楊彥軍 饒菲菲

[摘? ?要] 隨著STEM教育理念的不斷發(fā)展，開發(fā)跨學(xué)科整合型STEM課程已成為當(dāng)務(wù)之急。為促進我國整合型STEM課程開發(fā)，本研究以美國亞利桑那州立大學(xué)火星教育項目的跨學(xué)科整合型STEM課程為例進行案例研究，在詳細(xì)介紹其課程整體結(jié)構(gòu)、課程教學(xué)活動實施流程的基礎(chǔ)上，從教學(xué)策略和課程開發(fā)策略兩個方面出發(fā)來分析總結(jié)該STEM課程的特點。研究發(fā)現(xiàn)：該課程在教學(xué)策略方面，具有基于5E教學(xué)模式注重學(xué)生活動體驗、以真實問題為載體實現(xiàn)跨學(xué)科整合、采用基于問題和項目的學(xué)習(xí)方式、提供豐富的學(xué)習(xí)支架促進深度學(xué)習(xí)、將STEM素養(yǎng)培養(yǎng)目標(biāo)落實到具體教學(xué)活動中的特點;在課程開發(fā)策略方面，具有高校與社會科研機構(gòu)合作開發(fā)、學(xué)習(xí)成果與國家課程標(biāo)準(zhǔn)和21世紀(jì)技能相對應(yīng)、基于安德森教育目標(biāo)分類學(xué)確定教學(xué)目標(biāo)、課程教學(xué)活動設(shè)計方案翔實可操作、整合多種真實科研資源支持課程實施等特點。在此基礎(chǔ)上，提出對我國推進跨學(xué)科整合型STEM課程建設(shè)的發(fā)展建議，即加強國家頂層設(shè)計以構(gòu)建STEM課程建設(shè)共同體、完善STEM課程標(biāo)準(zhǔn)體系以落實STEM素養(yǎng)培養(yǎng)、加強STEM課程開發(fā)理論研究以指導(dǎo)課程開發(fā)實踐、開發(fā)典型課程案例以普及整合型STEM課程理念以及革新STEM課程教學(xué)模式以培養(yǎng)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)型人才。

[關(guān)鍵詞] STEM教育; STEM課程; 跨學(xué)科整合; 5E教學(xué)模式

[中圖分類號] G434? ? ? ? ? ? [文獻(xiàn)標(biāo)志碼] A

[作者簡介] 楊彥軍（1981—），男，甘肅天水人。副教授，博士，主要從事信息技術(shù)與教育等方面的研究。E-mail：ts.yyj@126.com。

一、引? ?言

隨著人類社會進入“互聯(lián)網(wǎng)+”時代，人工智能、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、區(qū)塊鏈等現(xiàn)代信息技術(shù)快速發(fā)展并在社會各領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，傳統(tǒng)社會中大量勞動密集型的常規(guī)任務(wù)早已由各種自動化機器完成，部分常規(guī)型認(rèn)知任務(wù)也正逐漸被人工智能取代。在高度智能化的社會中需要由人完成的認(rèn)知任務(wù)日益復(fù)雜多變，這就對未來社會勞動力提出了新的要求。為此，許多國家和國際組織紛紛制定并發(fā)布了面向未來的關(guān)鍵能力框架。例如：聯(lián)合國教科文組織逐漸完善形成的終身學(xué)習(xí)“五大支柱”核心素養(yǎng)框架、經(jīng)濟合作組織提出的DeSeCo核心素養(yǎng)框架、歐盟提出的終身學(xué)習(xí)核心素養(yǎng)框架、美國21世紀(jì)技能合作組織發(fā)布的“21世紀(jì)技能框架”[1]、北京師范大學(xué)發(fā)布的中華人民共和國教育部委托研究課題成果《中國學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)》等。這些核心素養(yǎng)框架大都強調(diào)學(xué)生批判性思維、溝通協(xié)作、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)、信息技術(shù)等能力的培養(yǎng)。研究表明，有“元學(xué)科”之稱的STEM教育能夠在夯實科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)等多學(xué)科知識的基礎(chǔ)上，提高學(xué)生以跨學(xué)科的新思維、新方法解決復(fù)雜問題的綜合能力[2]，這與21世紀(jì)技能和核心素養(yǎng)教育的訴求不謀而合。因此，世界各國將STEM教育作為推進課程教學(xué)改革和創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的重要戰(zhàn)略。STEM已經(jīng)由最初代表科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)四個獨立學(xué)科領(lǐng)域的術(shù)語，發(fā)展到一種基于多學(xué)科交叉融合方式培養(yǎng)復(fù)合創(chuàng)新型人才的教育理念，由側(cè)重數(shù)學(xué)和科學(xué)教育整合，逐漸轉(zhuǎn)向重視科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)、藝術(shù)和計算機等學(xué)科的融合教育。在STEM課程實施模式方面，美國馬里蘭州立大學(xué)的赫希巴奇（Herschbach D. R.）將STEM課程的實施模式分為關(guān)聯(lián)課程模式（The Correlated Curriculum）和廣域課程模式（The Broad Fields Curriculum）[3]。其中，廣域課程模式打破學(xué)科界限，將科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)等內(nèi)容整合到一起，形成一個結(jié)構(gòu)化的課程結(jié)構(gòu)[4]。廣域課程也經(jīng)常稱為跨學(xué)科整合型課程，是目前廣泛研究和應(yīng)用的一種課程模式。我國近幾年頒布的一些教育政策也強調(diào)了STEM教育跨學(xué)科整合的重要性。因此，開發(fā)跨學(xué)科整合型STEM課程已成為深入推進STEM教育研究與實踐的當(dāng)務(wù)之急。

