鄒綺雯　梁斌

摘 要：STEM教育作為信息時代的教育熱點之一，已逐漸融入中小學(xué)教育當中。為了使STEM教育與中小學(xué)教育進行更好地融合，更有效地培養(yǎng)符合時代需求的具有核心素養(yǎng)的人才，文章基于STEM跨學(xué)科的相關(guān)概念，分析STEM教育的項目設(shè)計環(huán)節(jié)，并以STEM課堂實錄為例進行詳述分析。

關(guān)鍵詞：STEM教育;跨學(xué)科;項目設(shè)計

中圖分類號：G434? ? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：1673-8454（2019）14-0039-04

教育部2016年出臺的《教育信息化“十三五”規(guī)劃》中指出要依托信息技術(shù)營造信息化教學(xué)環(huán)境，促進教學(xué)理念、教學(xué)模式和教學(xué)內(nèi)容改革，推進信息技術(shù)在日常教學(xué)中的深入、廣泛應(yīng)用，適應(yīng)信息時代對培養(yǎng)高素質(zhì)人才的需求，需要積極探索信息技術(shù)在跨學(xué)科學(xué)習(xí)等新的教育模式中的應(yīng)用，著力提升學(xué)生的信息素養(yǎng)、創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力[1]。其中跨學(xué)科學(xué)習(xí)教育模式即當下所發(fā)展的STEM教育模式。

一、STEM教育

1.STEM教育及其發(fā)展

STEM強調(diào)Science（科學(xué)）、Technology（技術(shù)）、Engineering（工程）、Mathematics（數(shù)學(xué)）四門學(xué)科的內(nèi)容可進行跨學(xué)科之間的融合，從而形成整體。STEM教育對于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力、問題求解能力、批判性思維、信息素養(yǎng)等高階能力具有很好的效果，是信息時代下培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的有效途徑之一。

2012年《上海教育·環(huán)球教育時訊》雜志開設(shè)了STEM教育欄目，STEM教育開始進入人們視線，同時國家也在大力推進STEM教育的發(fā)展。2015年教育部發(fā)布的《關(guān)于“十三五”期間全面深入推進教育信息化工作的指導(dǎo)意見（征求意見稿）》明確了STEM發(fā)展的任務(wù)。如今STEM教育逐漸在中小學(xué)一線普及，如江蘇省在2015年就率先啟動STEM教育試點項目并出臺了相關(guān)文件，上海市實驗中學(xué)創(chuàng)辦了STEM實驗室，等等。種種實例顯示STEM教育作為創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的主要內(nèi)容之一在我國呈上升發(fā)展趨勢。

2.STEM教育包含的素養(yǎng)

STEM教育的四門學(xué)科分別代表著四類素養(yǎng)：科學(xué)素養(yǎng)、技術(shù)素養(yǎng)、工程素養(yǎng)、數(shù)學(xué)素養(yǎng)。

科學(xué)學(xué)科，是指關(guān)注自然界研究的學(xué)科，其中包括與物理、化學(xué)、生物有關(guān)的事實、原則等概念的掌握與運用?？茖W(xué)學(xué)科注重通過實踐活動與科學(xué)探索獲取知識，為進行工程設(shè)計提供理論基礎(chǔ)。而科學(xué)素養(yǎng)則指具有運用物理、化學(xué)、生物等學(xué)科的知識理解自然界并能做出相關(guān)決策的能力，主要包括生命與衛(wèi)生科學(xué)、地球與環(huán)境科學(xué)、技術(shù)科學(xué)三大領(lǐng)域[2]。

技術(shù)，嚴格上來說并不屬于一門學(xué)科，是人類在生產(chǎn)活動、社會發(fā)展和科學(xué)實驗過程中，為了達到預(yù)期的目的而根據(jù)客觀規(guī)律對自然和社會進行認識、調(diào)控和改造的物質(zhì)工具、方法技能和知識經(jīng)驗等的綜合體[3]。而技術(shù)素養(yǎng)則指選擇、運用、評價技術(shù)的能力。

