李紅平，高 攀

(石河子大學(xué) 信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，新疆 石河子 832000)

1 問題的提出

當(dāng)前國內(nèi)STEM教育的研究熱點主要是關(guān)于STEM教育的教育政策、理論研究、學(xué)科整合、案例研究等[1]。國內(nèi)學(xué)者對STEM的研究，從最初對國外STEM教育的解讀，到近年來開始進行的STEM教育實證性分析、基于本土國情構(gòu)建STEM課程，以及STEM課程的實踐研究等[2]。

趙慧臣等通過對圣地亞哥郡STEM教育的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)從4個方面進行解讀，提出了對我國 STEM 教育的啟示[3]。余勝泉等闡述了STEM 教育的9個核心特點，分析了3種跨學(xué)科整合的方向，提出了跨學(xué)科整合的項目設(shè)計模式[4]。趙興龍等針對當(dāng)前STEM教育的研究和應(yīng)用現(xiàn)狀，從5個方面存在的爭議進行了分析及回應(yīng)[5]。

綜上，我國學(xué)者們在努力進行著STEM教育的本土化研究，但目前沒有權(quán)威的成熟STEM教育模式，其中基于翻轉(zhuǎn)課堂的中學(xué)STEM教育模式尚未見報道。因此，本文著手探究基于翻轉(zhuǎn)課堂的中學(xué)STEM教育模式，以期打造高效STEM教育課堂。

2 基于翻轉(zhuǎn)課堂的中學(xué)STEM教育模式設(shè)計理念

2.1 以學(xué)生為中心、知行合一的教育觀

杜威的“兒童中心主義”和“從做中學(xué)”的思想倡導(dǎo)將教育的重心放在學(xué)生的本能和活動上。他認為，學(xué)生從聽課和讀書中所得到的知識是虛無縹緲的。教育應(yīng)是一種過程和方法，教學(xué)應(yīng)當(dāng)遵循如下步驟：

圖1 杜威“做中學(xué)”理論

(1)真情實境。學(xué)習(xí)內(nèi)容和活動的安排應(yīng)與社會實踐相通，知識的獲得應(yīng)和學(xué)生的發(fā)展建構(gòu)相聯(lián)系。

(2)問題發(fā)現(xiàn)。當(dāng)學(xué)生融入實際情境中，主動發(fā)現(xiàn)他感興趣的問題，形成探究的欲望，有意義的學(xué)習(xí)才能發(fā)生。

(3)占有資料。教師要給學(xué)生提供研究問題、解決問題的有效路徑，如實地調(diào)研、虛擬實驗、簡單示范、視頻資源等。

(4)提出假設(shè)。兒童根據(jù)身邊可獲得的資料，經(jīng)過大膽分析、思考、推論、猜想后，提出自己的見解和行之有效的解決辦法。

(5)檢驗想法。按照商討好的最佳方案，付諸行動，驗證之前解決問題的假設(shè)是否有效，形成結(jié)論。

中學(xué)STEM教育的真實性、體驗性、趣味性、跨學(xué)科性、協(xié)作性等特點和翻轉(zhuǎn)課堂的基于問題的學(xué)習(xí)符合杜威的“做中學(xué)”理論，都強調(diào)以學(xué)生為中心，知識與能力并重。知識方面既要學(xué)數(shù)學(xué)、技術(shù)、工程、科學(xué)幾門單科知識，也要學(xué)習(xí)和STEM教育相關(guān)聯(lián)的其他跨學(xué)科知識。能力方面則要培養(yǎng)學(xué)生的問題解決、設(shè)計創(chuàng)新、合作交流等綜合能力。

2.2 “創(chuàng)新能力、合作能力”驅(qū)動的學(xué)生發(fā)展理論

21 世紀(jì)現(xiàn)代中國人的素養(yǎng)清單為：批判性思維、合作與交流能力、創(chuàng)新能力、公民素養(yǎng)、信息素養(yǎng)、自主發(fā)展能力[6]。褚宏啟認為核心素養(yǎng)在數(shù)量上越少越好，他將核心素養(yǎng)進一步聚焦為：創(chuàng)新能力和合作能力。

