韓菲 李麗萍

[摘? ?要]為了解中小學(xué)STEM課程設(shè)計的質(zhì)量，研究者選取具有STEM教學(xué)特色的53個案例，從跨學(xué)科整合視角下進行了多維度比較分析。結(jié)果發(fā)現(xiàn)教師對STEM課程有一定程度的了解，并有較強的跨學(xué)科整合意識，會嘗試運用多種教學(xué)模式，但在將STEM理念運用于實際教學(xué)時，還未完成從傳統(tǒng)教學(xué)方式向整合課程的轉(zhuǎn)化。因此，STEM課程目標要與學(xué)科核心素養(yǎng)進行整合，并嘗試多種評價方式。

[關(guān)鍵詞]跨學(xué)科;STEM;質(zhì)量;學(xué)科核心素養(yǎng);評價

一、引言

STEM是科學(xué)（Science）、技術(shù)（Technology）、工程（Engineering）、數(shù)學(xué)（Mathematics）英文首字母的縮寫。其中，科學(xué)在于認識世界、解釋自然界的客觀規(guī)律;技術(shù)和工程則是在尊重自然規(guī)律的基礎(chǔ)上改造世界，實現(xiàn)與自然界的和諧共處，解決社會發(fā)展過程中遇到的難題;數(shù)學(xué)則作為技術(shù)與工程學(xué)科的基礎(chǔ)工具[1]。STEM 教育的一個典型特點，是倡導(dǎo)學(xué)生在雜亂無章的問題環(huán)境中充分發(fā)揮設(shè)計能力和問題解決能力，而這種能力恰恰是我國中小學(xué)教育所缺乏的，也是素質(zhì)教育一直期望達成的內(nèi)容。STEM教育有利于促進學(xué)生創(chuàng)新能力的養(yǎng)成，使學(xué)生更好地適應(yīng)未來生活，并為國家儲備創(chuàng)新人才。因此，STEM 教育成為各國教育創(chuàng)新的主要戰(zhàn)略[2]。

STEM作為一門綜合性課程，最初以獨立的教學(xué)形態(tài)出現(xiàn)，隨著課程的發(fā)展，開始與信息技術(shù)等學(xué)科進行有效融合。STEM 課程通過對科學(xué)、工程、技術(shù)、數(shù)學(xué)等學(xué)科知識的融合，對獨立的學(xué)科進行重組，其目的是避免學(xué)生被單一學(xué)科的知識體系所束縛，鼓勵學(xué)生綜合運用多學(xué)科知識解決實際問題。隨著美國《下一代科學(xué)教育標準》的發(fā)布[3]，人們認識到大多數(shù)人所熟悉的STEM教育舉措與《K-12科學(xué)教育框架》（NRC 2012開發(fā)）所描述的預(yù)期成果之間存在相似性[4]，但有意義的STEM活動和課程在課堂上的應(yīng)用仍然難以把握。隨著技術(shù)以不斷增長的速度滲透到生活的方方面面，教育者應(yīng)該培養(yǎng)學(xué)生掌握為尚未存在的問題制定解決方案所需的知識、技能和工具[5]。可見，跨學(xué)科整合視角下STEM課程設(shè)計質(zhì)量的比較與優(yōu)化是理論研究和實踐層面的迫切需求[6]。

2007年，我國引入STEM教育理念，自此文獻逐年增多，成為科學(xué)教育領(lǐng)域的重要話題。落實STEM教育的關(guān)鍵是課程，在課程與教學(xué)實施方面，2017年前的文獻主要集中于美國K-12階段的課程目標、課程設(shè)置以及常用教學(xué)方法，為我國STEM教育的開展提供了參考。2018—2019年，隨著學(xué)校STEM教育實踐的開展，出現(xiàn)了對課程進行探索與實施的研究。對于課程內(nèi)容，也有了從復(fù)制模仿到自主研發(fā)的傾向。因此，本文主要探討現(xiàn)有中小學(xué)STEM課程的實施現(xiàn)狀及整體質(zhì)量[5]，并嘗試基于這種現(xiàn)狀為STEM課程設(shè)計質(zhì)量提供優(yōu)化建議。

二、研究方法和內(nèi)容

1.STEM課程案例的選擇

在中國知網(wǎng)以“STEM”“課程”“教學(xué)設(shè)計”等作為關(guān)鍵詞檢索STEM課程案例的相關(guān)論文，并主要以課堂有明確的主題和詳細教學(xué)過程，同時將STEM運用于課堂教學(xué)實踐作為優(yōu)先標準，對檢索到的文獻進行篩選。從期刊中選取了2017年至2020年（截至2020年12月25日）刊登的具有STEM教學(xué)特色的案例53個，其中包含已實施的課程，以及部分未實施但具有成熟課堂構(gòu)思框架的課程。

課程案例文獻涉及小學(xué)、初中、高中三個學(xué)段。其中，小學(xué)10篇，初中11篇，高中25篇。此外，還有7篇未指出明確學(xué)段;案例涵蓋多領(lǐng)域、多角度、多學(xué)科，小學(xué)的主要學(xué)科主線為科學(xué)，共8篇，有2篇未明確主要學(xué)科;中學(xué)的主要學(xué)科主線包括數(shù)學(xué)4篇、物理14篇、化學(xué)7篇、生物7篇、地理2篇、信息技術(shù)2篇，涉及學(xué)科為S、T、E、M，以及綜合實踐和勞動技術(shù)。