工程學(xué)科，是指將自然科學(xué)的理論應(yīng)用于具體生產(chǎn)部門而形成的學(xué)科總稱，例如“化學(xué)工程”“遺傳工程”等?，F(xiàn)代社會，“工程”一詞狹義定義為“以某組設(shè)想的目標為依據(jù)，應(yīng)用有關(guān)的科學(xué)知識和技術(shù)手段，通過有組織的一群人將某個（或某些）現(xiàn)有實體（自然的或人造的）轉(zhuǎn)化為具有預(yù)期使用價值的人造產(chǎn)品過程”[4]。而工程素養(yǎng)則指對工程的設(shè)計和實施的理解能力。

數(shù)學(xué)學(xué)科，是研究數(shù)量、結(jié)構(gòu)、變化、空間以及信息等概念的一門學(xué)科，在人類歷史發(fā)展和社會生活中，數(shù)學(xué)發(fā)揮著不可替代的作用，也是學(xué)習(xí)和研究現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)必不可少的基本工具[5]。數(shù)學(xué)素養(yǎng)則指運用數(shù)學(xué)中的邏輯運算、推理、統(tǒng)計等知識解決問題的能力。

二、STEM教育下的項目設(shè)計

1.相關(guān)理論

（1）建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論

建構(gòu)主義認為：學(xué)習(xí)者的知識是在一定的情境下，借助他人的幫助，如人與人之間的協(xié)作、交流、利用必要的信息等，通過意義的建構(gòu)而獲得的[6]，“情境”“協(xié)作”“會話”“意義建構(gòu)”是其四大要素，教學(xué)應(yīng)在與現(xiàn)實情境相類似的情境中發(fā)生，以解決學(xué)生在現(xiàn)實生活中遇到的問題為目標。學(xué)習(xí)的內(nèi)容要選擇真實性任務(wù)，不能對其做過于簡單化的處理，使其遠離現(xiàn)實的問題情境[7]。STEM教育的核心特點之一正是基于真實情境的問題解決[8]。STEM教育中，學(xué)生并不是被動地接受教師傳遞的知識，而是在教師創(chuàng)設(shè)的真實情境中成為了課堂的主體，在與同學(xué)協(xié)作中對真實情境問題進行合作、設(shè)計、解決，在此過程中學(xué)生之間相互啟發(fā)，進行有意義的知識建構(gòu)。

（2）“做中學(xué)”理論

“做中學(xué)”是杜威提出的教育理論，其主要觀點認為知識源于生活，學(xué)習(xí)應(yīng)以學(xué)生為中心，學(xué)習(xí)的開展應(yīng)在學(xué)生解決日常生活問題的過程中收獲知識、形成能力，強調(diào)體驗和實踐在教育中的深度參與，使學(xué)生經(jīng)歷在做中思考、在做中探究、在做中研習(xí)的學(xué)習(xí)歷程[9]。STEM教育注重教學(xué)過程與學(xué)生實際生活的聯(lián)系，其教學(xué)內(nèi)容以貼近學(xué)生生活實際為主，圍繞某個知識點創(chuàng)設(shè)真實情境下的項目式學(xué)習(xí)，在教學(xué)過程中，教師提供導(dǎo)學(xué)單、工具、3D打印機、平板電腦等材料與設(shè)備，由學(xué)生主導(dǎo)并借助所學(xué)知識完成教學(xué)實踐活動，獲得真實的學(xué)習(xí)體驗。在學(xué)習(xí)的過程中，學(xué)生學(xué)會主動、積極參與，其動手能力、合作能力、創(chuàng)新能力以及分析、解決問題的能力都能得到很好的鍛煉。同時學(xué)生經(jīng)過親身實踐，對知識也有了更深一步的認識，加強了知識建構(gòu)的有效性。