本文根據(jù)研究者的思路對創(chuàng)新能力和合作能力作了進一步闡述，如表1所示。

表1 創(chuàng)新能力與合作能力之進一步闡述

在中學(xué)STEM教育中，學(xué)生所面對的問題通常是真實的、復(fù)雜的、結(jié)構(gòu)不良的。這就意味著問題中含有很多未知的、不明確的部分，共同解決問題需要經(jīng)過觀察、收集、推理信息等一系列的知識和技能，學(xué)生無法完全從書本上尋找答案，需要去挖掘新的資源，繼而基于已有的材料做出判斷決策。通過多次如此形式的問題解決，學(xué)生在實踐中不斷發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，不斷實現(xiàn)突破，形成實踐創(chuàng)新能力。

在翻轉(zhuǎn)課堂中教師將呈現(xiàn)知識的環(huán)節(jié)從課上搬到課前，學(xué)生提前完成知識學(xué)習(xí)。課堂上，學(xué)生有充足時間通過自主學(xué)習(xí)、小組合作的方式完成技能的掌握。其本質(zhì)是幫助學(xué)生從對知識的重視轉(zhuǎn)移至問題的解決上，逐步加深對課堂學(xué)習(xí)過程中知識和技能的理解，不斷發(fā)現(xiàn)和反思自己的判斷和策略，形成創(chuàng)新能力。

可見，中學(xué)STEM教育基于問題的探究性教學(xué)需要給與學(xué)生充分的時間讓其進行合作學(xué)習(xí)，而翻轉(zhuǎn)課堂正是將充沛的課堂時間用于問題解決的，這兩者有充分的融合基礎(chǔ)，都強調(diào)學(xué)生在課堂上解決問題，培養(yǎng)合作能力及創(chuàng)新能力。

3 基于翻轉(zhuǎn)課堂的中學(xué)STEM教育模式設(shè)計

該部分從教學(xué)(課前自主學(xué)習(xí)與討論、課中合作學(xué)習(xí)與動手實踐、課后總結(jié)反思和應(yīng)用遷移)和評價二方面對基于翻轉(zhuǎn)課堂的中學(xué)STEM教育進行模式設(shè)計，探討打造中學(xué)STEM教育高效課堂的可行性。

3.1 教學(xué)方面

基于翻轉(zhuǎn)課堂的特點和中學(xué)STEM教育的理念，本著“始于興趣、基于項目、立于創(chuàng)新”的原則，本文從課前、課中、課后3個學(xué)習(xí)階段構(gòu)建了基于翻轉(zhuǎn)課堂的中學(xué)STEM教育模型，如圖2所示。

圖2 教學(xué)設(shè)計總體規(guī)劃

3.1.1 課前自主學(xué)習(xí)與討論階段

(1)確定課程主題。中學(xué)STEM教育是圍繞一個個主題開展的，課前老師從知識地圖上選擇相近的幾個主題呈現(xiàn)給學(xué)生。STEM課程以知識點為中心，開展項目是為了超越事實學(xué)習(xí)，使學(xué)生理解力達到知識點的抽象層次。主題是圍繞知識點精心設(shè)計的，以激發(fā)學(xué)生思維，讓學(xué)生帶著問題實踐和體驗。

(2)學(xué)生選出自己感興趣的主題。STEM教育的特點是使學(xué)生能夠完成他們感興趣的項目或完成他們在生活中需要解決的問題。

(3)學(xué)生根據(jù)自己所選的主題分組。

(4)老師針對各個主題和各組學(xué)生的特點進行教學(xué)目標(biāo)分析、教學(xué)內(nèi)容分析和學(xué)生學(xué)情分析。

(5)準(zhǔn)備學(xué)習(xí)資源與案例。結(jié)合各組的教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容、學(xué)情進行教學(xué)設(shè)計，準(zhǔn)備學(xué)習(xí)資源與案例，注意在準(zhǔn)備學(xué)習(xí)資源時做好控制點設(shè)計。

(6)開發(fā)適合各組的微課視頻、微課件、教學(xué)任務(wù)單并發(fā)布給各組?？梢愿鶕?jù)需要，在部分組中有意識的加入一些以STEM為主題的游戲，降低學(xué)生參與過程中的障礙，提高學(xué)生面對復(fù)雜環(huán)境的參與度。而對于基礎(chǔ)薄弱的小組，則可將一個大問題分解成幾個小問題或列出關(guān)鍵步驟。