2.研究方法

本研究針對所選的53個STEM課程案例設(shè)置了相關(guān)維度及評估細則，形成了如表1所示的分析維度和相關(guān)細則。

分析維度包括：STEM的定義、課程基本理念、項目名稱、涉及年級、主要學(xué)科、涉及學(xué)科、教學(xué)目標、教學(xué)詳細的教學(xué)過程、是否有相關(guān)產(chǎn)品、是否有評價、課時數(shù)、課內(nèi)或課外、教學(xué)特色、所屬期刊、作者身份、課程是否有實踐共16個維度。其中，課程基本理念、涉及的學(xué)科、教學(xué)目標、教學(xué)過程、相關(guān)產(chǎn)品、教學(xué)評價是六個核心維度，每個維度含有3～5條細則，一共22條評價細則（見表1）。本研究選擇5點計分方式，每個維度初始計1分，對應(yīng)的每條細則得到體現(xiàn)加1分，對應(yīng)維度得分加1分，課程總體得分為各維度得分相加（滿分28分）。

同時，研究還將所選擇的53篇文獻按照所設(shè)置的維度及細則，將所提取的內(nèi)容進行分類并整理成Excel表格，對比分析了在各維度上現(xiàn)有的STEM課程案例的實施情況和特點，及這些案例在各維度表現(xiàn)上的差異。

3.研究的具體問題

本次研究采取定性和定量相結(jié)合的研究方法，從跨學(xué)科整合視角對所選取的STEM課程案例進行分析，初步了解STEM課程概況。在此基礎(chǔ)上，將對各個維度進行深入分析和歸納，以探討現(xiàn)有STEM課程的實施情況及整體質(zhì)量，并嘗試由此提出相應(yīng)的優(yōu)化建議。

三、結(jié)果分析

1.定量分析

根據(jù)以上各核心維度細則，對53個STEM課程案例樣本進行計分，得分情況如表2所示。統(tǒng)計結(jié)果表明，STEM課程案例平均得分為18.72分（滿分28分），居于中偏上水平。在所有分析的核心維度中，教學(xué)過程維度得分最高，為5.28分（滿分6分）;其次是相關(guān)產(chǎn)品維度和學(xué)科維度，分別為3.43分（滿分4分）和2.83分（滿分4分）;緊接著是教學(xué)目標和教學(xué)評價兩個維度，居于中等水平;得分最低的為課程基本理念維度，僅居于中下水平。

2.定性分析

在53個STEM課程案例中，絕大部分以工程為核心，以某一主要學(xué)科（如數(shù)學(xué)、物理、生物、化學(xué)、地理等）為主線，融合科學(xué)、技術(shù)等學(xué)科。其中，以一門常規(guī)學(xué)科為主線，涉及并整合S、T、E、M四個學(xué)科的案例共有46個。

大部分還尚未實施的STEM課程案例教學(xué)設(shè)計的作者為高校研究人員，而大部分已實施的STEM課程案例教學(xué)設(shè)計的作者為當?shù)貙W(xué)校教師或由學(xué)校與高校研究人員合作完成?；诨顒釉O(shè)計的具體分析結(jié)果如下。

（1）STEM的定義與課程理念

在這些課程案例中，大部分都有明確的STEM定義，清晰且詳細說明了STEM定義的案例共有40篇。這些文獻都認為STEM是科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)四門學(xué)科的有機整合，其最顯著的特點為“跨學(xué)科”，強調(diào)在真實情境中進行工程實踐。其中，有1篇案例對STEM的定義延伸至教師在其中扮演的角色，指出“教師是情境的設(shè)計者、學(xué)習活動的組織者、必要支架的提供者、評價量規(guī)的制定者”[7]。

在課程理念方面，有明確課程基本理念的案例共有33篇。這些課程理念根據(jù)主線學(xué)科的不同而存在差異。如：一堂以生物為主線的STEM課程的基本理念為“STEM 理念的高中生物學(xué)教學(xué)強調(diào)以學(xué)生為中心，創(chuàng)設(shè)真實問題情境，引導(dǎo)學(xué)生綜合應(yīng)用知識，以小組為單位設(shè)計解決方案，開展科學(xué)探究活動，習得生物學(xué)知識，培養(yǎng)學(xué)生解決生產(chǎn)生活問題的創(chuàng)新精神與實踐能力”[8]。而一堂以物理為主線的STEM課程的基本理念為“以高中物理課程中的力學(xué)知識為主題，應(yīng)用STEM教育理論，設(shè)計基于3D 打印技術(shù)的高中物理教學(xué)活動，分析3D打印技術(shù)在高中物理學(xué)科教學(xué)中的應(yīng)用效果，探究這一新型課程對促進學(xué)生深度學(xué)習和提高學(xué)習體驗的程度”[9]。

