郭 偉，徐飛飛，張 宇

（1.吉林省教育學(xué)院，吉林 長春130022；2.長春南湖實驗中學(xué)，吉林長春130022；3.長春吉大附中力旺實驗小學(xué)，吉林長春130031）

STEM（Science，Technology，Engineering，Mathematics）整合教育是關(guān)于學(xué)生積極參與、基于項目的跨學(xué)科學(xué)習(xí)，它運用了科學(xué)探究和工程設(shè)計過程，通過團隊合作解決實際問題，它連接抽象知識與學(xué)生的生活，整合學(xué)習(xí)的過程和內(nèi)容。它包括一系列不同的學(xué)習(xí)體驗，涉及一定程度的內(nèi)在聯(lián)系，不局限于四門各自獨立的學(xué)科，而是更關(guān)注其整合的意義和價值。［1］而STEM理念和實踐的整合可以增強對學(xué)科間概念的整合、獲得工程和技術(shù)知識、促進對學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的培養(yǎng)?？茖W(xué)新教材基于核心概念和學(xué)習(xí)進階理論進行編寫，部分教學(xué)內(nèi)容實現(xiàn)科學(xué)、技術(shù)與工程等知識的整合，促進了學(xué)生參與工程實踐和對重要科學(xué)原理的深入探索，發(fā)展了學(xué)生對跨學(xué)科知識的深度學(xué)習(xí)與理解?？茖W(xué)學(xué)科新一輪變革將聚焦于科學(xué)課程、教學(xué)與學(xué)習(xí)方式的變化，最大化地提升學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。

一、STEM整合教育現(xiàn)狀

（一）國內(nèi)STEM整合教育現(xiàn)狀

2021年新課程標準要求每門課程花10%的時間開展跨學(xué)科教育，加強學(xué)科內(nèi)知識整合，強化學(xué)科實踐。2017年制定的《義務(wù)教育小學(xué)科學(xué)課程標準》倡導(dǎo)跨學(xué)科整合的學(xué)習(xí)方式，并在教學(xué)實踐中嘗試STEM教育。同年，中國教育科學(xué)研究院撰寫的《中國STEM教育白皮書》闡述了中國發(fā)展STEM教育的背景，全面分析了我國STEM教育的發(fā)展成果及問題與挑戰(zhàn)，提出了“中國STEM教育2029創(chuàng)新行動計劃”以及具體的行動方案，整合科研機構(gòu)、企業(yè)、社區(qū)和學(xué)校等社會資源創(chuàng)建STEM教育生態(tài)系統(tǒng)。余勝泉等人介紹了兩種跨學(xué)科整合模式，即相關(guān)課程、廣域課程，同時分析了三種跨學(xué)科整合的取向：學(xué)科知識整合取向、生活經(jīng)驗整合取向、學(xué)習(xí)者中心整合取向，并提出了跨學(xué)科整合的項目設(shè)計模式。［2］李春密從橫向和縱向兩個維度對各國在整合課程方面的特色和趨勢做了比較研究。［3］唐小唯提出科—工整合是最符合我國科學(xué)教育發(fā)展需要的STEM整合類型，即注重教學(xué)實施中科學(xué)探究與工程設(shè)計的有機結(jié)合。［4］郭玉英提到實現(xiàn)科學(xué)課程整合首先應(yīng)圍繞大概念組織知識內(nèi)容，建構(gòu)統(tǒng)一的概念體系，在此基礎(chǔ)上設(shè)計合理的學(xué)習(xí)進階，以促進學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的連貫發(fā)展。［5］