二、我國整合型STEM課程開發(fā)研究現(xiàn)狀

目前，我國整合型STEM課程開發(fā)大都集中在3D打印、機器人、可視化編程、科學(xué)小制作、小發(fā)明等方面，主要以綜合實踐課或創(chuàng)客活動的形式實施，在一定程度上注重學(xué)生的主動參與和體驗，強調(diào)了學(xué)生的主體地位以及多學(xué)科知識的學(xué)習(xí)和運用，但也存在不少問題。由于目前沒有形成系統(tǒng)健全的課程標(biāo)準(zhǔn)、課程期望不明確，在課程目標(biāo)的設(shè)置上缺乏科學(xué)的理論依據(jù)，可能導(dǎo)致教師在具體的教學(xué)過程中呈現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)隨意且教學(xué)效果難以評價的問題;對STEM理念的認(rèn)識不足，現(xiàn)有的STEM課程設(shè)計只重視外在教學(xué)形式上的整合，而忽略跨學(xué)科知識、核心概念和能力的滲透，難以促進學(xué)生深度學(xué)習(xí)、實現(xiàn)高階思維能力發(fā)展;STEM課程開發(fā)呈現(xiàn)零散狀態(tài)，缺少社會多方面力量的合作與支持，各個學(xué)校使用或開發(fā)的STEM 課程大多是校本課程，內(nèi)容各不相同，還沒有形成一套系統(tǒng)銜接各個學(xué)段的中小學(xué)STEM課程體系。

美國亞利桑那州立大學(xué)（ASU）和美國宇航局噴氣推進實驗室（JPL）合作開發(fā)的火星教育項目——基于《下一代科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)》（Next Generation Science Standards）的STEM課程（以下簡稱“火星教育項目STEM課程”）是在教育實踐中取得巨大成功的整合型課程經(jīng)典案例。因此，本研究以該項目STEM課程為例，對其課程整體結(jié)構(gòu)、課程教學(xué)活動實施流程、課程教學(xué)策略和課程開發(fā)策略進行詳細(xì)分析，以期為我國開發(fā)跨學(xué)科整合型STEM課程提供借鑒和啟發(fā)。

三、火星教育項目STEM課程介紹

為了深入了解火星教育項目STEM課程的特點，需要對其課程結(jié)構(gòu)及教學(xué)活動設(shè)計進行細(xì)致地分析。這是因為課程結(jié)構(gòu)反映著課程知識的組織及其相互關(guān)系[5]，是教育目標(biāo)轉(zhuǎn)化為教育服務(wù)的紐帶，是課程開發(fā)者教育理念的載體[6]。教學(xué)活動設(shè)計是對課堂教學(xué)過程中師生教與學(xué)活動的預(yù)設(shè)和安排，是課堂教學(xué)活動實施的藍(lán)圖，能夠體現(xiàn)課程開發(fā)者的教學(xué)思想。

（一）火星教育項目STEM課程結(jié)構(gòu)

火星教育項目致力于開發(fā)系統(tǒng)的STEM教育解決方案，鼓勵教育工作者和學(xué)生在現(xiàn)實或模擬的環(huán)境中參與體驗美國宇航局（NASA）專業(yè)的科學(xué)研究和工程技術(shù)活動，是一種真實的、實踐的、探究式的課程。根據(jù)NASA真實火星探測項目過程中需要開展的科學(xué)研究和工程實踐活動，火星教育項目STEM課程內(nèi)容劃分為“概念建?！薄肮こ獭薄拔覀?nèi)绾翁剿鳌薄翱茖W(xué)研究”四個領(lǐng)域，每個領(lǐng)域由一系列主題課程組成，形成了一個覆蓋 K-12年級的課程計劃，見表1。整個課程圍繞學(xué)科核心概念進行跨學(xué)科整合設(shè)計，根據(jù)學(xué)生的認(rèn)知水平呈現(xiàn)逐漸深入、螺旋上升的框架結(jié)構(gòu)，每門課程針對不同的教學(xué)對象設(shè)定了不同的教學(xué)目標(biāo)并開發(fā)了相應(yīng)的教學(xué)活動方案。

（二）火星教育項目STEM課程教學(xué)活動設(shè)計

火星教育項目STEM課程的教學(xué)活動是基于5E教學(xué)模式設(shè)計的，包括參與、探索、解釋、遷移、評估和拓展環(huán)節(jié)。下面以火星教育項目STEM課程中 “在太陽系中尋找生命”這一代表性的專題課程為例，介紹其面向中學(xué)（MS）的課程教學(xué)活動具體實施流程。

1. 參與環(huán)節(jié)

本環(huán)節(jié)的主要目標(biāo)是創(chuàng)設(shè)任務(wù)規(guī)劃的情境。教師首先通過提供墻報或閱讀材料的方式，向?qū)W生簡要解釋類似系統(tǒng)、系統(tǒng)模型、科學(xué)本質(zhì)等跨學(xué)科概念的內(nèi)涵和工程實踐的常規(guī)工作。其次，通過朗讀指導(dǎo)語的方式為學(xué)生創(chuàng)設(shè)在太陽系中尋找生命的任務(wù)情境。接著，通過討論“我們在太空中尋找什么”“我們的探索活動需要回答什么主要問題”等問題引發(fā)學(xué)生思考，明確項目目標(biāo)與任務(wù)。然后，引導(dǎo)學(xué)生討論“如何對生物與非生物進行界定”“生命體的特征是什么”等問題，并讓學(xué)生在延伸學(xué)習(xí)“它是生命嗎？”這一微課程的過程中體驗通過探索研究發(fā)現(xiàn)生物特征的歷程。最后，教師向?qū)W生解釋接下來將采用玩牌模擬的方式來設(shè)計一個在太陽系中尋找生命的任務(wù)，并讓學(xué)生填寫前概念調(diào)查單以確認(rèn)學(xué)生當(dāng)前對任務(wù)規(guī)劃和工程限制的理解，作為后續(xù)教學(xué)效果評價的依據(jù)。

2. 探索環(huán)節(jié)

本環(huán)節(jié)的主要目標(biāo)是確定一個需要進行技術(shù)設(shè)計的目標(biāo)。第一個活動是了解NASA天體生物學(xué)研究所的工作。首先，教師與學(xué)生圍繞“生命是如何開始和進化的”等幾個基本問題的討論，了解NASA天體生物學(xué)研究所的研究目標(biāo)。接著和學(xué)生討論一些關(guān)鍵詞（如能量、生命信號）的含義以輔助學(xué)生后續(xù)學(xué)習(xí)。最后，讓學(xué)生在完成“極端微生物”微課程的過程中了解通過探索研究發(fā)現(xiàn)各類生物體及其分布的過程。第二個活動是區(qū)分科學(xué)的任務(wù)目標(biāo)和技術(shù)解決方案。首先，教師告訴學(xué)生科學(xué)家經(jīng)常會為任務(wù)選擇一個科學(xué)目標(biāo)，然后讓學(xué)生小組討論他們可能的科學(xué)目標(biāo)并最終確定一個合適的技術(shù)設(shè)計任務(wù)目標(biāo)，進而調(diào)查研究什么是生物特征以及選擇駕駛哪種航天器執(zhí)行尋找生命的任務(wù)。第三個活動是設(shè)計一個技術(shù)解決方案。學(xué)生小組合作設(shè)計用于完成火星探索任務(wù)的實用航天器，航天器的設(shè)計可以采用卡片模擬的方式進行。該教育項目提供的交易卡上展示了每一個航天器的典型系統(tǒng)，并且每張卡片上都提供了有關(guān)這一特定硬件的使用功能及其本身所存在的缺陷的相關(guān)信息，學(xué)生可以根據(jù)他們的科學(xué)目標(biāo)選擇合適的卡片來組裝、設(shè)計航天器。

