第八章 硅谷工程师爸爸眼中的STEAM教育

STEAM教育是当下美国非常热的一种教育理念，如今它已经纳入了美国中小学教育体系。它是集科学、技术、工程、艺术和数学于一体的综合教育。

一堂展示课读懂美国STEAM课程

美国前总统奥巴马曾将STEAM列为美国学生的教学重点，包括斯坦福、伯克利等在内的各大顶级学府都专门设立了STEAM研究中心，开始研究STEAM教育到底该是什么样子。

我有幸碰见过斯坦福大学一位专门从事STEAM研究的教授，我就很好奇地问他：“STEAM教育涵盖的内容太广了，包括物理、化学、天文、地理、机械、生物、计算机等一大堆内容，可是教学大纲也没规定该教什么，你们准备怎么教呢？”

教授笑了，说：“其实没有那么复杂，现在流行的教学方法都是将STEAM融入项目当中的。”紧接着，他给我演示了一堂他们斯坦福教育学院给儿童设计的教学课程。

STEAM 儿童课程第一部分

这堂课的项目主题是火箭计划，一开始老师会给学生介绍一下火箭、宇航员，以及宇航员的登月计划（Lunar Mission）。紧接着，就有学生很好奇地问：“月亮不是Moon吗？为什么是Lunar啊？”

老师告诉他们，Lunar这个名字来源于罗马的月光女神，所以很多和月亮有关的词语都用Lunar来表示。

通过开场的项目背景介绍教给孩子天文学知识，认识火箭的功能、宇航员的职责、登月计划等。同时通过和孩子的互动，给孩子讲解单词以及相关的历史知识。

STEAM 儿童课程第二部分

老师接着说：“既然要登月，宇航员得有食物和水，这些补给需要事先放在火箭里。补给的量不能太少，否则宇航员会饿死或者渴死；也不能太多，否则火箭装不下。那么该如何合理安排补给的数量呢？”

于是，老师给出本次项目的主题是：设计一枚火箭能携带宇航员登陆月球，要求合理规划食物和水的数量。假设登月计划是5天，如果想要规划补给数量，需要事先知道哪些信息呢？

老师给了学生们一些纸，让他们列出所有有效的信息，有人写了宇航员数量，有人写了宇航员每天吃多少食物，有人写每天消耗多少水……紧接着，老师把学生们头脑风暴的信息都综合起来，就得到估算补给用量的所有线索了。

这个过程锻炼了孩子解决问题的能力，让孩子自己寻找解决问题的方法，同时小组讨论也能提高孩子的团队合作能力。

STEAM 儿童课程第三部分

接下来，老师给学生3张线索卡片。一张卡片写着宇航员名单，另一张卡片写着宇航员每天消耗水和食物的数量，还有一张卡片写着火箭目前拥有的补给数量。下面就要求孩子根据5天的登月计划来计算总共需要多少水和食物，还需要多少补给。

这一部分其实就是数学知识的具体运用，在一个实际的场景中，学会运用加减法以及乘法来解决问题。

STEAM 儿童课程第四部分

最后，老师画了一个空的火箭，旁边放了一堆火箭需要装载的物品，包括食物、水、油箱、宇航员座位、火箭头、火箭尾等，并让学生们根据之前规划的补给量，把相应的物品都塞到火箭里，做成完整的火箭。

这一步就是让孩子学习火箭的内部构造，同时根据构造合理规划内部区域安排，不但灵活运用了数学知识，而且也学习了科学和工程方面的知识。

橄榄球博物馆里的STEAM课

体育和STEAM学习能结合在一起吗？答案似乎是“NO”，但是憨憨学校安排的一次体育馆一日游活动，让我彻底改变了看法。看着孩子收获满满的表情，我想说，如果引导得好，体育和学习完全可以结合的。