（二）國外STEM整合教育現(xiàn)狀

2013年全球STEMX教育大會上多次提到STEAM，這里的X代表著計算思維、計算機科學(xué)、調(diào)查研究、創(chuàng)造與革新及21世紀的知識與技能。2014年美國科學(xué)教育委員會發(fā)布的《K-12年級STEM整合教育現(xiàn)狀、前景和研究議程》對美國STEM整合教育實施提出了建議。［6］2015年奧巴馬簽署的《STEM教育法》將計算機學(xué)科整合到STEM教育中。隨后，美國研究所與美國教育部發(fā)布《STEM 2026：教育創(chuàng)新愿景》，指出要打破STEM學(xué)科間以及與其他非STEM學(xué)科間的分界線，將跨學(xué)科的學(xué)習(xí)方式整合到P-12課程中，并且整合科研院所、大學(xué)、企業(yè)、圖書館等資源打造網(wǎng)絡(luò)化和參與度高的STEM教育實踐社區(qū)。2017年，美國STEM教育峰會提出以化學(xué)學(xué)科為核心的整合式STEM課程開發(fā)模式，通過工程設(shè)計實現(xiàn)STEM跨學(xué)科整合，構(gòu)建整合式STEM教學(xué)層級量表，從學(xué)習(xí)目標整合、STEM概念和技能、學(xué)科內(nèi)容知識、學(xué)習(xí)成果等維度將STEM整合分為探索性整合、發(fā)展性整合和完成性整合三個層次?！都幽么罂茖W(xué)教育共同框架》將科學(xué)與技術(shù)、社會和環(huán)境相聯(lián)系與整合，同時以“共通概念”整合學(xué)科間的概念體系。法國倡導(dǎo)主題整合引領(lǐng)教學(xué)內(nèi)容，芬蘭的《核心課程標準》將所有學(xué)科以課題的形式整合。

二、STEM整合教育研究框架

STEM整合教育研究框架聚焦三個方面——目標、成果、整合本質(zhì)，每個方面都有獨特的內(nèi)容，但在實踐中它們是相互依存的。

（一）STEM整合教育的目標

1．學(xué)生目標

STEM整合教育的目標為培養(yǎng)學(xué)生的STEM素養(yǎng)和21世紀能力，這些能力是認知能力、人際能力和內(nèi)在能力的整合，可以支持學(xué)生更深層次的學(xué)習(xí)和知識遷移。認知能力包括批判性思維和創(chuàng)新能力；人際能力包括溝通、協(xié)作和責任擔當能力；內(nèi)在能力包括靈活性、主動性和元認知。另外STEM整合教育的目標還有培養(yǎng)具備STEM能力的人才，提高學(xué)生對STEM學(xué)科的興趣和參與度，能夠在STEM學(xué)科之間建立聯(lián)系，并利用這些聯(lián)系改變學(xué)習(xí)的方式，從而對核心概念或大概念深入理解，形成比在單個學(xué)科的邊界內(nèi)更完整、范圍更廣的知識。

2．教師目標

STEM整合教育的另一個目標是教師，教師要與特定課程相關(guān)的專業(yè)開展合適的教學(xué)教研活動。這些課程的目標是增加教師的學(xué)科知識和教學(xué)內(nèi)容知識，以及促使教師對學(xué)習(xí)與教學(xué)方式進行研究。這些知識既與STEM學(xué)科相關(guān)，也與學(xué)科之間的聯(lián)系相關(guān)?？鐚W(xué)科整合的教學(xué)模式至關(guān)重要，因此提高教育者在他們很少接觸的學(xué)科上的教學(xué)技能是必要的，尤其是針對很少接觸數(shù)學(xué)、科學(xué)或工程方面的校外教育者，應(yīng)適當開展整合課程STEM專業(yè)發(fā)展項目。

（二）STEM整合教育的本質(zhì)

STEM整合教育的本質(zhì)是為解決實際問題而讓學(xué)生積極參與跨學(xué)科項目的合作式學(xué)習(xí)，是將多個學(xué)科的概念結(jié)合在一起，把一個概念從一個主題連接到另一個主題的實踐，或者結(jié)合科學(xué)探究和工程設(shè)計兩者的實踐。在STEM整合教育中，一個STEM學(xué)科占主導(dǎo)地位，是在一個內(nèi)容領(lǐng)域中開發(fā)學(xué)生的知識或技能，其他學(xué)科的概念或?qū)嵺`通常是為了支持或加深對目標學(xué)科的學(xué)習(xí)和理解。影響STEM整合教育本質(zhì)的重要因素是STEM整合方式和突出STEM實踐與否。

（三）STEM整合教育的成果

STEM整合教育的成果是知識和成就、STEM課程實施、學(xué)習(xí)方式的轉(zhuǎn)變與教學(xué)模式的確定、STEM學(xué)科間的轉(zhuǎn)化理解能力。它對于培養(yǎng)學(xué)生的重要成果是知識和成就、21世紀能力、STEM課程學(xué)習(xí)、STEM興趣、能夠在STEM學(xué)科之間建立聯(lián)系。STEM整合教育在教育者方面的成果是在恰當?shù)慕虒W(xué)模式中實踐、增強教師STEM教育課堂實施能力和教學(xué)內(nèi)容知識。

