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STEAM 8
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/AR 160
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A 166
附录B 179