从不同角度看STEM教育
STEM是来自美国的一个概念，要清楚它的精神内涵是什么，可以从以下几个角度理解。
第一，从课程的角度。STEM作为一类课程，特点就是跨学科、多学科融合。STEM课程的内容不是只针对某个单一学科的教学，而是会设计两门以上的学科内容。所以，从课程内容的角度来看，STEM课程是一类综合性的课程。
第二，从学生的角度。STEM课程是基于项目式学习的课程。项目式学习一般是围绕一个主题，或者围绕一项任务开展教学环节。学生在拿到这个任务以后，对任务进行分析、研究、设计，然后不断地尝试，最后得到解决方案或者项目结果。结果的展现形式有很多种，有时候是一个报告，有时候是一个作品。这样的学习体验提高了学生的参与度，强调了学生在整个过程中的动手实践能力、研究与探究能力以及自主学习能力等。有时候因为项目的复杂程度高，不可能由一个学生来完成，必须是团队合作来完成，从而可以锻炼学生的团队分工与合作能力。
第三，从教学的角度。STEM课程不是单纯为了完成学科知识的传授，学科知识的教育主要由数学、物理、化学、地理、生物等单学科教学来完成。人才培养，知识和能力结构必须“纵横交错”，既要有纵向的单学科课程，也要有横向的综合课程。STEM与传统的单学科教学融合在一起，才能实现这样的教学理念。帮助学生建立一个知识的网络，才能帮助他们在未来变得强大。中国人的创新能力薄弱，就是因为我们从小到大缺乏一种纵横联合的培养。我们擅长的都是单学科知识的学习，但是不会融会贯通，不会创新使用。这就导致我们培养的学生，思维和知识面越来越窄，成为某个学科顶尖高手的人居多，而能在不同领域自由穿梭的人凤毛麟角。
第四，从教师角度。STEM教育对教师的要求非常高。清华附中以及清华附中依托的清华大学，在发展STEM教育的时候都可以提供丰富课程资源、实验室资源等各种有利条件，但是全面发展STEM这种综合课程，是需要优秀的跨学科人才或者能够进行跨学科合作的师资人员的。我们现在的大多数老师从小到大没有经历过STEM这样的学习和体验，他们现在要教给别人自己没有经历过的学习体验，自然会有一定的困难。面对客观现实，我们可以采取多人合作的办法。如果美国两个老师能搞定的项目，我们可以用三四个老师，甚至五六个老师，多学科的老师一起合作来完成一个综合课程的教学任务。
第五，从实施保障角度。为了能够让STEM教育未来在中国真正发挥指导作用，真正做到没有第一课堂和第二课堂的区分，都是第一课堂的内容，就像中国教科院王素老师所说的，国家的教育顶层设计就要承认它的名分，就要制定规范和标准。因为这样的综合课程涉及很多方面，包含了很多要素，有很多要求，它需要明确其配套的评价及标准。否则，大家你一言我一语，形成多套甚至混乱不清的标准，到时候就成了以STEM的名义，把事情搞砸了。所以它的资源要求和评价标准的规范化，亟待国家顶层设计。
开展STEM教育的好处
在培养学生的分析能力方面，STEM教育是最为行之有效的一种学习方式和教育方式。世界上很多国家都已经开始逐步全面采用这种方法，甚至将其列入国家战略的层面。因为如果要让国家在未来具有竞争力，就要把这种能够培养具有竞争力的人才的教育放在第一位。所有参与我们STEM教育项目的学生，他们表面上看天天在“玩”，花了很多的时间，但是他们的学科成绩不但没有降低，反而变得特别好了。清华附中的实践证明，学生通过“玩”这种学习项目，其实是可以促进文化课考试成绩的。因此，开展STEM教育是提高学生成绩行之有效的方式之一，而且没有后遗症，是一举多得的一种方式。
通过开展STEM教育，学科的老师会重新审视自己原来的学科教学，虽然还是在教单一学科课程，但是有了跨学科综合思维之后，他们会在教学过程中自觉或者不自觉地把自己所教的学科和其他学科建立起联系，所以STEM教育下的教学环节同样会促进老师的单一学科教学。不过，目前STEM课程只能作为学校的选修课，我们还不能用这个课取代任何一门学科课程，因为STEM课程在知识的系统性方面会存在一定的问题，因为这类课程本身就不是为了传授知识而开设的，而是为了培养学生的科学素养和创造能力。
