起來(lái)，促進(jìn)學(xué)生問(wèn)題解決能力的提升和創(chuàng)新創(chuàng)造能力的發(fā)展。其有兩大屬性：以培養(yǎng)創(chuàng)造力為核心目標(biāo)，是技術(shù)與工程教育的一種新范式。那么，“創(chuàng)造”與“造創(chuàng)”的關(guān)系是什么？雖然二者表面看起來(lái)只是語(yǔ)序的改變，而實(shí)際上卻有著本質(zhì)的區(qū)別?！皠?chuàng)造”是創(chuàng)新的過(guò)程和結(jié)果，范圍較廣；“造創(chuàng)”是制作和創(chuàng)新結(jié)合的過(guò)程，相對(duì)聚焦。

　　劉明老師認(rèn)為，Z-STEM教育的著眼點(diǎn)在哪里？協(xié)同創(chuàng)新，構(gòu)建STEM教育生態(tài)；立德樹(shù)人，培養(yǎng)STEM素養(yǎng)；立足本土，建設(shè)教師和課程資源。Z-STEM課程的特點(diǎn)是：激發(fā)興趣，保持樂(lè)觀；基礎(chǔ)學(xué)科知識(shí)的融通和遷移；動(dòng)手能力與基本工程素養(yǎng)培養(yǎng)；問(wèn)題解決與邏輯思維能力的初步培養(yǎng)；合作學(xué)習(xí)與初步的溝通能力；培養(yǎng)創(chuàng)造力；生活化場(chǎng)景的應(yīng)用；基礎(chǔ)信息素養(yǎng)的建立；系統(tǒng)思維的滲透；多樣化和過(guò)程性的評(píng)價(jià)等。

　　三、Z-STEM工程實(shí)踐

　　劉明老師指出，2022年版的義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)相較于2017年版，在范圍、內(nèi)容、性質(zhì)、理念、目標(biāo)和內(nèi)容上都有顯著的更新和變化，特別是技術(shù)與工程領(lǐng)域中提到的兩個(gè)核心概念：技術(shù)、工程與社會(huì)，工程設(shè)計(jì)與物化。而STEM視域下的工程實(shí)踐，要充分挖掘科學(xué)課程中的工程元素，將工程教育嵌入科學(xué)教育、勞動(dòng)教育等課程，并嘗試圍繞工程主題開(kāi)展跨學(xué)科教學(xué)，讓兒童在快樂(lè)學(xué)習(xí)的過(guò)程中培育最基本的工程意識(shí)。

　　建筑之始，產(chǎn)生于實(shí)際需要，受制于自然物理，非著意創(chuàng)制形式，更無(wú)所謂派別……”從梁思成所著《中國(guó)建筑史》的前言為切入口，劉明老師提出了Z-STEM課程的實(shí)施原則及組織，并列舉了建筑環(huán)境，農(nóng)業(yè)和生物技術(shù)，計(jì)算、自動(dòng)化、人工智能和機(jī)器人，材料轉(zhuǎn)化與加工，運(yùn)輸與物流，能源與動(dòng)力，信息與通信，衛(wèi)生與醫(yī)療等Z-STEM課程系列案例。

　　四、指導(dǎo)家庭參與，促進(jìn)Z-STEM教育質(zhì)量提升

　　劉明老師指出，教育部等十七部門(mén)近期聯(lián)合印發(fā)了《家校社協(xié)同育人“教聯(lián)體”工作方案》，確保政府統(tǒng)籌、部門(mén)協(xié)作、學(xué)校主導(dǎo)、家庭盡責(zé)、社會(huì)參與的協(xié)同育人工作機(jī)制更加完善。而在Z-STEM教育指導(dǎo)家庭參與方面，要有效建立家庭參與策略，重視家庭參與產(chǎn)生的作用，建立家校合作模式，形成促進(jìn)Z-STEM教育質(zhì)量提升的合力。