三、STEM整合教育的實施策略

實施STEM整合教育必須考慮施教時的教學(xué)方法與策略、學(xué)習(xí)方式、評價與教學(xué)等。課堂上的STEM學(xué)習(xí)可以作為“元學(xué)科”，在這樣的框架結(jié)構(gòu)下，課程在課堂的呈現(xiàn)以整合的方式推進，促進了學(xué)生對教學(xué)內(nèi)容的深度理解以及科學(xué)素養(yǎng)的形成。

（一）多學(xué)科與STEM整合

1.社會科與STEM整合

社會科在中小學(xué)的課程范圍內(nèi)包括心理學(xué)、歷史、政治學(xué)等學(xué)科，肩負著培養(yǎng)學(xué)生社會責任感、社會自豪感和民族教育的重擔。給學(xué)生提供跨學(xué)科整合課程的學(xué)習(xí)體驗時，學(xué)生會投入到所有的學(xué)科內(nèi)容中，他們的學(xué)習(xí)興趣超越了學(xué)習(xí)單一學(xué)科時，這樣的學(xué)習(xí)可以開發(fā)學(xué)生創(chuàng)新的潛力。社會科與STEM整合教學(xué)是讓學(xué)生獲得概念性理解的教學(xué)，注重設(shè)計學(xué)習(xí)體驗，教學(xué)設(shè)計要考慮學(xué)生的前概念、興趣、最近發(fā)展區(qū)等?？鐚W(xué)科整合的社會科—STEM教育首先要有明確結(jié)果，選擇能夠長期研究的主題，課程的設(shè)計者在不同科目的標準之間建立聯(lián)系，然后探究每一學(xué)科的標準和學(xué)習(xí)項目與所圍繞主題之間的聯(lián)系。其次，確定過程性學(xué)習(xí)的證據(jù)，以具體可操作的項目評價計劃開始，注重形成性與發(fā)展性評價，使學(xué)生學(xué)習(xí)的潛力發(fā)展最大化。再次，選擇合適的教學(xué)策略、教學(xué)活動、教學(xué)順序和教學(xué)資源。最后，要反復(fù)反思與行動，鼓勵學(xué)生用學(xué)到的知識來解決現(xiàn)實生活中的真實問題，同時反思自己的學(xué)習(xí)過程。

2.科學(xué)閱讀和寫作與STEM整合

科學(xué)閱讀與寫作是對科學(xué)研究的過程和結(jié)果進行資料信息的處理、記錄和書寫，主要包括大量研究內(nèi)容的閱讀，研究計劃、實驗記錄、實驗報告、科研論文的撰寫，因此為了提升學(xué)生的綜合素養(yǎng)，將科學(xué)閱讀與寫作納入STEM學(xué)科是必不可少的?？茖W(xué)閱讀以及有創(chuàng)意的寫作納入STEM學(xué)習(xí)是有價值的創(chuàng)新，學(xué)生能夠更好地深入學(xué)習(xí)和理解知識，同時也能愛上寫作，STEM學(xué)科與創(chuàng)意寫作的融合培養(yǎng)，能夠造就有創(chuàng)造力的思考者、問題解決者和表達創(chuàng)新想法的發(fā)明者，真正實現(xiàn)創(chuàng)新人才的落地培養(yǎng)。把科學(xué)、工程、技術(shù)和數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)與寫作整合在一起，可以打通不同學(xué)科的聯(lián)系，推動跨學(xué)科教學(xué)，讓探索發(fā)現(xiàn)成為學(xué)生學(xué)習(xí)的動力，并培養(yǎng)學(xué)生深度學(xué)習(xí)的習(xí)慣，引導(dǎo)學(xué)生成為擁有創(chuàng)新思維，又有一定解決實際問題能力的人。

3.計算機科學(xué)與STEM學(xué)習(xí)深度整合

STEM整合教育需要新型技術(shù)的支撐，編程與人工智能教育的蓬勃發(fā)展為STEM教育的發(fā)展提供了很好的契機，人工智能是計算機科學(xué)的一個分支，而21世紀核心素養(yǎng)包含數(shù)字信息與通信技術(shù)素養(yǎng)，因此計算機科學(xué)與STEM學(xué)習(xí)深度整合是培養(yǎng)學(xué)生跨學(xué)科綜合素養(yǎng)的一種極佳方式。而STEM整合教育的兩個目標人群是學(xué)生和教師，構(gòu)建基于人工智能技術(shù)的STEM跨學(xué)科教育融合模式是未來的一個重要的整合方向。