(7)學(xué)生觀看微課視頻、微課件，完成教學(xué)任務(wù)單。

(8)小組根據(jù)老師提供的資料列出工作清單、知識清單、工具清單。并討論在老師提供資料的基礎(chǔ)上還需要做哪些其它的工作，了解哪些其它的知識，還需要哪些其他的工具。一一梳理，不斷完善工作清單、知識清單、工具清單。這些清單貫穿于整個學(xué)習(xí)活動過程，用于學(xué)生明確學(xué)習(xí)任務(wù)及反思檢查。

(9)小組合作后，學(xué)生可以通過實時聊天工具QQ、微信線上討論交流新出現(xiàn)的問題。

(10)每位學(xué)生提交自己的教學(xué)任務(wù)單。各小組將最終仍無法解決的疑難問題、和不斷完善的工作清單、知識清單、工具清單提交給老師。

(11)老師根據(jù)各種工具清單為各組準(zhǔn)備學(xué)習(xí)場地、實驗工具、學(xué)習(xí)材料。

課前自主學(xué)習(xí)與討論階段如圖3所示。

圖3 課前自主學(xué)習(xí)與討論階段

3.1.2 課中合作學(xué)習(xí)與動手實踐階段

(1)老師根據(jù)學(xué)生的教學(xué)任務(wù)單的完成情況和各組的疑難問題進行重點講解。老師在教學(xué)的過程中，應(yīng)以學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和內(nèi)在需要為出發(fā)點，注重激發(fā)學(xué)生的自我反思和覺悟。

(2)各小組按課前制作的工作清單開始動手實踐。在動手實踐過程中需不斷查閱資料、討論合作、比較分析、得出下一步最佳方案。如此不斷螺旋迭代，完成整個主題。迭代能幫助學(xué)習(xí)者更好地掌握所學(xué)知識，促進知識的遷移。對于成員提出的不同方法，小組進行比較分析得出最優(yōu)方案。每個成員要解釋自己的推理與問題求解過程，以支持自己的答案。在這種以學(xué)生為中心的學(xué)習(xí)氛圍中，學(xué)生通過互動了解到自己在學(xué)習(xí)共同體中所承擔(dān)的角色，從而意識到自己的分工和責(zé)任。

(3)老師在課堂中走動，觀察各組狀態(tài)并做好詳細記錄，遇到有困難的小組進行指導(dǎo)。

(4)課堂快結(jié)束時，老師做課堂總結(jié)。針對共性問題和特定問題進行針對性講解總結(jié)。

(5)各組陳述本小組的發(fā)現(xiàn)，展示小組成果。對于優(yōu)秀的作品一定要給與更多的展示機會，可以展覽在班級布置平臺、校園宣傳欄、校園網(wǎng)站上。甚至可以將特別優(yōu)秀的作品推向市場轉(zhuǎn)化成商品，讓學(xué)生爭當(dāng)創(chuàng)客。

(6)作業(yè)布置。課中合作學(xué)習(xí)與動手實踐階段如圖4所示。

圖4 課中合作學(xué)習(xí)與動手實踐階段

3.1.3 課后總結(jié)反思和應(yīng)用遷移階段

(1)師生就該項目主題進行線上或線下交流。對于教學(xué)中的共性問題，教師以教學(xué)日志的方式發(fā)布到平臺以供全體學(xué)生再次學(xué)習(xí)和以后復(fù)習(xí)使用，個別問題可以直接點對點聯(lián)系。

(2)學(xué)生完成作業(yè)，個人寫自己的實驗報告，注明自己的推理與問題求解過程，并反思。小組代表撰寫實驗報告梳理本組實驗過程，進行小組交流。

(3)老師進行終結(jié)性評價。

(4)老師寫教學(xué)反思。課后總結(jié)反思和應(yīng)用遷移階段如圖5所示。

圖5 課后總結(jié)反思和應(yīng)用遷移階段

3.2 評價方面

STEM教育的目的是培養(yǎng)創(chuàng)新型人才，其評價的目的是為了通過向?qū)W生提供信息反饋，使學(xué)生獲得更好的發(fā)展并將每個學(xué)生的學(xué)習(xí)情況反饋給教師期望幫助教師改進STEM項目學(xué)習(xí)以期達到高效課堂的目的。評價指標(biāo)體系的客觀性、科學(xué)性、全面性、系統(tǒng)性對于學(xué)生學(xué)習(xí)和教師教學(xué)改進的導(dǎo)向、激勵、調(diào)控和診斷具有重要價值[7]。因此，在基于翻轉(zhuǎn)課堂的中學(xué)STEM教育模式中，可將課堂觀察記錄、各種請單、實驗報告、課后作業(yè)結(jié)合起來，做到過程性評價和終結(jié)性評價兼具。其評價主體有3方面：自己，同伴，教師。評價方式有：師評、自評和他評。