3. 解釋環(huán)節(jié)

本環(huán)節(jié)的主要目標(biāo)是分析技術(shù)設(shè)計過程中的約束條件。第一個活動關(guān)注的是工程約束的概念。首先，讓學(xué)生確定他們在進行工程設(shè)計時具體經(jīng)歷了工程設(shè)計周期的哪些環(huán)節(jié)，同時舉例說明，并把每個例子寫在“工程設(shè)計周期”學(xué)習(xí)任務(wù)單上。接著，讓學(xué)生思考以下問題：影響任務(wù)完成的限制條件、團隊如何解決問題以及如何測試解決方案。第二個活動是學(xué)生分享他們在工程設(shè)計過程中遇到的約束事項以及相應(yīng)的調(diào)整方案。首先，學(xué)生批判性地傾聽同伴的解釋，匯報他們自己的解決方案，并質(zhì)疑其他人的解釋。然后，在班級共享后，花幾分鐘時間討論并重申他們可能提到的一些約束事項并突出強調(diào)那些被忽視的約束事項。第三個活動是把學(xué)生分組開展討論。首先，分發(fā)關(guān)于科學(xué)和工程實踐、跨學(xué)科概念、科學(xué)的本質(zhì)的相關(guān)材料，小組討論10～15分鐘。接著，小組與全班分享他們對科學(xué)本質(zhì)和實踐的理解并陳述理由，由教師在黑板上記錄每個組的討論結(jié)果。

4. 遷移環(huán)節(jié)

本環(huán)節(jié)的主要目標(biāo)是促使學(xué)生將技術(shù)設(shè)計技能應(yīng)用于新的問題解決過程。從兩個任務(wù)中任選其一完成：任務(wù)一是讓團隊之間交換任務(wù)方案進行互評，即每個任務(wù)組將自己的任務(wù)方案與另外一個小組交換，由對方作為評估組對任務(wù)組方案中的科學(xué)目標(biāo)、工程目的、約束條件等進行評估，并給出改進建議;任務(wù)二是重新運行模擬并設(shè)計一個火星取樣返回任務(wù)，任務(wù)可以是地表取樣返回或軌道取樣返回。

5. 評估環(huán)節(jié)

本環(huán)節(jié)的主要目標(biāo)是評價學(xué)生解決工程問題的能力變化情況。評估活動主要通過調(diào)查學(xué)生學(xué)習(xí)后對相關(guān)科學(xué)概念的理解情況，如回答諸如“你認(rèn)為尋找生命任務(wù)計劃最困難的部分？解釋你這么認(rèn)為的原因。”等問題，或者讓學(xué)生對照前科學(xué)概念調(diào)查結(jié)果，比較其對相關(guān)概念理解的前后變化情況，并分析其原因。評估活動也可能采用基于《下一代科學(xué)標(biāo)準(zhǔn)》的評價量規(guī)進行形成性和總結(jié)性評估，允許學(xué)生在教學(xué)過程中發(fā)現(xiàn)并改進他們學(xué)習(xí)中的錯誤。

6. 拓展環(huán)節(jié)

本環(huán)節(jié)的主要目標(biāo)是讓學(xué)生繼續(xù)進行遷移訓(xùn)練或完成項目的后續(xù)科學(xué)探索工作。任務(wù)一是讓學(xué)生完成前面遷移環(huán)節(jié)中的另外一個任務(wù);任務(wù)二是讓學(xué)生提交一份正式的項目申報書，為他們的任務(wù)方案爭取額外的資助，并提供了申報書樣例。

四、火星教育項目STEM課程的特點

通過上面對課程結(jié)構(gòu)和教學(xué)活動設(shè)計的詳細(xì)分析可以發(fā)現(xiàn)，火星教育項目STEM課程有許多值得學(xué)習(xí)借鑒的地方，可以從其教學(xué)策略和課程開發(fā)策略兩個方面來分析其特點。

（一）火星教育項目STEM課程的教學(xué)策略分析

教學(xué)策略是為完成教學(xué)目標(biāo)和適應(yīng)學(xué)生認(rèn)知規(guī)律而制定的教學(xué)程序和采取的教學(xué)實踐措施。通過對火星教育項目STEM課程結(jié)構(gòu)及教學(xué)活動的細(xì)致分析可以發(fā)現(xiàn)，該課程的主要教學(xué)策略包括基于5E教學(xué)模式注重學(xué)生活動體驗、以真實問題為載體實現(xiàn)跨學(xué)科整合、采用基于問題或基于項目的學(xué)習(xí)方式、提供豐富的學(xué)習(xí)支架以促進深度學(xué)習(xí)和將STEM素養(yǎng)培養(yǎng)目標(biāo)落實到具體教學(xué)活動中等。