STEM教育好比让学生在操场里面跑圈，跑圈的目的是锻炼身体，提高体能，不是每次都需要学生比赛，看谁能最快跑到终点。STEM教育的标准应该是过程性的评价，只有这样的评价体系，才能够确保STEM教育实现其价值。比如在STEM项目中，我们让学生设计火箭，火箭能否成功发射、发射的高低是我们评价的一部分，但是STEM教育的评价体系应该更多地关注在设计火箭的过程中，学生在应用知识、采用方法、团队合作等方面的综合表现。也许发射失败了，但是因为过程性的评价，可能这个失败组得分比成功组还要高。因为在设计火箭的过程中，孩子们收获的东西很多，当发射的时候其实学习已经结束了。
在我看来，在中小学开展STEM教育，至少有以下三方面的作用：
第一，如果我们大力发展STEM教育，学生的课堂参与度更高，学习自然变成一件快乐的事情。当孩子感到学习是快乐的时候，学习的自主性和效率就会提高，在同样的时间单位里，他会比正常情况下学习更多的内容。
第二，通过STEM教育中的项目式学习，学生会发现知识原来是这么有用；随着项目难度的增加，他会觉得自己的知识不够用，就会去翻书、去查资料、去请教老师，从而自然而然地取得进步，激发学习的动力和激情。所以这种学习模式可以很好地解决学生学习动力的问题。今天85%的孩子都是不得不学，只有15%的孩子有发自内在的学习动力。
第三，如果学生从小学到初中再到高中，一直在跨学科综合课程和项目式学习的环境下成长，他解决实际问题的思维就会很自然地从综合角度出发，他会比别人更熟悉地利用不同的学科知识来解决问题。就像弹钢琴一样，从小弹，手自然会更灵活，谱子自然记得更牢。STEM教育也是一样的，它可以帮助人开发智力，所以连续“玩”很多年之后，这些孩子比其他孩子变得更聪明，学习更有动力，学习成绩一定会提高。这就是规律。所以我们应该尽早从小学开始就开设这样的课程。
清华附中的STEM教育探索
清华附中主要做了以下探索：
第一，研发STEM课程标准与实施方案。研发制定中国的STEM教育标准，过程很艰难，因为我们既要参考国际的通用标准，结合中国的科学标准、课程标准，还要结合中国的学科知识结构、学生对应掌握的能力等。制定这个标准的时候，要分年级段，明确课程应该符合什么样的要求，要按照规律来，没有一个很强的团队，是很难完成这项工作的。同时，我们在必要时还要借助外力，确保体系的科学与完善。
此外，我们还进行了课例分析，邀请专家开设“基于STEM课程的设计与开发实践”讲座，进行STEM教育示范课展示等。
第二，建立多元智能实验室。通常，实验室是开展STEM教育的场所，因此实验室建设至关重要。我们学校建立了化学分析实验室、地理信息实验室、生命科学实验室、计算机科学实验室等。
第三，开发基于多元智能实验室的STEM系列课程。STEM教育大部分的教学是在校内完成的，当然，我们不反对走出去，有时候走进企业，走进大学实验室。但是，总体来说，我们没有那么多的时间天天走出去，而且有时候安全也是问题，所以能在校内解决的尽量在校内解决。
我们开发了一系列课程，包括六大领域：设计思维，如DI创新思维；开源项目，如Scratch编程、 APP Inventor程序、iOS编程入门、Python程序、Arduino小行家等；科学探究，如化学的味道、生命科学探索、地球家园、趣味物理实验、人体医学等；智能制造，如设计与激光切割、3D天地、物联网、未来机器人、固定翼航模等；艺术创造，如超轻黏土、纸的艺术、沙盘世界等；特色专题系列，如雾霾测试仪、水系列调查项目、演讲的艺术等。
另外，还有基于多元智能实验室的STEM综合项目，包括能源与材料、结构与机械、电子与控制、自然与环境等模块。
第四，STEM教育教师培训。对教师们做关于STEM教育理念与实践的培训，我们不仅仅培训自己的教师，也对外培训教师。
第五，其他科学教育。除了STEM课程之外，我们还开设了很多其他科学课程，包括创客课程等。STEM课程虽然是综合课程，但是有时候它的研究项目可能主要围绕某一学科，那项目实施过程中可能会突出该学科的教学。
我们还有高研实验室课程，高研实验室借鉴了美国托马斯·杰斐逊科技高中的做法。高研实验室主要针对高中学生，也有一部分初中学生。创客空间主要面向初中生。学生可以在自动化与机器人实验室里学习C语言和练习使用Arduino；在化学分析实验室里练习使用实验仪器；在地理信息实验室里使用四轴飞行器采集遥感数据；在生命科学实验室里讨论论文；在计算机科学实验室里模拟月球环境等。高研实验室还用于组织开题与结题答辩。
以上是清华附中开展STEM教育的一些探索。下一步，我们将会进一步深化STEM教育理论，大胆进行尝试，为我国中学开展STEM教育提供可借鉴的模式。