（二）STEM知識、技能、態(tài)度與價值的整合

STEM科目知識包括規(guī)律性知識、跨學(xué)科知識、綜合實踐知識，技能包括認知和元認知技能，社會交際情感技能、親身實踐技能。態(tài)度價值包括擁有實事求是的嚴謹態(tài)度、尊重真理與客觀規(guī)律、獨立探索、勇于創(chuàng)新和質(zhì)疑與批判、平等合作。將STEM知識、技能、態(tài)度價值整合并融入課堂可以培養(yǎng)學(xué)生的STEM學(xué)科素養(yǎng)，促使學(xué)生將這種能力變成一種習(xí)慣，具備終身學(xué)習(xí)的能力。STEM教育不僅傳授STEM科目知識，還致力于培養(yǎng)批判性思考、問題解決、高階思維、設(shè)計和推理等技能，并傳授學(xué)習(xí)毅力、適應(yīng)性、團隊合作、組織能力和責任擔當?shù)刃袨槟芰Γ瑫r幫助學(xué)生發(fā)展批判性思維技能和問題解決技能。

（三）思維整合－STEM思維的形成

教育要著重培養(yǎng)學(xué)生的思維能力，因為思維能力是學(xué)習(xí)能力的核心要素之一。思維是人類用語言或符號對客觀世界發(fā)展的思考和表達過程，人的思維活動在思維情景、思維對象、思維內(nèi)容、思維形式、思維結(jié)構(gòu)、思維過程等方面都要受到實踐活動的制約和影響?？茖W(xué)思維指人腦對科學(xué)的現(xiàn)象、研究對象、過程等研究領(lǐng)域的內(nèi)在規(guī)律及事物間的聯(lián)系和相互關(guān)系的間接概括反映。工程思維是指人們綜合運用科學(xué)、技術(shù)、社會、人文、管理科學(xué)等方面知識在進行工程設(shè)計、研究與建構(gòu)實踐過程中解決工程實踐問題時所形成的獨特的系統(tǒng)思維方式。技術(shù)思維是人類采用綜合分析、抽象、形象思維的方法，通過對技術(shù)信息的反思處理與分析按照技術(shù)邏輯的要求去解決技術(shù)問題的一種特有的思維活動。數(shù)學(xué)思維是指對數(shù)學(xué)對象進行某種領(lǐng)悟和洞察的思維，用數(shù)學(xué)的觀點去思考和解決問題。計算思維是有廣泛價值的思維技能，能幫助人們解決問題、設(shè)計系統(tǒng)和理解人類行為，使每個學(xué)習(xí)者都有能力評估信息、分析問題，并通過適當使用數(shù)據(jù)和邏輯思維制定解決方案。思維整合致力于形成STEM思維，STEM思維是按一定的結(jié)構(gòu)、方法和程序?qū)⒖茖W(xué)思維、工程思維、技術(shù)思維、數(shù)學(xué)思維、藝術(shù)思維等結(jié)合起來從多層次、多角度對要解決的實際問題進行綜合性思考的高階思維。

（四）STEM教育中教學(xué)方式的整合

STEM課堂教學(xué)方式是當下教育研究的熱點，STEM教學(xué)重點在于培養(yǎng)學(xué)生的STEM思維能力，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會批判質(zhì)疑和創(chuàng)新發(fā)現(xiàn)。與STEM教育相匹配的教學(xué)方式是以學(xué)生為中心、強調(diào)動手實踐、以科學(xué)探究和工程實踐為基礎(chǔ)。在課堂教學(xué)方面包含了多種教學(xué)方式，例如以學(xué)生為中心的項目學(xué)習(xí)、問題化學(xué)習(xí)、體驗式和開放式的教學(xué)方式。

1.基于問題學(xué)習(xí)的STEM教育

基于問題的學(xué)習(xí)是一種體驗式教學(xué)策略，鼓勵學(xué)生積極學(xué)習(xí)，讓他們參與到結(jié)構(gòu)松散的問題中，這些問題與他們在生活中遇到的情況相似，并且可能有多種解決問題的方案。將問題學(xué)習(xí)整合到STEM教育中是一種很好的嘗試，它的中心特征是：學(xué)生中心論、小組合作、教師角色作為引導(dǎo)者、現(xiàn)實問題作為學(xué)習(xí)的最核心焦點和刺激、通過自主學(xué)習(xí)獲得新信息。