1. 基于5E教學(xué)模式注重學(xué)生活動體驗

火星教育項目STEM課程每堂課的教學(xué)都采用基于概念轉(zhuǎn)變理論的5E教學(xué)模式。5E教學(xué)模式最初是為美國生物學(xué)課程教學(xué)開發(fā)的，目前是科學(xué)教育中常用的一種教學(xué)模式，它將教與學(xué)的過程劃分為五個環(huán)節(jié)：參與、探索、解釋、遷移和評估。參與環(huán)節(jié)是一種傳統(tǒng)的熱身活動，由教師提出一些現(xiàn)實生活中的問題，創(chuàng)設(shè)問題情境，以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)動機、了解學(xué)生的先驗知識。在探索環(huán)節(jié)，教師起指導(dǎo)和推動作用，利用各種學(xué)習(xí)支架輔助學(xué)生自主探究，加深理解，挑戰(zhàn)現(xiàn)有的偏見和誤解，提供替代性解釋幫助學(xué)生形成新圖式。在解釋環(huán)節(jié)，學(xué)生交流分享學(xué)到的東西，用自己的理解闡釋他們對概念的認(rèn)知，說明最初的概念轉(zhuǎn)變。在遷移環(huán)節(jié)，給學(xué)生提供機會將他們新發(fā)現(xiàn)的知識應(yīng)用到新的情境中，并支持新圖式的強化或轉(zhuǎn)移。最后，在評估階段，學(xué)生可以利用反思表等對自身進行形成性和總結(jié)性評估，教師可以利用相關(guān)評價量規(guī)評估學(xué)生的學(xué)習(xí)效果和自身的教學(xué)效果。在這種教學(xué)模式中，學(xué)生全程參與探究過程，通過體驗不同環(huán)節(jié)的學(xué)習(xí)活動完成相應(yīng)的任務(wù)和問題來全面理解和掌握科學(xué)和工程實踐、學(xué)科核心概念、科學(xué)方法和科學(xué)本質(zhì)[8]。

2. 以真實問題為載體實現(xiàn)跨學(xué)科整合

在火星教育項目STEM課程體系中，每個教學(xué)計劃的開頭都有依據(jù)《下一代科學(xué)標(biāo)準(zhǔn)》設(shè)計的該課程所要解決的核心問題和基本組成問題，這些問題都是基于物理科學(xué)、生命科學(xué)、地球與太空科學(xué)以及工程四大領(lǐng)域具體的學(xué)科核心概念設(shè)置的。學(xué)生通過學(xué)習(xí)這些學(xué)科核心概念，可以逐漸掌握科學(xué)領(lǐng)域中其他的知識和技能[9]。這些核心問題和基本組成問題貫穿整個教學(xué)過程，并在課程實施過程中將其轉(zhuǎn)化為一系列特定情境下的學(xué)習(xí)任務(wù)以及更加具體的問題?；鹦墙逃椖康腟TEM課程是以真實問題為載體圍繞學(xué)科核心概念，通過開展一系列動手實踐、動腦思考的學(xué)習(xí)活動任務(wù)，促使學(xué)生在真實情境中將科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)等多學(xué)科知識和技能進行整合，即把分學(xué)科的知識按問題邏輯融合在具體的實踐活動中，從而實現(xiàn)跨學(xué)科重組。

3. 采用基于問題和基于項目的學(xué)習(xí)方式

火星教育項目STEM課程主要采用基于問題和項目兩種學(xué)習(xí)方式?；趩栴}的學(xué)習(xí)是指把學(xué)生置于復(fù)雜、有意義的問題情境中，學(xué)生合作解決真實問題，學(xué)習(xí)隱含于問題背后的學(xué)科知識，形成問題解決技能和自主學(xué)習(xí)能力[10]?；陧椖康膶W(xué)習(xí)是為學(xué)生提供真實的情境和特定的目標(biāo)，讓學(xué)生為項目負(fù)責(zé)，制定計劃，綜合運用所學(xué)的多學(xué)科知識和技能，有效利用各種資源，解決一系列相互關(guān)聯(lián)的現(xiàn)實問題，最終以產(chǎn)品或研究報告的形式結(jié)束。這兩種學(xué)習(xí)模式之間有很多共同點，并且項目包括問題，一些問題在有些時間上也會變?yōu)轫椖俊５腔陧椖康膶W(xué)習(xí)強調(diào)在活動過程和活動結(jié)束之后產(chǎn)生人工制品，這是其與基于問題的學(xué)習(xí)的最大區(qū)別 [11]?；鹦墙逃椖縎TEM課程的教學(xué)是由基于問題的學(xué)習(xí)逐漸轉(zhuǎn)向基于項目的學(xué)習(xí)的。例如：為6—12年級設(shè)立的火星成像學(xué)生項目（The Mars Student Imaging Project，簡稱MSIP），是一個全國性教育項目，它不僅強化了傳統(tǒng)學(xué)科知識的教學(xué)，還融入了21世紀(jì)技能的培養(yǎng)。火星成像學(xué)生項目通過一種沉浸式和變革性的方式，為學(xué)生進行科學(xué)實踐提供了現(xiàn)實的支持平臺，學(xué)生可以沉浸到真實的科學(xué)研究中，承擔(dān)具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)，提出假設(shè)、確定研究問題、開展調(diào)查研究、收集分析數(shù)據(jù)、解決問題，并且可以與火星科學(xué)家交流、展示他們的發(fā)現(xiàn)，發(fā)布團隊研究結(jié)果并獲得真實的反饋。

4. 提供豐富的學(xué)習(xí)支架促進深度學(xué)習(xí)

STEM教育強調(diào)協(xié)作探究式的學(xué)習(xí)方式，注重復(fù)雜性學(xué)習(xí)過程中深度學(xué)習(xí)的發(fā)生。根據(jù)學(xué)生學(xué)習(xí)過程中的實際需求提供相應(yīng)的學(xué)習(xí)支架，有利于學(xué)生解決問題、反思學(xué)習(xí)活動，促進其對新知識的深入理解并能夠在新情境中進行知識遷移。通過分析可以發(fā)現(xiàn)，該STEM課程教學(xué)中綜合運用了多種類型的學(xué)習(xí)支架。在課堂教學(xué)參與環(huán)節(jié)，教師通過提出問題、展示圖片和視頻等多媒體素材的形式為學(xué)生提供情境型支架，幫助學(xué)生引發(fā)思考、促進新舊知識的碰撞，快速進入學(xué)習(xí)狀態(tài)。在探究環(huán)節(jié)，教師為學(xué)生自主協(xié)作學(xué)習(xí)提供策略型支架和資源型支架，有利于學(xué)生協(xié)作交流確定學(xué)習(xí)目標(biāo)、建立學(xué)習(xí)任務(wù)，利用所獲得的詳細(xì)知識和操作技能來設(shè)計問題解決方案并進行操作驗證。在解釋環(huán)節(jié)，主要提供交流型支架來促進師生以及學(xué)生之間的信息交流和共享，加深學(xué)生對新概念的理解，修改已有的錯誤觀念，發(fā)展學(xué)生的批判性思維。在遷移環(huán)節(jié)，教師提供交流型支架引導(dǎo)學(xué)生利用所學(xué)知識和技能進行協(xié)作交流來完成新的活動任務(wù)以增強學(xué)生對所學(xué)知識的理解和運用，拓展概念和技能，培養(yǎng)學(xué)生使用新知識解決新情境、新問題的能力。在評價環(huán)節(jié)，提供評價型支架來評估學(xué)生學(xué)習(xí)成果，引導(dǎo)學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中對自己所掌握的知識和技能進行反思和改進。例如：教師提供包含開放性問題的反思表、前概念調(diào)查表和后概念調(diào)查表來對比學(xué)生的概念認(rèn)知轉(zhuǎn)變，了解學(xué)生對知識和技能的掌握程度。

