本书立足于教育改革与创新人才培养的时代背景，深入探讨了STEAM教育理念与地方课程资源开发的深度融合。全书共八章，从STEAM教育的内涵概述出发，系统阐述了其融入课程体系的路径、主题项目学习的设计以及核心素养的培育。重点针对高中通用技术、人工智能、教育机器人及信息技术等具体学科，提供了详实的教学设计案例与实践研究成果，理论与实践紧密结合，为一线教师和教育研究者提供了极具参考价值的行动指南。

第一章 STEAM 教育概述 ……………………………………………………… 1 

第一节 STEM 教育和 STEAM 教育…………………………………………… 1 

第二节 STEM 教育和 STEAM 教育在各国的发展 …………………………… 2 

第三节 STEAM 教育的内涵 ………………………………………………… 4 

第四节 STEAM 教育的理论依据 …………………………………………… 5 

第五节 STEAM 教育的特征 ………………………………………………… 8 

第六节 STEAM 教育和创客教育 …………………………………………… 9 

第二章 STEAM 教育理念融入课程体系 ……………………………………… 12 

第一节 融合 STEAM 理念的课程体系 ……………………………………… 12 

第二节 STEAM 教育存在的问题 …………………………………………… 30 

第三节 STEAM 理念下课程体系建设的保障路径 ………………………… 32 

第三章 创新建设教学组织与学习空间 ……………………………………… 37 

第一节 STEAM 理念下的主题式教学设计 ………………………………… 37 

第二节 基于核心素养的 STEAM 教育 ……………………………………… 41 

第四章 STEAM 教育理念下的学与教设计 …………………………………… 48 

第一节 基于核心素养的 STEAM 项目式学习: 设计框架与实施要点 …… 48 

第二节 多学科整合教学设计 ……………………………………………… 53

第五章 基于 STEAM 教育理念的高中通用技术课程教学设计与实践研究…… 61 

第一节 基于 STEAM 教育理念的高中通用技术课程 

教学设计模式初步构建 …………………………………………… 61 

第二节 基于 STEAM 教育理念的高中通用技术课程 

教学设计模式实施与效果评价 …………………………………… 66 

第三节 研究总结与展望 …………………………………………………… 82 

第六章 STEAM 理念下人工智能课程教学设计研究 ……………………… 84 

第一节 STEAM 教育理念下人工智能课程教学设计……………………… 84 

第二节 教学活动实施及效果分析 ………………………………………… 91 

第三节 研究总结与展望 …………………………………………………… 95 

第七章 基于 STEAM 教育理念的教育机器人高中校本课程研究 ………… 97 

第一节 基于 STEAM 教育理念的教育机器人高中校本课程开发 ……… 97 

第二节 课程案例的教学设计 …………………………………………… 104 

第八章 基于 STEAM 教育的高中信息技术课程教学设计与实践研究 … 110 

第一节 基于 STEAM 教育的高中信息技术课程教学流程设计 ………… 110 

第二节 基于 STEAM 教育的高中信息技术课程教学的有效性分析 …… 117 

参考文献 ……………………………………………………………………… 123

第一章STEAM教育概述

众所周知，随着科技的发展，每年都有很多科技创新成果被应用在生产和生活中。互联网、物联网、人工智能和智能制造的蓬勃发展，使传统产业加速转型升级，相关领域对人才的需求也在不断变化。在这样一个日新月异的时代，创新型人才已成为全球竞争的核心，各个国家要想在激烈的国际竞争中占据优势，保持其在全球科技创新领域的领先地位，就需要培养一流的科技人才和创新型人才。

第一节STEM教育和STEAM教育

随着社会发展的智能化，如何培养积极适应新的社会要求、引领未来世界的青少年成为教育界的焦点，STEM教育为我们提供了先进的方式。儿童对科学、技术、工程、数学和艺术等领域的理解，往往建立在一系列共同的概念之上，将其整合在一起，共同组成了STEAM教育。STEAM教育源于STEM教育。STEM是科学(Science)、技术(Technology)、工程(Engineering)、数学(Mathematics)四门学科的英文首字母组合，这一概念起源于美国。20世纪50年代，美国科学教育者提出科学素养概念，并得到了其他国家科学教育学者的普遍认同。随后，美国国家科学委员会在1986年发表的《本科的科学、数学与工程教育》中提出了“科学、数学、工程和技术集成”(SMET集成)的纲领性建议，被视为STEM教育的开端。21世纪初，美国国家科学基金会将SMET改为STEM。

随着STEM教育的深入研究和广泛应用，人们逐渐意识到在完整的教育体系中，艺术学科是不可或缺的，并将其加入STEM教育中，STEAM教育应运而生，也就是科学、技术、工程、数学及艺术(Arts)五门学科的英文首字母组合。尽管STEAM教育中融入了艺术学科，然而，在很多研究中，艺术元素常常被忽略。部分学者甚至认为艺术只关乎美学，与科学无关，因而其在STEAM教育中也是无足轻重的。这种观点显然存在偏颇。

以产品设计为例，在相同技术、相同功能的情况下，人们会更乐意选择外形美观的产品，而外观设计则需要用到艺术学科的知识，这说明艺术和科学并不是完全独立的关系，它们是相辅相成的。