3.2.1 師評

教師通過學(xué)生的課前“工作清單”“知識清單”“工具清單”“教學(xué)任務(wù)單”和課中的觀察記錄及課后的個人實驗報告完成對個人的客觀評價。如表2所示。

課中的觀察記錄從合作意識、合作精神、合作技能、言語表達能力、實踐表達能力等幾個方面進行。課后的實驗報告則主要反映了學(xué)生的文字表達能力。

表2 教師用評價表(針對學(xué)生個體)

(1)合作意識。小組學(xué)習(xí)生成的重要前提。它指的是學(xué)生能否在小組合作學(xué)習(xí)中積極承擔(dān)群體分配的任務(wù)，并對課題中出現(xiàn)的問題提出自己的看法。

(2)合作精神。指學(xué)生在課堂小組合作學(xué)習(xí)中能否積極聽取組員的建議和想法，能否在組員需要幫助時主動作為，伸出援助之手。

(3)合作技能。指學(xué)生在課堂小組合作學(xué)習(xí)中能否高效完成屬于自己的那部分工作。

(4)言語表達能力。能否語句完整，表述清晰，將自己的思路、見解呈現(xiàn)給大家。

(5)實踐表達能力。能否選用適宜的數(shù)字化工具解決問題。當(dāng)向同學(xué)們展示自己的思路想法時能否利用照片、幻燈片或表格等直觀的形式加深同學(xué)們的理解。

(6)文字表達能力。在個人實驗報告和小組實驗報告中能否遵循實驗報告的要求將分工合作和各人的思路想法用文字通順精煉的表達出來。

3.2.2 自評

自我評價使學(xué)生學(xué)會反思，培養(yǎng)自我調(diào)節(jié)能力。自評主要從學(xué)習(xí)項目和主題后學(xué)習(xí)態(tài)度的變化，學(xué)習(xí)能力的變化，學(xué)習(xí)過程是否積極努力等3個維度考查。

3.2.3 他評

他評分為組內(nèi)他評和組外他評。組內(nèi)他評即組內(nèi)的成員互相評價，偏過程性，強調(diào)在課前、課中、課后是否積極主動的完成主題。組外他評是來自組外成員的評價，偏結(jié)果，強調(diào)從“工作清單”、“知識清單”、“工具清單”完成情況、教學(xué)任務(wù)單中“疑難清單”梳理情況和個人實驗報告的梳理情況等幾個方面進行評價。大家都可看到評價內(nèi)容及改進建議。

教師除了對學(xué)生個體評價外，還要對學(xué)生小組進行評價。如表3所示。

除了從個體層面評價外，還可以從其它層面對基于翻轉(zhuǎn)課堂的中學(xué)STEM教育進行評價，如：各個STEM項目是否在學(xué)習(xí)過程中得到了動態(tài)修正完善；各類非正式環(huán)境的STEM教育是否與學(xué)校STEM教育進行了良好融合，共同促進了STEM課程的完成等。

表3 教師用評價表(針對學(xué)生小組)

4 結(jié)語

STEM教育通過培養(yǎng)孩子面對未知問題的能力從而培養(yǎng)孩子的創(chuàng)造力，對一個國家的國際核心競爭力、公民素質(zhì)和經(jīng)濟水平都有著極其重要的意義，如何在中學(xué)學(xué)校教育中通過教學(xué)、評價等途徑建立行之有效的培養(yǎng)路徑，加強校內(nèi)校外攜手合作是當(dāng)前推進STEM教育所面臨的問題。本文從構(gòu)建中學(xué)STEM教育模式著手，希望提高中學(xué)學(xué)生解決問題的能力，激發(fā)學(xué)生對理工科的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力和合作能力，為探索如何培養(yǎng)創(chuàng)新人才探尋一個合適的路徑。