　　劉明老師最后表示，期待學(xué)員們能堅(jiān)持做到學(xué)習(xí)與實(shí)踐相結(jié)合，研發(fā)本土化Z-STEM教育資源，參與Z-STEM教育相關(guān)的課題研究，成為Z-STEM教育體系建設(shè)的有力推動(dòng)者。

　　鄭州市上街區(qū)新建小學(xué)雷雨老師點(diǎn)評(píng)說(shuō)，聆聽(tīng)了劉明老師的精彩報(bào)告，讓我對(duì)STEM教育的起源、發(fā)展，以及在中國(guó)、中原地區(qū)的落地，有了更加清晰的認(rèn)識(shí)。尤其是劉明老師深入淺出地對(duì)STEM教育與科學(xué)教育融合的實(shí)踐研究，讓我受益匪淺。他從課標(biāo)解讀、學(xué)科特征、孩子成長(zhǎng)特點(diǎn)等角度，設(shè)計(jì)的一個(gè)個(gè)貼近生活的技術(shù)與工程項(xiàng)目，對(duì)于一線教師更具指導(dǎo)意義，可操作性極強(qiáng)。希望以后能聽(tīng)到更多來(lái)自一線專家教授的指導(dǎo)與分享。

AI賦能STEM工程啟蒙教育

下午，在鄭州師范學(xué)院崇仁樓二樓百人機(jī)房，深圳市帕拉卡科技有限公司創(chuàng)始人、董事長(zhǎng)李西峙為學(xué)員們作了《AI賦能STEM工程啟蒙教育》的實(shí)踐指導(dǎo)。

　　李西峙：深圳市帕拉卡科技有限公司創(chuàng)始人、董事長(zhǎng)，NPL計(jì)算機(jī)神經(jīng)元語(yǔ)言創(chuàng)始人，3D引擎ParaEngine開(kāi)發(fā)人，“十二五”國(guó)家重點(diǎn)圖書(shū)出版規(guī)劃項(xiàng)目《相似性和相似原理》作者之一，擁有軟件著作權(quán)及PCT國(guó)際專利50多項(xiàng)，開(kāi)創(chuàng)的Paracraft平臺(tái)被應(yīng)用于教育領(lǐng)域，輻射學(xué)生已超過(guò)200萬(wàn)人。

　　“人工智能時(shí)代，人類應(yīng)該如何學(xué)習(xí)、探索、創(chuàng)造？”李西峙首先提出這個(gè)問(wèn)題，讓學(xué)員們進(jìn)行思考。他從自身經(jīng)歷出發(fā)，分享了從7歲開(kāi)始自學(xué)編程，從零到無(wú)窮大的經(jīng)歷，引導(dǎo)學(xué)員要如何正確分析教育-工具-人才三者之間的關(guān)系。

　　作為《相似性和相似原理》作者之一，李西峙認(rèn)為，相似原理首先區(qū)分了自然事物與非自然事物，并闡述了精神世界的基本規(guī)律是相似之力。相似原理為教育學(xué)提供了新的理論框架：知識(shí)其實(shí)是對(duì)動(dòng)畫(huà)的控制力，思維是大量動(dòng)畫(huà)（記憶）的時(shí)間起點(diǎn)不斷對(duì)齊的過(guò)程?；凇跋嗨圃怼钡睦碚摶A(chǔ)（人類學(xué)習(xí)與機(jī)器學(xué)習(xí)的本質(zhì)），他提出：人腦=記憶+思維，計(jì)算機(jī)=3D動(dòng)畫(huà)+編程。為此，他以NPL語(yǔ)言為原點(diǎn)，20年來(lái)構(gòu)建了一套工業(yè)級(jí)、自主開(kāi)源的AI創(chuàng)作工具與開(kāi)發(fā)者生態(tài)，并將（元宇宙）世界模型與大語(yǔ)言模型進(jìn)行結(jié)合，研發(fā)出paracraft+keepwork的AI時(shí)代的個(gè)人創(chuàng)作工具。