在硅谷，有一个著名的橄榄球球队叫作旧金山49人队（SF 49ers）。这个球队的主场就在我们公司旁边，每次有重大比赛的时候，门口的汽车就能堵上几百米。49人队还特地在球场里开辟了一块区域做博物馆。

博物馆不算大，主要面向儿童和家庭，一方面宣传球队的文化，另一方面是用橄榄球来传播STEAM教育。憨憨的学校就曾组织学生参观这个博物馆。

孩子们在入馆的时候，每个人都会发一本名为SF Museum Learning Playbook的练习册，老师会结合这本练习册带孩子参观。

通过这本练习册，我才知道一项普普通通的体育活动竟然蕴藏着如此多的教学点，册子里提供的教学方法对我们日常辅导孩子特别有指导意义。

寻宝式活动

有一项活动叫作寻宝ABC，活动的目的是让孩子在博物馆里找出A~Z这26个字母开头的单词，然后将单词记录下来。

我跟憨憨说：“这个活动很容易，不就是找26个单词吗？”

“容易？”憨憨叫了起来，“有些字母很难找的！”

憨憨跟我强调，说他在博物馆里为找这个“V”开头的单词就费了好长时间，最后还是在一个不起眼的赛事介绍里，发现一个叫作“Victory”的单词，这才完成任务。

我又问他：“你之前认识Victory这个单词吗？”

他摇摇头说不认识，但是，他紧接着强调，说现在不光认识了，而且还会读和写了呢！

这就是寻宝式活动的优点，一来简单易行，二来能够帮孩子积累单词量，还顺便锻炼他们的专注力和探索欲。

阅读理解类活动

去旅游的时候，无论是博物馆还是风景区，一路上都有很多的文字介绍，我们可以利用这些文字介绍来锻炼孩子的阅读理解能力。

有一种活动就是给孩子看一段关于这个景点的文字，然后回答几个小问题。比如，憨憨的老师就给学生们读了一篇关于一个孩子如何准备橄榄球比赛的小短文，之后就让孩子们复述这个小故事，并回答以下问题：

● 根据文中的介绍，问孩子们玩橄榄球需要什么设备。

● 打橄榄球要做什么训练。

……

这个过程就是对孩子阅读理解能力的一种训练。

艺术类活动

这类活动很有意思，它往往聚焦一个很小的点，然后就能引申出一项艺术创作活动。就像玩橄榄球，孩子能看到很多线条，比如球场上的分界线、教练战术板的指挥线等，但是线条有很多种：从方向来分，有垂直线，有水平线，有对角线；从类型来分，有锯齿状线，有曲线，有虚线；从粗细来分，有粗线，有细线。

那么相关的艺术活动就是让孩子根据不同线的模板，学会画各种各样的线条。

这个过程就是训练孩子的艺术基本功。

数学类活动

数学类活动想象空间很大，可以简单，也可以复杂，咱们来看一个例子。

橄榄球场都有数字的刻度（代表距离），所以老师先让学生们通过球场刻度来认识数字，这就是一个很简单的玩法。接着老师提供了一些数字，让学生在球场的地图中找寻出来。憨憨又一次跟我强调说，老师报的数字很不容易找出来。

因为球场上的数字刻度都是以10为单位的间隔，所以显示的是10、20、30这样的整十数，可是老师让他们找44、15、23这些数字，那么他们就需要知道刻度的概念，然后才能找到精准的位置。这个就是数学中测量的概念。

所以，家长只要利用好生活中的一些数字再结合创意，就能给孩子做好数学启蒙。

科学类活动

科学类活动中也有很多知识点可以探索，比如玩橄榄球一定会运用到物理中“力”这个概念。

关于“力”，老师会给学生们讲两个动作，一个是推，另一个是拉，然后老师就会让学生看一组动作，让他们说出这个动作是推还是拉。接着老师又进一步给学生们讲，每个力都是有方向的，如重力的方向是向下，举力的方向是向上。