（3）生活視野理念

STEM教育認為在教學(xué)過程中，教科書傳授的間接經(jīng)驗不能全面滿足學(xué)生獲取知識的需要，即學(xué)生不應(yīng)只關(guān)注和學(xué)習(xí)教科書上設(shè)定的內(nèi)容，而是應(yīng)該把眼光拓寬于生活視野中，從生活實際發(fā)現(xiàn)知識，參與知識生產(chǎn)與獲取的學(xué)習(xí)過程，體驗由直接經(jīng)驗引發(fā)的知識建構(gòu)。STEM教育中，教師通過創(chuàng)設(shè)生活化的學(xué)習(xí)情境，讓學(xué)生基于生活實際來理解學(xué)科知識的價值和意義，從而更好地掌握知識。教學(xué)過程中的真實問題成為貫穿整個學(xué)習(xí)過程的主線，把核心問題轉(zhuǎn)化為一系列的學(xué)習(xí)任務(wù)，學(xué)生通過高投入的實踐探索，達到對知識的意義建構(gòu)和深層次理解[10]。同時學(xué)生在實踐的過程中，還能親身感受和體驗知識生產(chǎn)的過程，有助于學(xué)生加固相關(guān)知識的記憶以及培養(yǎng)良好的自主學(xué)習(xí)和動手實踐的習(xí)慣。

（4）跨學(xué)科理念

信息時代，學(xué)生發(fā)展要面臨的問題是基于生活實際的、綜合多方面領(lǐng)域的復(fù)雜多樣的問題，難以單純運用某一學(xué)科的知識進行解決，因此當前分科式教學(xué)的弊端之一就是會導(dǎo)致學(xué)生無法將所學(xué)知識很好地運用到實際生活中，出現(xiàn)了“高分低能”現(xiàn)象。針對于此，STEM教育基于跨學(xué)科理念，打破學(xué)科界限，尋找學(xué)科知識之間的契合點，為學(xué)生提供多門學(xué)科解決問題的思考方向的同時，引導(dǎo)學(xué)生綜合運用數(shù)學(xué)、工程、技術(shù)、科學(xué)等知識，以教師創(chuàng)設(shè)的實際問題情境為主進行問題的分析與解決，有助于增強學(xué)生知識結(jié)構(gòu)網(wǎng)中知識與知識、知識與復(fù)雜問題的聯(lián)系，在培養(yǎng)學(xué)生邏輯性思考能力與發(fā)散思考能力的同時，也有助于增強學(xué)生未來的社會競爭力與適應(yīng)力，成為能順應(yīng)時代發(fā)展、符合時代發(fā)展的人才。

2.項目設(shè)計

項目設(shè)計在STEM教育中占據(jù)著重要的地位，教學(xué)中的情境與問題如何設(shè)計直接影響著學(xué)生的教學(xué)體驗與知識建構(gòu)的效果。圍繞項目與問題，STEM教育的項目設(shè)計包括以下幾個方面：[11]

（1）教學(xué)分析

包括教學(xué)目標分析、教學(xué)內(nèi)容分析、學(xué)情分析。分析教學(xué)目標是對教學(xué)活動預(yù)期所要達到的結(jié)果的規(guī)劃，規(guī)定著教學(xué)活動的方向、進程和預(yù)期結(jié)果，同時分析教學(xué)目標也是評價教學(xué)效果的基本依據(jù)。分析教學(xué)內(nèi)容是對知識內(nèi)容、知識內(nèi)容間的結(jié)構(gòu)以及跨學(xué)科知識間的關(guān)聯(lián)進行明確的梳理，根據(jù)教學(xué)內(nèi)容設(shè)計選擇合適的教學(xué)模式。分析學(xué)情是了解掌握學(xué)生的已有知識基礎(chǔ)與學(xué)習(xí)狀態(tài)，按照學(xué)情分析的結(jié)果設(shè)計符合學(xué)生當前發(fā)展階段的情境與問題。

（2）工具與資源分析

是指對課堂上可用的教學(xué)工具與資源進行分析。信息時代，教學(xué)工具與資源應(yīng)包括硬件與軟件，其中硬件是指可用于教學(xué)活動的設(shè)備、器材等，例如廣泛應(yīng)用于STEM教育中的3D打印機;軟件是指幫助學(xué)生設(shè)計、分析、交流等的認知工具，例如用于建模的3Dmax，用于分析數(shù)據(jù)的SPSS。

（3）學(xué)習(xí)活動過程設(shè)計

基于不同的教學(xué)模式，學(xué)習(xí)活動過程也會有所不同，但任何的學(xué)習(xí)活動過程都應(yīng)包含有益的學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)，以促進學(xué)生有效建構(gòu)自己的知識體系，達到教學(xué)目的。例如，探究式教學(xué)模式的學(xué)習(xí)活動過程就包括了創(chuàng)設(shè)情境、啟發(fā)思考、自主學(xué)習(xí)探究、協(xié)作交流、總結(jié)提高5個實施步驟。