例如，手机刚进入市场时，人们主要关注其可以远距离沟通的功能，而对外观是否美观、是否具有个性化等审美因素并不在意，如早期的“大哥大”手机体积庞大、携带不便，外观更谈不上设计感。然而，随着技术的发展，当远距离通信成为手机的基本功能后，人们的关注点开始转向产品的体积、外形等，即对手机产生了审美要求。面对越来越多元的市场需求，手机制造商要想在激烈的竞争中脱颖而出，除不断进行技术创新外，也逐渐将更多的精力放在手机的外观设计上，也就是现在的产品美学。

STEAM中的艺术学科泛指绘画、音乐等，但通常更侧重于审美素养。对于中小学学生来说，科学、技术等知识有些复杂和抽象，而艺术形式多样，简单有趣，更加符合学生的学习特点和心理特征，也更容易被学生接受。因此，在中小学开展STEAM教育，更应该注意激发学生对艺术的探索兴趣和学习热情。

第二节STEM教育和STEAM教育在各国的发展

美国致力于推行STEM教育。2006年，美国颁布了《美国竞争力计划》，旨在促进学生对科学、技术、工程、数学的深入研究，并提出了在知识经济时代培养具备STEM素质的人才的目标。2009年，美国推出了由政府提供资金的全国教育项目。STEM教育在维持美国国家领先地位及应对亚洲国家迅速发展的竞争中，凸显了其关键作用。2011年，美国国家研究委员会发布《成功的K-12STEM教育:识别科学、技术、工程和数学的有效方法》报告。美国全国州长协会发表关于STEM教育措施的《制定科学、技术、工程和数学教育议程:州级行动之更新》报告，分析了该协会2007年提出的行动议程中的不足之处，并更新了“实施州级STEM议程”的各项具体措施。

2014年，美国政府签署了2015年STEM教育预算，继续为美国的STEM教学和发展提供资金支持。《2015年STEM教育法案》于2015年12月颁布，从教师培训、社会救助、内外教育三个方面对STEM教育发展的新动向进行了较为详尽的论述。2017年9月，一项关于STEM教育的总统备忘录被签署，指示教育部每年至少投入2亿美元在STEM教育上。2018年12月，美国发布了未来5年STEM教育的国家级战略文件《制定成功之路:美国STEM教育战略》，该战略提出三大核心目标:一是为普及STEM打下坚实基础;二是推STEM教育的多样性、公平性和包容性;三是为将来培养STEM人才做好准备。该战略系统规划了未来5年STEM教学的远景、目标、行动、方法及跨部门协作策略，希望让所有的美国公民都终身受益于高质量的STEM教育，推动美国成为STEM教育普及、创新和就业的全球领导者。

2002年，英国发布了SET for Success，报告指出学习科学、工程、数学和技术的年轻人数量不足，为此，政府启动了一项政策倡议，投入1.2亿英镑用于培养研究生和博士后的技能，并强调了数学技能对创新经济的重要性。2004年，英国政府颁布了《2004—2014年科学与创新投资框架》，该报告引入了STEM教育理念。当时，英国教育与技能部门确立的STEM计划超过470个。为了增强国家科学和技术竞争能力，韩国引进了一个全面的人才培养理念。韩国教育部于2011年颁布了一项综合型人才教育方案，提出将数学与自然科学相结合，并将STEAM教育理念应用于工程技术领域，以培养具备STEAM素养、适应社会需要的复合型人才。韩国政府制定了扶持综合型人才培养模式学校的政策，作为推动全面人才培养的一个重要途径。澳大利亚政府在2018年3月26日正式启动“澳大利亚早期学习STEM”项目。

2016年，我国教育部印发《教育信息化“十三五”规划》，提到了“众创空间”、STEAM教育、创客教育等新的教育模式。STEAM教育在中国的发展历程如表1-1所示。

合理、充分地挖掘、组织和利用本地的各种资源，为学生的学习提供全方位的支持，已经成为教育教学改革、教育优先发展、人才素质提高的重要手段。从当今世界和国内的教育发展趋势来看，培养创新型、综合型、应用型人才已经成为我国教育和教学工作的重要目标之一。STEAM的诞生与发展，预示了我国未来教育的特征，并以无法阻挡的力量推动教育改革。STEAM课程资源与地方课程资源的地方性、社会性、情境性、人文性等特征相似，能够为开发和利用地方课程资源提供切实可行的思路，为解决当前课程资源开发利用中的难题，以及激发教育改革中地方课程资源开发的动力与活力，提供切实可行的路径。

本书共包括八章内容，第一章对STEAM教育进行宏观概述，阐述STEAM教育内涵等相关概念问题，为后续论述奠定理论基础；第二章论述STEAM教育理念融入课程体系；第三章论述STEAM理念中的主题项目学习和基于核心素养的STEAM教育；第四章论述STEAM教育理念下的学与教设计；第五章探讨基于STEAM教育理念的高中通用技术课程教学设计与实践研究；第六章将STEAM理念融入人工智能课程教学设计研究；第七章为基于STEAM教育理念的教育机器人高中校本课程研究；第八章则是基于STEAM教育的高中信息技术课程教学设计与实践研究。

本书在撰写过程中参阅了大量相关资料，借鉴了许多有益的内容，由于水平有限，书中难免有不当之处，恳请广大读者予以批评指正，以便再版时修订完善。

作者