介绍完后，老师就给了学生们下面这张图，要求他们写出一个橄榄球在不同方向的受力类型。这就是物理中力学的基础。

所以，如果细心观察，一个小动作都能延伸成一个科学的知识点。

憨憨对于这次橄榄球博物馆之行感到非常满意，我把他从学校接回家的一路上，他就一直不停地跟我谈他的收获，还不停地提问：

“你知道橄榄球头盔用的是什么材质吗？为什么会选用这种材质呢？”

“你知道体育馆为什么要用太阳能板吗？在什么位置铺设太阳能板是最好的？”

“你知道橄榄球该怎么扔吗？怎样的姿势能使球扔得最远呢？”

……

当我表示不知道时，憨憨就特别得意，然后用他在这次参观中学到的知识来给我解释。听着憨憨的描述，我不禁被美国教育中的细节所震撼了，我从来没想到，一项体育活动能和科学、数学、语言等诸多知识点结合得如此完美。实际上，美国老师很喜欢将生活中的一些细节变成一个个知识点，用游戏的形式将知识传授给孩子们，而孩子们也非常享受这种教育的过程。

从STEM到STEAM，艺术怎么教

很多朋友都在问我美国的STEM教育是怎样的，STEM是Science（科学）、Technology（科技）、Engineer（工程）和Math（数学）的统称。其实近几年来，美国学校已经逐渐用STEAM这个名词代替了STEM，而多出来的A就是Art（艺术）。

其实艺术和STEM，特别是和数学原本就是紧密结合的。

我认识一位斯坦福教授，他原本是数学系博士，当他发现自己的很多数学理念应用于艺术会产生很多神奇的效果时，他又进修了艺术，现在是斯坦福设计学院的教授。他跟我说：“数学和艺术是相通的，数学能为艺术提供创作灵感，而艺术又能培养孩子的创造力、想象力和自信，所以两者相辅相成。”

人脑的分工也反映了这个道理，人的大脑分为左脑、右脑两部分，左脑负责数学，右脑负责艺术，当左右脑一起开动时，人才能最大限度地激发创作灵感。

下面我们来看看在美国课堂上，数学和艺术是如何结合的。

数字中的艺术

涂色是孩子最早接触的艺术活动之一，而给数字涂色是数学和艺术结合最简单的形式。

憨憨刚上幼儿园的时候，老师每天都给他们一张数字涂色纸（图中每个数字代表一种颜色），让他们在涂色中认识数字，或者根据数字连线，他们通过这种方式学习数字、认识顺序。

不要以为涂色很简单，其实涂色只是一种形式，通过它激发孩子学数学的兴趣，但是数字的内容可以千变万化。

方块中的艺术

在儿童数学启蒙的初期，方块是孩子最早接触的图形之一。你知道吗？不同颜色的方块组合在一起能产生迷人的艺术效果。

荷兰著名画家皮特·蒙德里安特别擅长用方块来进行创作。他的风格是选一些基础色块，在一些方块上涂色。所以，有些老师就会让孩子借鉴蒙德里安的风格进行创作，一边认识图形、一边熟悉颜色，一举两得。

三维中的艺术

憨憨的美术老师在教孩子们画三维图形时，便是先从简单的正方体入手。一般来说，正方体呈现给我们的是正面、上面和侧面三个面，如果孩子能通过这三个面感知到正方体，那么他的空间思维感就初步建立起来了。

当掌握正方体后，老师会给他们一张画满正方体的格子纸，让他们在里面涂色，要求每个正方体的正面、上面、侧面都用不同的颜色，然后叠加起来。

在这样的练习中，孩子能不断增强空间感，这对于形成几何思维和逻辑思维大有裨益。

对称中的艺术

对称是数学中一个重要的概念，对于几何、逻辑的学习尤为重要。而在艺术中，对称也是一个重要概念。

在学校里，老师也是通过艺术来让孩子学习对称的，他们会给每个学生发一张涂色纸，上面有对称的图案，要求学生涂色时讲究对称，即左右两边颜色得一致。老师还会布置一个团队项目，要求用彩色的三角形纸板沿着对称轴拼出一幅对称的图，由学生们合作完成。