（4）評價設(shè)計

常用的教學(xué)評價有形成性評價與總結(jié)性評價。在STEM教學(xué)中，兩種評價方式可以選擇混合使用，例如在學(xué)習(xí)過程中通過量表、行為觀察等形式了解學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，并通過有效強化使學(xué)生對自己的學(xué)習(xí)行為做出保持或修正。在課后，通過知識測試等形式了解學(xué)生對知識的掌握情況，有助于教師及時對教學(xué)過程的安排進行反思。

三、案例分析

本案例選自2018年1月15-16日浙江嘉興實驗小學(xué)舉辦的全國小學(xué)STEM課堂教學(xué)觀摩研討會中吳建偉老師的STEM展示課《輪子》。

1.案例教學(xué)過程（見表1）

2.案例設(shè)計分析

對于該教學(xué)案例的項目設(shè)計分析，按照上述項目設(shè)計的四個方面進行分析。

（1）教學(xué)分析

該案例的教學(xué)目標可按三維目標進行分析，首先在知識與技能教學(xué)目標上，要使學(xué)生掌握輪子的特點并學(xué)會制作一個輪子;在過程與方法教學(xué)目標上，學(xué)生經(jīng)歷、體驗作品制作的過程，學(xué)會表達自我的觀點，合作交流思想以及培養(yǎng)全面思考的習(xí)慣，便于遷移到今后的學(xué)習(xí)中;在情感態(tài)度與價值觀教學(xué)目標上，通過小組合作，培養(yǎng)學(xué)生解決問題的能力以及協(xié)作精神，養(yǎng)成積極主動學(xué)習(xí)的習(xí)慣，以及通過對具體作品的分析評價培養(yǎng)學(xué)生對美的認知。

該教學(xué)案例的教學(xué)內(nèi)容主要圍繞著輪子進行，分別為認識輪子和學(xué)會制作輪子，因此教師用于導(dǎo)入新課的支架需選用既符合學(xué)生身心發(fā)展特點又緊扣教學(xué)主題的內(nèi)容，使學(xué)生能運用到數(shù)學(xué)計算、美術(shù)構(gòu)圖等跨學(xué)科的知識，從而培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)。該教學(xué)案例的教學(xué)對象為小學(xué)四年級的學(xué)生，該時期的學(xué)生學(xué)習(xí)能力與情感能力快速發(fā)展，意志發(fā)展開始從他律向自律過渡，開始具有自覺克服困難的意志，同時也渴望與同伴合作交流，因此該階段是培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)能力、情感能力、學(xué)習(xí)恒心以及合作交流習(xí)慣的關(guān)鍵期。

（2）工具與資源設(shè)計

該教學(xué)案例中的工具與資源包括有常規(guī)的投影儀、教師課件、展示資料，測量用的輪子計圈數(shù)器，學(xué)生制作作品的材料（超輕黏土、小木棒、牙簽、竹簽、剪刀）、導(dǎo)學(xué)案以及測試用的斜坡。這些資源都是與學(xué)生生活相貼近的，資源的選擇從學(xué)生的生活視野出發(fā)，符合四年級學(xué)生身心發(fā)展階段的需求與特點。

（3）學(xué)習(xí)活動過程設(shè)計

教師首先提出貼近學(xué)生生活實際的問題，創(chuàng)設(shè)真實情境，引發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，從而導(dǎo)出教學(xué)內(nèi)容，在學(xué)生自行觀察發(fā)現(xiàn)輪子的特點后以任務(wù)驅(qū)動的方式，讓學(xué)生組成小組自行制作一個輪子，賦予學(xué)生設(shè)計師、工程師的角色，促使學(xué)生將頭腦中的知識轉(zhuǎn)化為動手能力。教師提供的導(dǎo)學(xué)案實際上為學(xué)生的設(shè)計方案提供了方向，因為四年級的學(xué)生思維尚未足夠成熟，需要教師的提點作為引領(lǐng)，以更好地完成設(shè)計。學(xué)生按照設(shè)計好的方案進行制作，在制作的過程中運用跨學(xué)科的知識，動手能力得到訓(xùn)練，在測試后不斷改進創(chuàng)新，訓(xùn)練了創(chuàng)新思維。