2.基于項目學(xué)習(xí)的STEM教育

項目式學(xué)習(xí)是以學(xué)生為中心的合作性學(xué)習(xí)活動，通過學(xué)生自主提出問題、設(shè)計方案、解決問題、評價和反思這個探究過程解決多學(xué)科的有實際意義的問題，使學(xué)生更高效地理解學(xué)科知識，并培養(yǎng)學(xué)生的21世紀實際技能?；陧椖繉W(xué)習(xí)的一般特征包括主題引入、任務(wù)確定、調(diào)查研究、資源收集、搭建腳手架、團隊合作、反思交流。基于項目的學(xué)習(xí)已經(jīng)實施很多年，但是與中小學(xué)的STEM教育整合在一起是新的嘗試，因此STEM項目教學(xué)法應(yīng)運而生，STEM項目教學(xué)由教師創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境，在教師的引導(dǎo)下，以學(xué)生為中心，利用充足時間，對于一個跨學(xué)科項目，由學(xué)生自己收集與處理信息、設(shè)計方案、實施項目及評價，解決具有實際意義的問題。它是以STEM項目問題的生成、探究、解決、運用來培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實踐能力，又以學(xué)生的發(fā)展為本，形成學(xué)習(xí)共同體，注重核心素養(yǎng)全面提升的一種探究式、體驗式、開放式教學(xué)模式。

（五）STEM教育中學(xué)習(xí)方式的整合

將STEM與基于項目的學(xué)習(xí)整合后發(fā)展為基于項目的STEM學(xué)習(xí)?；陧椖康腟TEM學(xué)習(xí)是在有明確目標的基礎(chǔ)上，把模糊的任務(wù)置于較為豐富的學(xué)習(xí)情景下，以學(xué)生為中心，進行小組合作學(xué)習(xí)、制定項目的方案設(shè)計、解決現(xiàn)實生活中的問題，從而考察學(xué)生對跨學(xué)科知識和概念的掌握以及利用知識解決問題的能力?；陧椖康腟TEM學(xué)習(xí)也是一種整合科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)的學(xué)習(xí)方式，這種學(xué)習(xí)方式要求學(xué)生有批判性的思維并且要善于分析問題，強化了更高水平的思維技能，這種學(xué)習(xí)是一種合作性的學(xué)習(xí)方式，要求學(xué)生團隊協(xié)作、與同伴溝通、合作解決問題?；陧椖康腟TEM學(xué)習(xí)需要教師創(chuàng)建豐富且真實的情景體驗，因此引入情境學(xué)習(xí)與體驗式學(xué)習(xí)也至關(guān)重要，同時采用發(fā)現(xiàn)式學(xué)習(xí)也是必須的。

（六）STEM教育評價與教學(xué)的整合

在STEM項目學(xué)習(xí)的課堂中整合評價與教學(xué)非常關(guān)鍵，在課程設(shè)計中要清楚地說明教學(xué)標準，使評價和教學(xué)緊密交織在一起。評價要和學(xué)習(xí)環(huán)境相匹配，教師以自己學(xué)科領(lǐng)域的標準作為對學(xué)生期望的基礎(chǔ)，然后發(fā)展出能夠解決這些期望的STEM項目學(xué)習(xí)環(huán)境。對相同內(nèi)容或標準的評價會因為發(fā)生的學(xué)習(xí)是小組學(xué)習(xí)還是個人學(xué)習(xí)而不同，所以教師可以根據(jù)學(xué)習(xí)情況調(diào)整評價方法。教師應(yīng)利用多項資源來評價學(xué)習(xí)，不僅要包括傳統(tǒng)類型的測驗和測試等評價形式，也要包括面試、觀察、開放性問題、標推化測試的分數(shù)。教師也可以用評價量規(guī)來確定學(xué)生的表現(xiàn)，評估學(xué)生制作的手工制品，并進一步通過同伴評價來提供建設(shè)性的反饋與評價。這些過程會培養(yǎng)學(xué)生反思的思維技能，并增強學(xué)生開發(fā)元認知的知識和策略的意識。使用形成性評價和發(fā)展性評價能幫助學(xué)生開發(fā)學(xué)習(xí)的潛力，培養(yǎng)學(xué)生在項目教學(xué)中的批判性思維技能。值得注意的是，形成性評價是一種為了促進學(xué)習(xí)而在教學(xué)中開展的評估形式，而不是對學(xué)習(xí)成就進行評估。形成性評價應(yīng)該是教學(xué)必備的有機組成部分，應(yīng)該從始至終落實到學(xué)習(xí)項目的過程中。

