在以素养为目标的课堂转型下，美国STEM课程以发展学生的科学素养为目标，将科学概念置于目标的中心，即体现专家思维、反映专家实践的大概念。美国学界围绕大概念重构STEM课程，并将掌握科学概念以及与科学有关的大概念界定为K-12学生的必要能力。为了更好地让学生用跨学科的方法解决问题，在每个学习主题下提出以大概念为内核的StEMT大挑战。在大概念的统领下，美国STEM课程通过“5E”探究教学模式，整合STEM各科知识，促进知识在真实情境中的迁移。
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