5. 將STEM素養(yǎng)培養(yǎng)目標(biāo)落實到具體教學(xué)活動中

STEM教育的核心目標(biāo)是培養(yǎng)具備STEM素養(yǎng)的、能夠適應(yīng)未來社會創(chuàng)新工作的人才，但是如何在STEM課程教學(xué)中將STEM素養(yǎng)的培養(yǎng)落到實處是困擾國內(nèi)STEM教育實踐者的難題。美國州長協(xié)會將STEM素養(yǎng)界定為個體在科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)領(lǐng)域以及相關(guān)交叉領(lǐng)域中運用個人關(guān)于現(xiàn)實世界運行方式的知識的能力，是科學(xué)素養(yǎng)、技術(shù)素養(yǎng)、工程素養(yǎng)和數(shù)學(xué)素養(yǎng)的綜合[12]。據(jù)此，可以將STEM素養(yǎng)的結(jié)構(gòu)在縱向上劃分為以下兩個層次：下層是STEM各相關(guān)學(xué)科知識、技能和態(tài)度的綜合，上層是基于STEM具體學(xué)科知識、技能和態(tài)度基礎(chǔ)之上的學(xué)科核心素養(yǎng)或21世紀(jì)技能。整合型STEM課程教學(xué)不但要實現(xiàn)STEM學(xué)科知識與技能的掌握，還要促進學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)和21世紀(jì)技能的發(fā)展?；鹦墙逃椖縎TEM課程巧妙地將STEM素養(yǎng)培養(yǎng)目標(biāo)落實到了具體的教學(xué)活動中，將科學(xué)概念的學(xué)習(xí)嵌入問題解決或項目設(shè)計實踐工程中，將學(xué)科核心素養(yǎng)整合到科學(xué)探索和技術(shù)設(shè)計的實踐活動中，將21世紀(jì)技能的發(fā)展?jié)B透在教學(xué)過程的每次思考、討論等活動中。結(jié)合前面對課程教學(xué)活動設(shè)計的介紹，可以通過對不同環(huán)節(jié)教學(xué)活動的設(shè)計意圖以及各教學(xué)環(huán)節(jié)涉及的部分STEM學(xué)科知識和核心素養(yǎng)的分析，更深入地了解這一特點，見表2。

（二）火星教育項目STEM課程的開發(fā)策略分析

課程開發(fā)策略是在課程開發(fā)過程中為保證課程開發(fā)質(zhì)量而采取的關(guān)鍵措施。通過對課程結(jié)構(gòu)及教學(xué)活動設(shè)計的細(xì)致分析，可以發(fā)現(xiàn)該課程主要的開發(fā)策略包括：高校與社會科研結(jié)構(gòu)合作開發(fā)、學(xué)習(xí)成果與國家課程標(biāo)準(zhǔn)和21世紀(jì)技能相對應(yīng)、基于安德森教育目標(biāo)分類學(xué)確定教學(xué)目標(biāo)、課程教學(xué)活動設(shè)計方案翔實可操作、整合多種真實科研資源支持課程實施等。

1. 高校與社會科研機構(gòu)合作開發(fā)

火星教育項目STEM課程是亞利桑那州立大學(xué)與美國宇航局噴氣推進實驗室合作開發(fā)的，旨在為教育工作者、學(xué)生和公眾提供參與到先進的STEM專業(yè)發(fā)展培訓(xùn)中的機會。高校與社會科研機構(gòu)的支持與合作，使得STEM課程的開發(fā)與實施有了堅實的保障。一是，社會科研機構(gòu)可以為STEM教育開展提供模擬實驗室、相關(guān)科研設(shè)備、最新的科研成果等豐富的教學(xué)資源，學(xué)生可體驗從設(shè)計到開發(fā)應(yīng)用的全過程，在真實的實驗環(huán)境中參與科學(xué)實踐。二是，高校與社會科研機構(gòu)通過開展STEM教育相關(guān)的學(xué)術(shù)研討會、科學(xué)家主題演講會、專業(yè)發(fā)展研討會以及成立STEM課程教育項目等方式，將科學(xué)家、高校教師與K-12年級的教師和學(xué)生聯(lián)系起來。同時，高校教育團隊通過虛擬辦公時間向K-12年級的教師提供STEM課程內(nèi)容的在線培訓(xùn)，培養(yǎng)教師把火星教育融入STEM課堂教學(xué)的能力。

2. 學(xué)習(xí)成果與國家課程標(biāo)準(zhǔn)和21世紀(jì)技能相對應(yīng)

火星教育項目的STEM課程是依據(jù)《共同核心標(biāo)準(zhǔn)》《國家科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)》《下一代科學(xué)標(biāo)準(zhǔn)》《21世紀(jì)技能框架》開發(fā)的，并且四個領(lǐng)域下的每一門課程在不同年級或階段都有一個總體性的教學(xué)目標(biāo)和系列具體、可操作、可衡量的學(xué)習(xí)成果來幫助教學(xué)目標(biāo)的達(dá)成?？傮w教學(xué)目標(biāo)是基于上述課程標(biāo)準(zhǔn)和21世紀(jì)技能確定的，這些標(biāo)準(zhǔn)提供了學(xué)生在各年級、各階段的不同能力要求和表現(xiàn)期望，并以具體的學(xué)習(xí)成果體現(xiàn)出來，因此，學(xué)習(xí)成果與相關(guān)課程標(biāo)準(zhǔn)和21世紀(jì)技能是相對應(yīng)的，具體教學(xué)活動的設(shè)計也是在這些課程標(biāo)準(zhǔn)和技能的指導(dǎo)下進行的，并且多個標(biāo)準(zhǔn)和技能之間存在相互重疊交叉的部分。例如：在“地球、月球和火星模型”這門課中，其學(xué)習(xí)成果（LO1c）“使用模型來預(yù)測周長和距離”既涉及《下一代科學(xué)標(biāo)準(zhǔn)》，又涉及《共同核心標(biāo)準(zhǔn)》;學(xué)習(xí)成果（LO1a）“比較地球、月球和火星的相對大小和距離”;學(xué)習(xí)成果（LO1b）“使用標(biāo)準(zhǔn)（1st-4th）或非標(biāo)準(zhǔn)（K）的測量來交流相對大小和距離”以及學(xué)習(xí)成果（LO1d）“解釋科學(xué)過程（比例、模型的使用）”就涉及《下一代科學(xué)標(biāo)準(zhǔn)》《共同核心標(biāo)準(zhǔn)》《21世紀(jì)技能框架》三個標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容要求，如圖1所示。