（七）STEM與教育技術(shù)的整合

教育技術(shù)在STEM教育中占有重要的地位，在STEM教育中使用技術(shù)，學(xué)生能夠發(fā)展技術(shù)素養(yǎng)、獲得數(shù)據(jù)技能，例如人工智能、網(wǎng)絡(luò)探究、社交媒體等教學(xué)工具正在深度融入STEM課堂。使用建模工具等計算機軟件能幫助學(xué)生看到數(shù)據(jù)的變化，擴展探究學(xué)習(xí)的空間。這些技術(shù)在教師專業(yè)發(fā)展活動和教與學(xué)的過程中也該得到有效的利用，如采用網(wǎng)絡(luò)教研形式促進省際教師之間的交流學(xué)習(xí)，發(fā)展教師的專業(yè)素養(yǎng)。STEM項目學(xué)習(xí)中使用的教育技術(shù)有四種類型，即探究、溝通、建構(gòu)和表達。探究的技術(shù)支持著搜索、發(fā)現(xiàn)、收集、示范和分析數(shù)據(jù)；溝通的技術(shù)支持著展示、語言、聽覺等形式進行合作性工作；建構(gòu)的技術(shù)支持著建構(gòu)新事物；表達的技術(shù)支持著通過特定形式將所得到的結(jié)果與他人分享。

將教育技術(shù)整合到STEM教育中可以采用ASSURE模式。ASSURE模式包括分析學(xué)習(xí)者、陳述目標、選擇方法和技術(shù)、使用技術(shù)、要求學(xué)習(xí)者參與、評估和修改六個階段。即分析學(xué)習(xí)者的年齡、社會文化、技能、態(tài)度、興趣、動機等，在STEM教育結(jié)束時明確期望學(xué)生取得的成果，并有計劃地運用教育策略和技術(shù)，為學(xué)生提供豐富的學(xué)習(xí)體驗和社交互動的機會，利用評估結(jié)果幫助STEM項目學(xué)習(xí)取得更好的設(shè)計和實施效果。

四、工程設(shè)計取向的STEM項目學(xué)習(xí)的教學(xué)設(shè)計研究

將工程設(shè)計的思想整合到中小學(xué)STEM教育與科學(xué)教育中，提高了課堂所學(xué)內(nèi)容在現(xiàn)實生活中的實用性，形成深度學(xué)習(xí)。以工程設(shè)計為基石的STEM項目學(xué)習(xí)借助工程設(shè)計過程，將工程概念核心思想和實踐納入課堂，幫助教師講解科學(xué)、技術(shù)、數(shù)學(xué)和工程等多個學(xué)科之間的相互依賴關(guān)系以及對社會和自然的影響，能真正實現(xiàn)學(xué)生對STEM概念的深入學(xué)習(xí)，體驗廣泛的STEM技能、問題和機會。通過模仿工程設(shè)計的過程實現(xiàn)課程的整合最為理想，能將STEM思維滲透到各個環(huán)節(jié)。STEM整合教育中的工程設(shè)計環(huán)節(jié)要運用高階思維，在確定需求環(huán)節(jié)會用到人性化思維，在設(shè)計解決問題方案環(huán)節(jié)會用到和創(chuàng)造性思維息息相關(guān)的“頭腦風暴”，在權(quán)衡利弊環(huán)節(jié)需要用到分析性思維、批判性思維等，設(shè)計過程是系統(tǒng)的和迭代的?；诠こ淘O(shè)計取向的STEM項目學(xué)習(xí)的教學(xué)流程如下：

（一）情景創(chuàng)建

STEM整合教育中的課程通常是通過基于問題、項目或設(shè)計的任務(wù)來讓學(xué)生參與解決真實世界的問題。教師在確立研究主題后給出模糊的任務(wù)，讓學(xué)生借助現(xiàn)代技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)資源自主收集相關(guān)信息，提取關(guān)鍵有研究價值的學(xué)習(xí)內(nèi)容，再通過設(shè)計引人注意的開場，回顧以往的知識，引出下一步的學(xué)習(xí)。工程設(shè)計取向的STEM學(xué)習(xí)是在有明確目標的基礎(chǔ)上，把模糊的任務(wù)置于較為豐富的與社會生活相關(guān)的課堂環(huán)境下，學(xué)生綜合運用各學(xué)科知識解決一個有趣而富有挑戰(zhàn)的實際問題。

