葉兆寧

我今天要跟大家分享的內(nèi)容是我們在開展UTC的STEM案例本土化過程中的思考和關于課程建設、教學方面的經(jīng)驗。

什么是STEM

STEM教育是科學、技術、工程和數(shù)學教育的統(tǒng)稱，它本身絕對不是分立學科的統(tǒng)稱，而是具有集成性的。也就是說它應該是一個能夠為學生提供整體認識世界機會的橋梁，讓學生能夠把他們學習到的零散知識，變成一個互相聯(lián)系的統(tǒng)一的整體，以消除傳統(tǒng)教學中各學科知識割裂、不利于學生綜合解決實際問題的障礙，是一種跨學科的學習方法。

在教育項目中更多地整合STEM，有利于教學更好地符合工作崗位和研究機構中的實際情況，更能吸引學生的興趣和參與。同時也指出認知科學的研究也支持了綜合課程的做法。通過跨學科綜合課程培養(yǎng)學生的綜合素養(yǎng)，讓他們成為知情的決策者，這體現(xiàn)了STEM教育重要的社會價值與教育價值。

近兩年來，我國STEM教育發(fā)展非常迅速，社會對創(chuàng)新人才培養(yǎng)的需求使STEM教育成為中國基礎教育中的熱點問題。2016年9月14日，北京師范大學舉行了中國學生發(fā)展核心素養(yǎng)研究成果發(fā)布會，對學生發(fā)展核心素養(yǎng)的內(nèi)涵、表現(xiàn)、落實途徑等作了詳細闡釋。學生發(fā)展核心素養(yǎng)，主要指學生應具備的，能夠適應終身發(fā)展和社會發(fā)展需要的必備品格和關鍵能力。該成果是我國基礎教育階段的重要教育策略。

什么是集成式STEM

集成式STEM的觀點提出于2014年的文獻《STEM Integrated in K-12Education》，它闡述了STEM教育核心的教育思想與理念——集成與融合。集成與融合的方式并不是把各個領域的內(nèi)容簡單地拼湊在一起，而是要進行有目的、有方法、有系統(tǒng)的組合?？茖W與工程問題往往是課程的主要線索，通過其創(chuàng)造出一個多維的空間，從而為學生提供一系列具有一定程度關聯(lián)性的學習經(jīng)歷。

集成式STEM的框架顯示出它的目標、成果、集成的本質(zhì)與范圍，以及實施的具體內(nèi)容。其中的目標包括為了學生的目標和為了教育者的目標。集成式STEM要能培養(yǎng)學生的STEM素養(yǎng)、21世紀技能、STEM工作愿景、興趣與參與性，以及鏈接STEM學科的能力；同時也要能提升教師對STEM內(nèi)容知識的理解，以及對STEM教育教學知識的理解。對具體目標內(nèi)容的深入分析（如圖1），讓我們發(fā)現(xiàn)STEM教育有著比單一學科更深入的教育目標。它能夠促進學生與教師的共同發(fā)展，能夠真正促進學生跨學科綜合素養(yǎng)的培養(yǎng)和提升。

因此，STEM教育是踐行跨學科綜合課程的有效途徑。它促使學生識別和運用在不同學科領域中具有不同涵義和用處的概念，通過解決問題或完成項目參與到廣泛的STEM實踐

，以幫助學生提升綜合素質(zhì)。@美國優(yōu)秀sTEM課例評析

2015年，在中國友好和平發(fā)展基金會和美國聯(lián)合技術公司UTC的支持下，美國康涅狄格科學中心向中國青少年科技輔導員協(xié)會提供了其開發(fā)和編寫的3本STEM案例集——《航空器》、《升降機》和《橋世界》，這是3個系列的STEM教育活動課程，注重科學、技術、工程和數(shù)學的集成，并面向中小學及校外科學教育機構和科技場館。該系列案例在康涅狄格州得到廣泛運用并獲得好評。下面，我們以《升降機》的框架為例，分析該課例如何達成STEM的4個領域的融合與集成。該框架分為以下5個部分。

（1）標準：課程中給出教學內(nèi)容與現(xiàn)行美國《新一代科學教育標準》、《州共同核心標準》的關聯(lián)。從標準的角度分析課程中各個學科的內(nèi)容、對實踐的要求與跨領域的要求。由此體現(xiàn)出課程如何集成相關科學、技術、數(shù)學和工程之間的具體內(nèi)容。

（2）單元評價：課程中給出了詳細的評價，尤其是包括工程過程的量規(guī)表，幫助教師評價在工程設計過程中學生的發(fā)展與進步。

（3）工程過程：其中的工程過程流程圖幫助教師和學生理解工程的基本過程和主要環(huán)節(jié)，通過預備活動，讓學生發(fā)現(xiàn)工程過程，為他們后面解決實際問題打下基礎。

（4）工程問題：這是課程的主體。首先通過情景創(chuàng)設給出問題簡介，即任務或項目的簡介，同時提出相關的探索問題。在分析問題的基礎上，為學生提供更多的背景經(jīng)驗活動，以支撐他學習相關知識、積累必備的實踐經(jīng)驗。這些知識和經(jīng)驗會幫助他在后續(xù)的活動中有能力解決工程問題。當然，背景經(jīng)驗活動的選擇是有策略的，這些活動不是拼湊而是有目的、有系統(tǒng)地結合。