21世紀(jì)技能連接圖[13]

將每門課程的學(xué)習(xí)成果與國家課程標(biāo)準(zhǔn)和21世紀(jì)技能相對應(yīng)，不但可以有效保證課程開發(fā)過程中教育目標(biāo)的落實，還為教學(xué)效果評價提供了有效參考。該STEM課程依據(jù)《下一代科學(xué)標(biāo)準(zhǔn)》《共同核心標(biāo)準(zhǔn)》《21世紀(jì)技能框架》開發(fā)評價量規(guī)，根據(jù)學(xué)生學(xué)習(xí)過程中的不同活動表現(xiàn)綜合評價學(xué)生達(dá)到預(yù)期學(xué)習(xí)結(jié)果的程度，考察學(xué)生的學(xué)習(xí)理解遷移能力以及STEM素養(yǎng)。

3. 基于安德森教育目標(biāo)分類學(xué)確定教學(xué)目標(biāo)

火星教育項目的STEM課程利用安德森和克拉斯沃爾（Anderson&Krathwohl）的分類法作為四個領(lǐng)域中系列課程在不同階段、不同年級教學(xué)目標(biāo)和學(xué)習(xí)成果制定的理論依據(jù)，以確保教學(xué)目標(biāo)和學(xué)習(xí)成果與學(xué)生應(yīng)獲得的知識和認(rèn)知過程水平相匹配。該分類法從認(rèn)知過程和知識兩個維度出發(fā)，提供了一個框架來幫助組織協(xié)調(diào)教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)活動和教學(xué)評估，允許教育工作者將教學(xué)目標(biāo)和對學(xué)習(xí)成果的評估與框架中的適當(dāng)水平保持一致，使得教學(xué)目標(biāo)更加明確和具體化，教師可以更好地理解教學(xué)目標(biāo)和學(xué)習(xí)成果的構(gòu)建，有利于教師在教學(xué)過程中始終圍繞教學(xué)目標(biāo)全面開展教學(xué)活動，不至于偏離方向。例如：在“地球、月球和火星模型”這門課中，教學(xué)目標(biāo)（LO1）是“構(gòu)建一個簡單的地球、月球、火星模型”，在認(rèn)知過程維度上處于高階思維“創(chuàng)造”層次，在知識維度上屬于概念性知識。學(xué)習(xí)成果（LO1a）“比較地球、地球的月球和火星的相對大小和距離”，在認(rèn)知過程維度上屬于“理解”層次，在知識維度上屬于概念性知識;學(xué)習(xí)成果（LO1b）“使用標(biāo)準(zhǔn)（1st-4th）或非標(biāo)準(zhǔn)（K）的測量來交流相對大小和距離”，在認(rèn)知過程維度上屬于“應(yīng)用”層次，在知識維度上屬于程序性知識;學(xué)習(xí)成果（LO1c） “用模型來預(yù)測”，在認(rèn)知過程維度上屬于“創(chuàng)造”層次，在知識維度上屬于概念性知識;學(xué)習(xí)成果（LO1d）“解釋科學(xué)過程（比例、模型的使用）”，在認(rèn)知過程維度上屬于“理解”層次，在知識維度上屬于元認(rèn)知層次，如圖2所示。

4. 課程教學(xué)活動設(shè)計方案翔實可操作

火星教育項目STEM課程提供了K-12年級完整的教學(xué)計劃。其教學(xué)計劃對教師如何開展教學(xué)提供了詳細(xì)的活動方案及使用指南，每個教師都可以利用這些教學(xué)計劃直接開展教學(xué)，可操作性強。這就極大地降低了教師利用該課程材料進行教學(xué)的難度，可以讓更多的教師在教學(xué)實踐中了解STEM教育理念。每門STEM課程的教學(xué)計劃方案包含以下幾個部分：（1）“學(xué)生需要做什么”呈現(xiàn)在教學(xué)計劃的開頭，明確學(xué)習(xí)這門課程所需完成的任務(wù)。（2）NGSS核心問題、組成問題和總體教學(xué)目標(biāo)。其中的NGSS問題主要是基于學(xué)科核心概念提出的。例如：圍繞定義和限制工程問題這一學(xué)科核心概念提出“什么是設(shè)計？成功解決方案的標(biāo)準(zhǔn)和約束條件是什么？”。（3）上課所需準(zhǔn)備的材料。主要包括動手實踐的材料，來自學(xué)生指南的各種學(xué)習(xí)任務(wù)單、反思表以及教師指南提供的評價量規(guī)等。（4）這門課程需要學(xué)生理解掌握的核心概念。（5）完整的課堂教學(xué)實施步驟及時間安排，包括課前準(zhǔn)備、課上參與、探索、解釋、遷移、評價以及拓展。各個環(huán)節(jié)都對教師和學(xué)生的行為活動提出了詳細(xì)的要求。（6）活動方案指導(dǎo)語。一方面指的是用于提示教師在備課環(huán)節(jié)所需打印和準(zhǔn)備的教學(xué)材料;另一方面是教師開展課堂教學(xué)時使用什么樣的語言來創(chuàng)設(shè)問題情境，如何提出問題來引導(dǎo)學(xué)生思考，需要講解哪些知識概念，在每個教學(xué)環(huán)節(jié)分發(fā)或提供什么樣的學(xué)習(xí)支架以及教師在組織學(xué)生開展活動時列出的提示建議等。