（4）評價設(shè)計

該課堂實例以形成性評價為主，包括學(xué)生之間的評價、教師對學(xué)生的評價。學(xué)生之間的評價體現(xiàn)在輪子制作完成后，組內(nèi)成員分享感受以及小組與小組之間展示作品、分享討論經(jīng)驗這兩個環(huán)節(jié)。進行學(xué)生之間的評價有助于活躍課堂氛圍，培養(yǎng)學(xué)生傾聽、交流的習(xí)慣，也有助于培養(yǎng)學(xué)生批判性思維的形成。教師在學(xué)生制作作品的過程中給予的評價，有助于學(xué)生從教師的經(jīng)驗評價中獲得解決問題的靈感，促進學(xué)生思考的能力。教師的評價不宜將直接解決方案告訴學(xué)生，而是應(yīng)該引領(lǐng)學(xué)生進行思考，培養(yǎng)學(xué)生自行尋找解決方案的能力。

學(xué)生是研究的參與者，是學(xué)習(xí)過程的主體，在研究過程中，主動地運用跨學(xué)科知識解決選定的真實問題，運用知識設(shè)計解決方案，動手操作實現(xiàn)設(shè)計，在親身體驗中對知識進行發(fā)現(xiàn)、探究、創(chuàng)新。

四、結(jié)束語

STEM目前在我國發(fā)展迅速，不少中小學(xué)課堂也積極融入STEM教育理念或教學(xué)方式，例如重慶市九龍坡區(qū)謝家灣小學(xué)實行的課程改革，將11門獨立學(xué)科整合成5門新課程，修正了學(xué)科分科過細、學(xué)科知識分離的不足，使學(xué)生在相融合的知識環(huán)境下構(gòu)建個人的知識架構(gòu)，同時基于真實情境，思考能力也大大增強，促進學(xué)生的創(chuàng)新性思維進步。而項目設(shè)計是使STEM教育理念能充分發(fā)揮作用的基礎(chǔ)步驟，全面完善的項目設(shè)計不僅能體現(xiàn)STEM教育跨學(xué)科、趣味性、協(xié)作性等特點，還有助于學(xué)生進行知識遷移，培養(yǎng)發(fā)展性的人才，而項目設(shè)計的繼續(xù)完善還需要不斷研究，思考與借鑒國內(nèi)外優(yōu)秀經(jīng)驗，不斷實踐與探索，積極創(chuàng)建更完善的項目設(shè)計。

參考文獻：

[1]教技[2016]2號.教育信息化“十三五”規(guī)劃[Z].

[2]彭志達.美國STEM教師教育政策文本分析[D].長沙：湖南師范大學(xué)，2016.

[3]趙呈領(lǐng)，楊琳，劉清堂.信息技術(shù)與課程整合（第二版）[M].北京：北京大學(xué)出版社，2017：4-5.

[4]百度百科.工程[DB/OL]. https：//baike.baidu.com/item/工程.

[5]百度百科.數(shù)學(xué)[DB/OL]. https：//baike.baidu.com/item/數(shù)學(xué)/107037.

[6]鐘志賢，徐洪建.建構(gòu)主義教學(xué)思想攬要[J].中國電化教育，2000（2）：17-19.

[7]張建偉，陳琦.從認知主義到建構(gòu)主義[J].北京師范大學(xué)學(xué)報（社會科學(xué)版），1996（4）：75-82+108.

[8]Tsupros N， Kohler R， Hallinen J. STEM education： A project to identify the missing components[D]. Pennsylvania： Carnegie Mellon University，2009

[9]趙呈領(lǐng)，申靜潔，蔣志輝.一種整合創(chuàng)客和STEM的教學(xué)模型建構(gòu)研究[J].電化教育研究，2018，39（9）：81-87.

[10]秦瑾若，傅鋼善.STEM教育：基于真實問題情景的跨學(xué)科式教育[J].中國電化教育，2017（4）：67-74.

[11]余勝泉，胡翔.STEM教育理念與跨學(xué)科整合模式[J].開放教育研究，2015，21（4）：13-22.

（編輯：魯利瑞）