（二）確定問題和目標定義

學(xué)習(xí)挑戰(zhàn)是由某種需要、愿望或問題引發(fā)的。學(xué)生課前使用計算機對確定的根本性問題進行資料收集、閱讀與信息整理，確定問題的具體要求，明確安全和成本等限制性條件，從而對合理的方案進行定義。在跨學(xué)科的STEM項目學(xué)習(xí)上，教師要識別科學(xué)、數(shù)學(xué)、工程與技術(shù)等學(xué)科在各個年級對應(yīng)的基礎(chǔ)知識和技能標準，重視學(xué)生知識與技能的習(xí)得，進行學(xué)科內(nèi)部和學(xué)科之間的無縫隙整合，并將教學(xué)評價與學(xué)習(xí)目標相結(jié)合。

（三）自主設(shè)計解決方案

教師讓學(xué)生辨別問題時必須均衡多種不同的因素，如成本、審美、材料、安全等制約因素和標準，學(xué)生借助學(xué)習(xí)前對相關(guān)學(xué)習(xí)項目的信息搜集和調(diào)查研究，通過開展頭腦風暴形成一些創(chuàng)新性的解決問題的觀點。學(xué)生應(yīng)該盡可能多地進行頭腦風暴，將問題分解成一個個小問題，再對每個小問題進行頭腦風暴尋求解決方案。教師要幫助學(xué)生把注意力放在產(chǎn)生想法上，不是關(guān)注他們的想法是否合適。一旦形成了大量的可能解決問題的方案，學(xué)生就開始分析這些方案，對每個方案是否滿足設(shè)計綱要的目標和限制條件進行評判，使用系統(tǒng)的方法分析，研究每一個方案的優(yōu)勢與缺陷。

（四）構(gòu)建模型、測試與優(yōu)化、展示與交流

在建立模型的環(huán)節(jié)中，學(xué)生們一起將設(shè)計的方案進行建模，并在實際動手操作中發(fā)現(xiàn)問題、解決問題、收獲知識。學(xué)生利用數(shù)學(xué)知識和計算思維等測試解決方案，必要時可引入人工智能設(shè)備進行數(shù)據(jù)分析和模擬，判斷解決方案是否合適。學(xué)生在反復(fù)的制作、測試、優(yōu)化中不斷反思，改進設(shè)計方案，提升動手實踐能力和批判性思維能力。測試可以采用“公平測試”的方法，依次更改每一個獨立因素。工程設(shè)計過程具有反復(fù)性，學(xué)生要有意識地對自己的設(shè)計進行改良，創(chuàng)作出最好的設(shè)計方案。在整個工程設(shè)計過程中，教師都應(yīng)該給學(xué)生提供與同學(xué)交流測試結(jié)果的機會；如果有可能，還應(yīng)該讓他們與更廣的受眾進行交流。在“測試、評估和優(yōu)化”環(huán)節(jié)，學(xué)生應(yīng)該分享自己的測試結(jié)果、關(guān)系到改良設(shè)計方案的決策以及支撐這些決策的證據(jù)。最后，教師還應(yīng)該給學(xué)生機會讓他們展示自己的最終方案，說明方案成功的依據(jù)以及找到這個方案的途徑。

（五）評價與反思

對學(xué)生在STEM項目學(xué)習(xí)中的表現(xiàn)進行評估是通過多種方式實現(xiàn)的。教師要對學(xué)生在項目中的表現(xiàn)進行跟蹤，如設(shè)計過程的每一步應(yīng)該達到的效果、學(xué)生使用的方法、成員對主題的理解與領(lǐng)悟等。同時評價應(yīng)更加注重學(xué)習(xí)過程中的生生之間互動以及對學(xué)生思維發(fā)展方面展開批判性評價。STEM項目學(xué)習(xí)中的真實性評價是最有挑戰(zhàn)性的評價方式，評價內(nèi)容與學(xué)生所學(xué)內(nèi)容相吻合，教師明確如何評價，何時去評價，評價的對象是誰，評價什么等也是非常重要的。［7］在評價形式上，采用評價量規(guī)對學(xué)生團隊在學(xué)習(xí)具體內(nèi)容和實踐活動時概念生成的成分進行評價，通過合理評價讓學(xué)生分享學(xué)習(xí)過程，反思遇到的問題，互學(xué)互教，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造性和深層次的思考，從而利于學(xué)習(xí)的拓展遷移。