5. 整合多種真實科研資源支持課程實施

課程資源是 STEM課程實施的重要載體[14]。NASA為火星教育項目STEM課程開發(fā)和實施提供了真實的科學(xué)研究數(shù)據(jù)、研究工具等資源，并通過恰當(dāng)?shù)姆绞脚cSTEM課程整合，更能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)探究的熱情，也有利于學(xué)習(xí)成果的遠(yuǎn)遷移。這些資源主要包括：（1）基于網(wǎng)絡(luò)平臺的紅色星球報告和NASA的火星探測計劃視頻資源;（2）JMARS，提供NASA收集到的所有火星軌道數(shù)據(jù);（3）為火星學(xué)生項目設(shè)計的論壇，供學(xué)生在研究項目的持續(xù)時間內(nèi)共享資源、進行連接和協(xié)作;（4）來自火星科學(xué)實驗室“好奇號”探測器的媒體資源;（5）教育機器人資源;（6）通過Twitter獲取最新的火星新聞消息;（7）教師和學(xué)生活動指導(dǎo)手冊、各種形式的學(xué)習(xí)支架、國家課程標(biāo)準(zhǔn)和21世紀(jì)技能圖、教學(xué)目標(biāo)分類表、評價量規(guī)等。

五、對我國跨學(xué)科整合型STEM課程建設(shè)的啟發(fā)

通過前面的分析發(fā)現(xiàn)，火星教育項目STEM課程在教學(xué)策略和開發(fā)策略方面有很多值得我們借鑒的地方，下面結(jié)合我國STEM教育現(xiàn)狀及跨學(xué)科整合型STEM課程建設(shè)現(xiàn)狀，就我國跨學(xué)科整合型STEM課程開發(fā)提出以下建議：

（一）加強國家頂層設(shè)計以構(gòu)建STEM課程建設(shè)共同體

美國在發(fā)展STEM教育的過程中充分發(fā)揮政府的引領(lǐng)作用，頒布了一系列STEM教育政策對其進行頂層設(shè)計，引導(dǎo)教育機構(gòu)與其他社會組織機構(gòu)協(xié)同推進STEM教育。火星教育項目STEM課程就是高校與科研機構(gòu)協(xié)同創(chuàng)新的成果。高校可以為課程開發(fā)提供理論和技術(shù)支持，并為中小學(xué)教師提供STEM教育專業(yè)培訓(xùn);科研機構(gòu)則為課程開發(fā)提供真實的探究任務(wù)情境和教學(xué)資源支持，并為課程后續(xù)實施提供實驗設(shè)備等平臺支撐。近年來，STEM教育已被納入我國教育發(fā)展戰(zhàn)略相關(guān)政策文件。2016年，教育部在《教育信息化“十三五”規(guī)劃》中明確提出，有條件的地區(qū)要積極探索融合信息技術(shù)的跨學(xué)科學(xué)習(xí)（STEAM教育）;2017年印發(fā)的《義務(wù)教育小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》倡導(dǎo)科學(xué)教師開展跨學(xué)科STEM教育實踐;2017年，中國教育科學(xué)研究院下設(shè)的STEM教育研究中心發(fā)布了《中國STEM教育白皮書》，并提出了“中國STEM教育2029行動計劃”;2018年，設(shè)立首批STEM教育協(xié)同創(chuàng)新中心，搭起STEM教育協(xié)同創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)?？梢哉f，我國已經(jīng)開始布局STEM教育頂層設(shè)計，并為STEM教育發(fā)展繪制了藍(lán)圖，但整體來看依然缺少富有影響力和執(zhí)行剛性的國家層面的系統(tǒng)政策引領(lǐng)。因此，我國亟須加強STEM教育國家級頂層設(shè)計，以切實調(diào)動政府部門、高等學(xué)校、科研機構(gòu)、高新企業(yè)、公共服務(wù)機構(gòu)（科技館、圖書館、博物館、展覽館等）和中小學(xué)校參與STEM教育的積極性，打破部門之間體制機制壁壘，整合多方力量共建優(yōu)勢互補、分工明確、有機聯(lián)動、權(quán)責(zé)對等的STEM教育生態(tài)系統(tǒng)。相應(yīng)地，STEM課程開發(fā)也需要跳出傳統(tǒng)學(xué)校范圍內(nèi)分科課程的思維局限，打造多方協(xié)同的跨學(xué)科整合型STEM課程建設(shè)共同體，充分利用社會各部門資源支持整合型STEM課程的設(shè)計、開發(fā)與實施。

（二）完善STEM課程標(biāo)準(zhǔn)體系以落實STEM素養(yǎng)培養(yǎng)

STEM教育的目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生的STEM素養(yǎng)，STEM課程建設(shè)要將STEM素養(yǎng)培養(yǎng)落到實處?；鹦墙逃椖縎TEM課程是基于《下一代科學(xué)標(biāo)準(zhǔn)》《共同核心標(biāo)準(zhǔn)》《21世紀(jì)技能框架》等相關(guān)學(xué)科標(biāo)準(zhǔn)和技能框架進行整合設(shè)計開發(fā)的，課程設(shè)計將學(xué)習(xí)成果與國家課程標(biāo)準(zhǔn)和21世紀(jì)技能相對應(yīng)，并且按照安德森教育目標(biāo)分類學(xué)準(zhǔn)確描述每節(jié)課的教學(xué)目標(biāo)，這樣就很好地將STEM素養(yǎng)培養(yǎng)落到了具體的教學(xué)活動中。我國長期以來采取分科螺旋式為主的課程實施模式，因此，在STEM分科課程開發(fā)及實施方面并不缺乏有效的經(jīng)驗，恰恰在跨學(xué)科整合型課程開發(fā)和實施方面缺乏系統(tǒng)深入地探索。2016年發(fā)布的《中國學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)》和2017年教育部印發(fā)的《義務(wù)教育小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)》《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》等文件，為STEM課程建設(shè)和課程實施過程中落實學(xué)科核心素養(yǎng)教育方面發(fā)揮了重要引領(lǐng)作用。但依然存在STEM教育小學(xué)階段和中學(xué)階段課程實施模式過渡不夠自然、中學(xué)階段整合型STEM課程建設(shè)實施缺乏理論支撐、全學(xué)段課程結(jié)構(gòu)中對技術(shù)和工程領(lǐng)域關(guān)注不夠等問題。因此，亟須完善現(xiàn)有STEM課程標(biāo)準(zhǔn)體系、貫通小初高各學(xué)段STEM教育內(nèi)容設(shè)計、推動跨學(xué)科整合型STEM課程開發(fā)實施，從而將學(xué)生STEM素養(yǎng)和21世紀(jì)核心素養(yǎng)培養(yǎng)落到實處。

