从理论到实践增强STEAM和工程教育

科学、工程和技术上的优势不再是只关注特定知识的内容。情境化和与情境知识的整合，关注社会期望和需求的“真正”实用主义立场，以及强调对复杂社会结构的建模，是现代科学研究方法的强制性要求。一般来说，现代的STEAM和高等工程教育都直接或间接地受到这种要求的影响。此外，要强调跨学科需要开发以情境为导向的STEAM和工程教育方法。基于研究、问题和项目的教育方法应该作为调查和相关情境转换的一部分；除了科学思维能力、情感和创造性思维能力之外，像合作、项目工作和交流、研究方法和研究伦理、社会建设、和适当的社会建模等技能，也应该被应用于教学和发展。

在分析STEAM的教育层面时，我们建议考虑认知层面，如科学思维、创造性思维和计算思维。其中最著名和最发达的是科学思维。它允许科学研究在特定的科学学科及其固有的科学内容框架内进行。最重要的是了解并理解学科的基础和主题，拥有进行实验和处理数据的技能，了解学科方法，学会得出逻辑结论，并进行归纳。与此同时，为了理解和联系社会及背景环境，必须发展以背景为导向的创造性思维。这涉及到在探索问题领域或让学生从事学习项目时使用背景模型。这些项目可以包括研究生态、可持续发展以及与环境问题有关的其他方面主题和背景环境。综上所述，除了对CT的传统看法外，CT还可以看作是一种综合技能，将创新思维和科学思维等方面结合起来，形成一种统一的教育方式。与此同时，CT 促进了一场科学革命。各个领域的科学家都发现，CT不同于经典的理论和实验方法，是一种新的科学方法。

我们的理解基于以下论证。现代科学研究除了实验室实验外，还包括基于计算机模拟及仿真的开发和实现。因此，这也是现代科学教育和工程教育的一个重要方面。应该指出的是，除了研究和对科学、工程和技术方面进行建模，这些模型和仿真的使用还包括建模和社会(背景)方面。因此，除了传统的CT技能，如分解与归纳、自动化、算法、计算和设计能力，还应发展高级CT技能，如问题分析、沟通、合作和团队合作。从整体和跨学科的角度来说，教育方法可以建立在对上述CT和STEAM的综合理解上。此外，我们认为这种整合是以务实的方式进行的，也就是说，我们应该考虑将CT和STEM整合为一套整体的方法、技术和工具，以便能够从儿童的初级活动平稳过渡到基于模型和基于计算机的高中学生的仿真活动。这一转变将为基于CT的工程教育和S

TEAM教育提供一个全面和整体的视角。同时，我们强调为教师教育和专业培训而改进和发展新的CT和STEAM课程非常重要。

综上所述，我们的教育方法主要包括以下几个方面:(1)STEAM被理解为STEM的更“高级”版本,包括工程教育和工程学科的全面视角,从最初在学校(幼儿园)里的面向工程特色教育，发展到在大学中以学科为导向的方法,以及为特定背景下的项目和以问题为导向的教育方法提供知识和技能。在这种情况下，CT被视为STEAM不可分割的一部分;(促进课程设计和开发的多维模式:情境维度(社区、社会、沟通、创业、管理、多样性、道德和文化);个人维度(儿童个性发展)、技能维度(情境思维技能，CT，创新和科学思维技能);(3)各课程的内容和教学方法应系统、全面地介绍CT和STEAM;(4) CT被定位为一种综合技能集，它将科学和特定内容的知识与情境思维技能联系起来，并添加情境建模技能(模型开发和建模，包括网络社交系统建模);(5)这种教育理论基于以下考虑:将科学和工程知识与社会和人类知识相融合的后科学倾向，提出一个关于CT、STEM和工程教育的整体和系统的观点。我们相信，正是社会的需要和期望，为以相关的学生研究、问题解决和教育项目为基础，组织适当的STEM教育，提供了必要的背景。这种方法将以学习和技术技能为基础的教育过程与高级CT技能的发展相结合，这包括与背景环境的认知建模相关技能，以及相关的社会沟通和团队合作技能。同时,个人发展是最重要的一个方面是CT作为一种纵向发展的综合技能,连接科学的和特定背景的知识与语境思维能力,增加特定背景建模技能,如开发适当的模型和仿真网络的环境。

它包含与CT、STEM和工程教育主题相关的文章。以三篇基于系统评论的综述文章开始，在STEAM教育导论中给出了CT概念在实践教育方法方面的结构化概述。

增强编程和机器人教育。毫无疑问，STEAM和工程方面的早期教育非常重要。它为之后的教育和职业生涯打下了基础。它能够帮助学生进行概念理解并形成个人态度，可能是积极的，甚至是批判性的，并为学生的参与提供动力和方向。一个经典的方法，是使用计算和编程的方法来教授CT，以及用CT方法和方法论来加强编程教学。本特刊的前三份手稿对CT、编程和机器人教学的入门水平进行了系统的理论介绍。有三位外国学者在他们的系统评论中探索了介绍CT教育的实用方法， 编程导论为发展数字文化提供了基础，并激励学生在计算机领域就业，同时也激励他们探索科学和工程学科。相反，不恰当的教育方式或教学方法会让学生的学习热情和期望被埋没，即使他们在编程的最初阶段抱有热情并十分感兴趣。结合了编程范式、实现策略、教学方法和教学技术，以一个详细框架的形式，为教学入门编程提供了一套连贯的教学方法。

综上所述，现在的教育科学在本质上是不断进化的有机体，能够提供新的方法和解决方案，如基于挑战的学习，它被认为是CT和计算机知识教学的有效方法之一。与此同时，现代教育环境和工具的使用不仅支持导入性的内容，而且提供灵感和动机，从而引导学生进行更深层次的理解并产生更好的学习结果。当然，有些人可能会认为这些抽象的策略并不那么重要，尤其是在以工程为导向的教育领域，专业知识和技能才是最值得关注的。给予与STEAM教育相关的机电一体化、机器人和物理计算的深入概述。值得强调的是，这种方法是由注重协作和教育挑战的环境构成的，如前所述，为适当的支架式教学和相关技能的发展提供了基础。