平面填充中的艺术

平面填充就是一堆几何图案不断累积，早在2200年前，古希腊的艺术家就开始用这个概念来设计艺术作品。

“平面填充”这个名词对家长们而言可能有些陌生，但是它在美国的儿童数学里经常被提及，因为它是学习几何、逻辑规律的一个绝好工具。

举个例子，看下面这幅平面填充图案，画面完全由左右两种箭头组成，孩子在涂色的时候需要事先确定一个规律，比如向右的箭头，采用某些颜色交替出现的规律依次涂下去。

憨憨的老师在教逻辑规律的时候，分给每个孩子一堆积木，要求他们自己确定一个规律，然后根据既定的规律将积木拼出图案来。平面填充也可以很复杂，比如我朋友家孩子的作业，老师就是给了一张格子纸，要求孩子运用平面填充的知识在4小时之内设计出一幅作品。

过山车也是课堂：数学、科学、艺术全学了

节假日里，很多家长都会带小朋友去游乐场，在游乐场里，过山车是非常吸引小朋友的，像迪士尼就有大大小小各种主题类过山车。

关于过山车的智力题

在美国，无论大人还是小孩都特别爱坐过山车，他们非常享受那种尖叫的过程。斯坦福大学的天才儿童项目发布过一个关于过山车的主题活动，他们的主旨就是，过山车不能白坐，完全可以一边玩一边学习。

这里有一道关于过山车的题目很有意思。

有两个小朋友，一个叫作Mark，另一个叫作Clark，他俩同时设计了过山车的轨道，两辆过山车的高度都是12米，但是倾斜的角度不一样，Mark的过山车轨道很直（下页图左），Clark的过山车轨道是弯弯曲曲的（下页图右）。

题目问Mark和Clark同时从自己设计的过山车上滑下来，谁先到地面呢？因为在弯曲轨道的车加速会更快，而在直道上的车加速会偏慢一些。所以，答案是在弯道的Clark更快一些。

玩中带学

当然，除了上面这种智力题，过山车还能延伸出很多别的活动。

数学和科学的融合

有一天，我们带憨憨去主题乐园玩，发现有位老师组织了一帮学生在坐过山车，和别人不一样的是，这帮学生人手一叠作业纸。一问才知道，他们的这次过山车之旅是一次课堂活动。

在坐过山车之前，老师先让孩子们观察过山车的运动轨迹，然后回答作业纸上的几个问题。

● 过山车上升和下降的时候，速度一样吗？

● 是什么让过山车上升？

● 是什么让过山车下降？

● 什么时候过山车的速度是最快的？

等上了车后，老师又要求学生们记录坐车时的感受，再回答几个问题。

● 过山车上上下下了几次？

● 你的身体感觉被左边推了几次？被右边推了几次？

● 过山车爬坡的时候，你的感觉是怎样的？

● 过山车下坡的时候，你的感觉是怎样的？

而等下了车后，老师最后让学生们再统计一些数据。

● 拿一个计时器，计算过山车开动的时间，上坡的时间、下坡的时间各是多少。

● 计算一辆过山车能坐多少个人。

整个玩中带学的过程中，通过给孩子们布置题目，引导他们的观察，让孩子们带着问题去玩，从而使他们学到了不少物理、数学方面的知识，还加深了对以前所学知识的理解。

过山车主题的艺术活动

有些学校会教学生们用纸盘、卷筒纸芯来做一件过山车艺术作品。

美国加州有一所叫作Anderson的学校，专门举行了一场过山车比赛，比的可不是真的坐过山车，而是做一套过山车的艺术作品。

我们本来以为孩子们创作的作品会很简单，结果发现孩子们的创造力一个比一个惊人，真令人叹为观止。