（三）加強STEM課程開發(fā)理論研究以指導(dǎo)課程開發(fā)實踐

STEM課程是落實STEM教育理念的關(guān)鍵載體，開發(fā)系統(tǒng)化的優(yōu)質(zhì)跨學(xué)科整合型STEM課程是改革我國科學(xué)教育現(xiàn)有模式、推動STEM教育深入發(fā)展的當(dāng)務(wù)之急。我國新世紀(jì)初啟動的課程改革就已經(jīng)在學(xué)科教學(xué)中倡導(dǎo)自主、協(xié)作、探究的學(xué)習(xí)方式，并在部分學(xué)段開設(shè)了獨立的綜合性課程，近年來也積極探索機器人教育、創(chuàng)客教育、STEM教育等創(chuàng)新課程模式，在整合型課程建設(shè)方面積累了不少經(jīng)驗，但依然缺乏系統(tǒng)性整合型課程開發(fā)經(jīng)驗和跨學(xué)科整合型STEM課程建設(shè)理論研究。因此，在部分創(chuàng)新型課程教學(xué)中存在表面熱鬧但深度不夠的現(xiàn)狀，尤其是在課程實施中融入項目、探究、合作等學(xué)習(xí)方式后如何才能不降低學(xué)術(shù)標(biāo)準(zhǔn)方面缺乏成功經(jīng)驗。其根本原因在于，我國在跨學(xué)科整合型STEM課程開發(fā)理論方面缺乏深入研究，課程開發(fā)與實施缺乏理論指導(dǎo)。因此，我國亟須加強STEM課程開發(fā)理論研究，形成操作性較強的跨學(xué)科整合型STEM開發(fā)模式以指導(dǎo)課程開發(fā)實踐?；鹦墙逃椖縎TEM課程以富有挑戰(zhàn)性的火星探測任務(wù)為載體，實現(xiàn)了STEM學(xué)科知識的有意義整合、將學(xué)習(xí)結(jié)果與國家課程標(biāo)準(zhǔn)和21世紀(jì)技能相對應(yīng)、采用安德森教育目標(biāo)分類學(xué)描述教學(xué)目標(biāo)等做法，為我們開發(fā)整合型STEM課程提供了很好的借鑒。此外，近年來興起的多種面向復(fù)雜學(xué)習(xí)的教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計模式，如自然學(xué)習(xí)設(shè)計、建構(gòu)主義學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計、四要素教學(xué)設(shè)計等模式也可以為整合型STEM課程設(shè)計開發(fā)提供理論支撐。

（四）開發(fā)典型課程案例以普及整合型STEM課程理念

火星教育項目STEM課程為教師提供了一整套系統(tǒng)完整的課程計劃、教學(xué)活動方案和教學(xué)資源，這樣美國各地的中小學(xué)教師就可以直接利用課程資源低門檻地在自己的學(xué)校實施跨學(xué)科整合型STEM教學(xué)實踐，讓更多的教師有機會接觸和了解STEM課程理念。此外，該項目還通過組織召開研討會等多種方式，為全美范圍內(nèi)的STEM教育工作者提供經(jīng)驗交流和專業(yè)培訓(xùn)的機會，讓有深入探索愿望的教師獲得持續(xù)的專業(yè)支持。這樣，火星教育項目STEM課程就很好地將課程建設(shè)、資源開發(fā)、教學(xué)實踐和教師培訓(xùn)結(jié)合起來。目前，我國STEM課程開發(fā)主要是以試點學(xué)校為單位的小規(guī)模校本課程開發(fā)，課程開發(fā)人員水平參差不齊，課程質(zhì)量難以保證;大部分STEM教師缺乏系統(tǒng)專業(yè)的培訓(xùn)，在教學(xué)實施過程中難以把握STEM教育理念精髓，課堂教學(xué)效果欠佳。因此，我國有必要組建全國范圍的跨學(xué)科整合型STEM課程開發(fā)團隊，集結(jié)優(yōu)秀的STEM教師、STEM教育專家、高新企業(yè)技術(shù)人員等研發(fā)能夠起到示范引領(lǐng)作用的典型課程案例，為一線中小學(xué)教師提供操作性強的STEM課程計劃和教學(xué)實施方案，在典型課程案例試點推廣的過程中普及整合型STEM課程理念，將STEM課程建設(shè)、STEM教學(xué)資源開發(fā)、STEM教學(xué)實踐和STEM教師培訓(xùn)有機結(jié)合起來。

（五）革新STEM課程教學(xué)模式以培養(yǎng)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)型人才

火星教育項目的STEM課程采用5E教學(xué)模式、以真實問題為載體、采取基于問題和項目的學(xué)習(xí)方式、注重學(xué)生活動參與和經(jīng)驗獲得，在整個教學(xué)過程中學(xué)生可以像科學(xué)家和工程師一樣思考和解決問題;各種教學(xué)活動的設(shè)計注重學(xué)生的前科學(xué)概念或已有經(jīng)驗作用，并通過一系列的自主探究活動讓學(xué)生主動建構(gòu)新知識和技能，促進深度學(xué)習(xí)發(fā)生和學(xué)習(xí)結(jié)果有效遷移。我國開展跨學(xué)科整合型STEM課程教學(xué)需要對原有的課程教學(xué)模式進行深入變革。首先，要轉(zhuǎn)變以教師講授為主的傳輸型課堂教學(xué)模式，突出學(xué)生的主體地位，強調(diào)學(xué)生的合作探究和協(xié)作知識建構(gòu);其次，要大力探索基于復(fù)雜真實問題和21世紀(jì)主題的整合型STEM課程建設(shè)，把科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)等多學(xué)科知識充分融入課程教學(xué)中;最后，要跳出學(xué)校教育和課程實施局限，逐漸形成中小學(xué)校、科研機構(gòu)、高等學(xué)校、高新企業(yè)、公共服務(wù)機構(gòu)和其他社會力量協(xié)同教育教學(xué)的STEM教育生態(tài)系統(tǒng)，創(chuàng)新學(xué)校STEM教育模式和人們接受STEM教育的方式，將學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)和創(chuàng)業(yè)精神培育融入日常教學(xué)活動中，加快創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)型人才培養(yǎng)，助力我國創(chuàng)新型國家建設(shè)總戰(zhàn)略。

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