五、對STEM整合教育實施的建議

整合可以改善學(xué)科的概念學(xué)習(xí)，但效果不同，這取決于整合的性質(zhì)、衡量的結(jié)果以及學(xué)生的原有知識和經(jīng)驗。

（一）整合要適度

在STEM學(xué)科間建立聯(lián)系，需要以一種可測量的、策略性的方式實施STEM整合教育，要以學(xué)生在認知和學(xué)習(xí)上的利弊為依據(jù)，注意STEM單個學(xué)科中的學(xué)習(xí)目標和學(xué)習(xí)進程，避免破壞學(xué)生對這些學(xué)科的學(xué)習(xí)興趣。筆者主張借鑒新科學(xué)教材編寫模式，以所學(xué)科學(xué)知識和學(xué)生現(xiàn)有的工程技術(shù)知識整合進行基于項目的STEM整合式學(xué)習(xí)。

（二）支持學(xué)生學(xué)習(xí)單個學(xué)科的知識

當學(xué)生不理解單個學(xué)科的相關(guān)概念時，建立學(xué)科間的聯(lián)系就有困難。同樣在整合的情境中，學(xué)生不會自然地應(yīng)用其學(xué)科知識，對知識的理解以及知識的遷移會感覺困難，因此應(yīng)當在實施STEM分科教育同時適當實施STEM整合教育。實施STEM整合教育面臨的挑戰(zhàn)在于盡可能為學(xué)生提供超越分科學(xué)習(xí)價值的時機、情境和目標。

（三）整合必須明確

學(xué)生對多個學(xué)科和單元內(nèi)容間的整合不是自發(fā)完成的，不能假定學(xué)生自主完成學(xué)習(xí)目標和整合目標，一定要重視整合經(jīng)驗的課程教學(xué)設(shè)計，為學(xué)生在學(xué)科內(nèi)和學(xué)科間獲取知識和技能提供有目的的和明確的支持，即教育方案的設(shè)計者需要明確設(shè)計STEM整合教育所要實現(xiàn)的目標，實施后會產(chǎn)生怎樣的學(xué)習(xí)結(jié)果以及如何測量這些結(jié)果等。促進STEM學(xué)習(xí)興趣和有個性的自我發(fā)展是STEM整合教育的重要潛在成果，也被認為是學(xué)生繼續(xù)參與STEM相關(guān)的活動的動力源泉。

（四）打造STEM整合教育實踐的良好環(huán)境

標準、評價、教師支持這三個情境因素可能會給實施STEM整合教育帶來機遇和挑戰(zhàn)。課程標準是一門課程的基本導(dǎo)向，STEM課程標準在我國尚處于起步階段，標準的制定要考慮的基本原則包括學(xué)生積極參與的真實性任務(wù)，支持概念性知識和推理的研發(fā)，在真實情景中應(yīng)用知識，并要考慮在發(fā)展學(xué)科知識的同時支持學(xué)生在學(xué)科間建立聯(lián)系，讓整合對學(xué)習(xí)結(jié)果產(chǎn)生積極影響。已有的評價傾向于重視單科知識，且只重視內(nèi)容知識，很少關(guān)注學(xué)科中的實踐和應(yīng)用知識，所以學(xué)生的技術(shù)和工程素養(yǎng)和實踐科學(xué)任務(wù)的情況也應(yīng)納入到考核范圍之內(nèi)。教師對STEM整合教育也至關(guān)重要，教學(xué)的有效性的制約因素之一在于教師的知識儲備，教育者需要知道如何提供教學(xué)支持以幫助學(xué)生認識學(xué)科間的聯(lián)系，以通過整合活動教學(xué)促進學(xué)生的能力發(fā)展。

（五）STEM首要目標與次要目標整合

基于項目的STEM學(xué)習(xí)都開始于一個設(shè)計好的有明確定義的結(jié)果，也可以把它表定為首要目標。首要目標與次要目標整合才能使學(xué)生得到發(fā)展。正是這種整合后的結(jié)果才是啟動設(shè)計過程，進行終結(jié)性評價設(shè)計以及所有教學(xué)設(shè)計的基礎(chǔ)。次要目標也是至關(guān)重要的，因為它們定義了整合，并且為基于項目的學(xué)習(xí)提供了STEM。