　　在談到“AI如何賦能STEM”這一問(wèn)題時(shí)，李西峙介紹了AI校園網(wǎng)站——端側(cè)教育大模型AI創(chuàng)作平臺(tái)。它具有四大特點(diǎn)：可孿生、可計(jì)算、可沉浸、可生成，并且具有四大功能：顯著提升教師教學(xué)及科研能力，構(gòu)建校本特色的數(shù)字教材；顯著提升學(xué)生自主學(xué)習(xí)及創(chuàng)作能力，構(gòu)建學(xué)生個(gè)人成長(zhǎng)與作品檔案；顯著提高學(xué)校數(shù)智化能力，構(gòu)建中國(guó)教育大模型校園節(jié)點(diǎn)；顯著提高師生身心健康水平，構(gòu)建師生身心健康數(shù)據(jù)庫(kù)。

　　STEM是科學(xué)、技術(shù)、工程、和數(shù)學(xué)四門(mén)學(xué)科英文首字母的縮寫(xiě)，但是STEM代表的不是它的字面意思，而是一種全新的教育理念、教學(xué)模式和評(píng)估方法。為此，李西峙提出了基于ARCS動(dòng)機(jī)模型的STEM課程設(shè)計(jì)：“ARCS”是Attention（注意）、Relevance（關(guān)聯(lián)）、Confidence（信心）和Satisfaction（滿意）四個(gè)英文單詞首字母的縮寫(xiě)。在AI大模型和教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型的大背景下，李西峙帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)完善并重寫(xiě)定義了ARCS教學(xué)理論模型；公開(kāi)了4個(gè)基于可計(jì)算文檔的Agent工具，并取得了若干教學(xué)應(yīng)用成果。

　　在整個(gè)下午的學(xué)習(xí)中，學(xué)員們不僅驚嘆于一個(gè)個(gè)妙趣橫生的案例，更欣喜的是還能夠參與其中，親身體驗(yàn)“AI+STEM”的奇妙之處。如何在帕拉卡場(chǎng)景中添加3D圖片呢？來(lái)，欣賞“Jingqi的畫(huà)展”案例中的Markdown到3D場(chǎng)景，在這個(gè)3D藝術(shù)展覽的宇宙中，藝術(shù)不再是平面的畫(huà)布，而是立體的世界，引領(lǐng)我們走進(jìn)無(wú)限創(chuàng)意與想象的空間。還有“文生3D”的PBL案例，在帕拉卡智慧教育云平臺(tái)，通過(guò)幾個(gè)關(guān)鍵詞或一段文字就能自動(dòng)生成一部動(dòng)畫(huà)片，真是大開(kāi)眼界、其樂(lè)無(wú)窮。

　　“通過(guò)這節(jié)課的學(xué)習(xí)，我深刻體會(huì)到‘AI+STEM’這個(gè)創(chuàng)新模式的巨大魅力。AI技術(shù)的引入，不僅讓課程內(nèi)容更加豐富多元，還極大地提升了教學(xué)的互動(dòng)性和趣味性。孩子們?cè)谔摂M實(shí)驗(yàn)、智能機(jī)器人等項(xiàng)目的實(shí)踐中，不僅鍛煉了動(dòng)手能力，更培養(yǎng)了創(chuàng)新思維和解決問(wèn)題的能力。同時(shí)，通過(guò)觀看李老師的演示以及我們自己的實(shí)際操作，深切地體驗(yàn)到了寓教于樂(lè)的教育模式。這次學(xué)習(xí)讓我更加堅(jiān)信，AI與STEM教育的結(jié)合，將為孩子們的未來(lái)開(kāi)啟無(wú)限可能。非常感謝李老師的講解，使我受益匪淺?！甭尻?yáng)市洛寧縣第一實(shí)驗(yàn)小學(xué)高小瓊老師點(diǎn)評(píng)道。