（5）運用工程過程解決問題：當學生有了一定的經(jīng)驗、具備一定的能力之后，課程將進入工程過程解決問題的環(huán)節(jié)。這個問題并不是一個新的問題，而是在課程開始就提出來的問題，比如教師和學生一起重申“制作升降機”的問題和任務、重新定義問題，然后再進入工程設計的具體環(huán)節(jié)中，開展設計、制作、測試、改進、交流等各個環(huán)節(jié)。

這便是UTC的STEM課程的整體思路。它形成了獨特的、以工程問題為主線的STEM教學模式（圖2），從問題的引入，到背景經(jīng)驗的學習，再到解決工程問題，在解決問題的過程中，學生將不斷在背景經(jīng)驗學習和解決工程問題中循環(huán)，最終找到可行的解決方案。

在《升降機》課例中，首先以實際問題為引入，結合學校的需求展開，即要求學生幫助學校設計一個能提升到3層樓高度的能搬運科學實驗儀器的升降機。這是在課程一開始引入的真實問題，它把學生帶入幫助學校解決實際問題的場景中。同時《升降機》課例以工程設計為主線，結合了與之相結合的物理與工程的基本原理，如力、運動、能量、機械等。對于這一點，與初中物理教師的討論使我們發(fā)現(xiàn)：《升降機》中所結合的學習內(nèi)容，正是學生在初中物理中需要學習的科學知識和原理。也就是說實際上通過這個課程我們完全可以打通STEM教育和初中物理教育的關聯(lián)。同時，在《升降機》中學生參與了設計、搭建、測試、改進的工程過程，通過這些過程，學生真切地感受到物理知識是如何被應用到解決實際問題中的，這一過程同時促進了學生體驗發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的環(huán)節(jié)。已達成真正提高學生解決工程問題的各項綜合能力和素質(zhì)，體現(xiàn)了集成式STEM的跨學科集成與融合。endprint

探究sTEM教學實踐中的關鍵問題

在開展UTC的STEM課例本土化的過程中，我們探索了關于STEM教學實踐中的關鍵問題，這里與大家分享其中的4個問題。

如何達成4個領域的集成

如何達成4個領域的有機融合，是課程開發(fā)時會遇到的首要問題。UTC案例是怎么做的呢？答案是采用了以工程問題為主線、基于項目的學習方式。正如在上述教學模式中，通過背景經(jīng)驗活動把工程問題與相關聯(lián)的科學原理、科學探究、工程實踐結合起來，例如在解決制作升降機的問題中，需要用到哪些原理或知識，課程內(nèi)容就結合進哪些原理或知識，這樣就形成了一個有機整體。學生在開展探究與實踐的過程中，他們就能意識到，學習知識與技能最終目標是為了用于解決制作升降機的工程問題，即達成4個領域的集成與融合。

如何將知識的學習和實踐相聯(lián)系

實踐是什么？美國《新一代科學教育標準》提出了8個科學與工程的實踐。不管是在科學探究中，還是在工程設計中，實際上我們都需要學生圍繞問題、圍繞模型、圍繞方案、圍繞實證，并且通過證據(jù)的運用形成一定的思維能力，形成一定的概念系統(tǒng)。所以我們在進行課程實踐的時候，發(fā)現(xiàn)有很多的教學策略、很多的方法是圍繞著這樣一個實踐過程展開的。這是把知識學習和實踐融合在一起的有效策略。

如何提高學生的問題解決能力

為了回答這個問題，我們同樣需要回到圖2所示的教學模式當中。我們發(fā)現(xiàn)其中問題解決能力的培養(yǎng)最終落腳在解決工程問題的層面上。問題的重申、任務的重新定義、測試與改進的過程中，都給學生提供了相當多的發(fā)現(xiàn)問題的機會，通過課程和教師都將促進學生系統(tǒng)地分析和理解問題，作出推理和決策，排除疑難或困難，找到解決問題的方法。這個過程是真正提高學生問題解決能力的有效途徑。

如何開展STEM教學中的評價

UTC的STEM案例很好地把我們從總結性評價拉回到形成性評價中。例如課程中給出了2個具體的評價工具，一個是工程過程評價的量規(guī)表；另一個是工程建議書項目清單。工程過程評價的量規(guī)表把學生分成不同層次，教師根據(jù)學生的表現(xiàn)進行評價；工程建議書的項目清單中給出了評價學生學習成果的各項指標和要求，使課程的形成性評價有了切實的抓手。

UTC STEM課例的本土化實踐

近一年來，我們以開放、合作、融合的思想開展STEM課例的本土化。實踐中我們體會到多方合作的重要，我們明確了包括高校、“做中學”項目教學中心、教師發(fā)展中心、基層中小學在內(nèi)的合作工作團隊，以此得到來自不同方面專家的支持。

教學實踐的過程給我們帶來了很多驚喜，學生們積極地參與討論與辯論，能按照設計完成一項作品，能通過測試發(fā)現(xiàn)問題并不斷嘗試解決問題，這些點點滴滴的變化告訴我們STEM教育是如何有效培養(yǎng)學生的綜合素養(yǎng)的。如今，我們已經(jīng)完成了《橋世界》課例的本土化，后期我們將陸續(xù)完成其余2個案例的本土化工作，同時全國范圍內(nèi)的教師培訓也在順利開展，希望通過教師培訓有更多的教師可以真正地把這些資源運用下去。

最后我們還希望在學習UTC案例的基礎上，能夠自主地研發(fā)更多的適用于我國中小學的STEM教育資源，也希望有更多的教師能夠參與我們的工作。endprint