（2）教學(xué)目標及教學(xué)過程與教學(xué)活動設(shè)計

在教學(xué)目標方面，有明確且詳細教學(xué)目標的案例共計29篇。其中，10篇以S、T、E、M分別涉及的學(xué)科設(shè)置教學(xué)目標，在目標設(shè)計上明顯突出了相關(guān)項目的特色，分模塊展開實施項目，融合不同科目的知識，以實現(xiàn)真正意義上的跨學(xué)科。另外19篇仍以三維目標或核心素養(yǎng)形式設(shè)置教學(xué)目標，容易導(dǎo)致在四個模塊上進行簡單疊加而非有機整合，單個模塊目標不清晰，在項目實施的過程中不利于突出該項目的特色。

在教學(xué)過程及教學(xué)活動方面，有詳 細的教學(xué)活動或過程的案例共計50篇;表明絕大部分現(xiàn)有課程案例的教學(xué)過程比較完整，在教學(xué)活動的安排上比較充分且靈活。并且其中45篇課程案例的教學(xué)活動都是基于真實情境，圍繞本堂課相關(guān)項目的一個核心問題，設(shè)計、實施、改進方案，最后進行展示交流。在活動設(shè)計的課時方面，1至12個課時的課程案例均有;課程在室內(nèi)、室外、實驗室內(nèi)均可進行，授課地點已不局限于傳統(tǒng)教室。

除了以STEM教學(xué)為基本載體，有1篇案例結(jié)合了當?shù)靥厣O(shè)計教學(xué)活動;有19篇案例在教學(xué)設(shè)計上與其他教學(xué)模式配合進行，如“5E（6E）教學(xué)模式[10]”“4C教學(xué)模式[11]”“ADDIE模型[12]”“翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式[13]”或微課等;有4篇案例將STEM理念融合了主線學(xué)科的核心素養(yǎng);有2篇涉及借助技術(shù)創(chuàng)新加強教學(xué)云平臺的建構(gòu)。

（3）教學(xué)評價與項目產(chǎn)品

在教學(xué)評價方面，有相關(guān)教學(xué)評價的案例共計30篇。其中，23篇案例運用多元方式進行了詳細的教學(xué)評價，如：教師評價、學(xué)生自評與小組評價相結(jié)合，形成性評價與終結(jié)性評價相結(jié)合;另有7篇案例有教學(xué)評價但沒有明確評價標準。

在課程項目及對應(yīng)產(chǎn)品方面，基于工程設(shè)計相關(guān)實踐產(chǎn)品的案例共有45篇。同時，在一些案例中，課程相關(guān)產(chǎn)品的模型、特點、質(zhì)量等也成為STEM教學(xué)評價的參考工具。

綜上所述，大部分學(xué)校教師以及研究人員，對STEM的定義有一定程度的了解，并有較強的跨學(xué)科整合意識，會嘗試運用多種模式進行STEM教學(xué)。但對于將STEM理念運用于實際教學(xué)，還未完成教學(xué)方式的轉(zhuǎn)化過程。一是在教學(xué)目標的設(shè)計上，只有少部分教師或研究人員嚴格按照“S、T、E、M”各維度列出目標，即基于STEM理念設(shè)計教學(xué)目標并設(shè)法達成，大部分教師仍采取三維目標或核心素養(yǎng)目標的形式;二是在教學(xué)評價上，部分教師停留在單一評價水平，還未建立多元評價和設(shè)置詳細評價標準的意識。同時，也還有一部分STEM課程的教學(xué)設(shè)計僅僅完成了藍圖，形成了較成熟的課程構(gòu)思和框架，但尚未運用于教學(xué)實踐，對于該課程的教學(xué)設(shè)計與活動過程設(shè)計是否合理、目標能否達成、評價是否全面，還需在未來的教學(xué)實踐中加以驗證。

四、分析與討論

1.加強STEM課程的實踐性，落實學(xué)科核心素養(yǎng)

《K-12科學(xué)教育框架》指出：“工程和技術(shù)與物質(zhì)科學(xué)、生命科學(xué)以及地球與空間科學(xué)同等重要，其主要原因有兩個：一是反映理解人造世界的重要性，二是肯定更好地整合科學(xué)、工程和技術(shù)的教學(xué)價值”[14]。學(xué)生要想成為一個問題解決者，就必須要有解決問題的經(jīng)歷。

本研究涉及的53個課程案例，總體上有以下特點。一是大多數(shù)課程案例的教學(xué)目標按照傳統(tǒng)三維課程目標進行設(shè)置，未突出以“S、T、E、M”為代表的多領(lǐng)域跨學(xué)科目標。二是STEM課程開放性不夠強，大多數(shù)教師局限于傳統(tǒng)課堂教學(xué)的思維定勢，較少能夠做到在真實情境中提出真實問題、真正探究從而真正解決問題。三是在課程理念上，除了基于真實情境展開課程研究，并將知識跨學(xué)科整合外，沒有很好地把問題情境從個人層面上升到社會層面，在培養(yǎng)學(xué)生動手實踐能力和綜合運用知識的能力等方面還不夠深入。

科學(xué)教育的一個重要目的就是讓學(xué)生學(xué)會科學(xué)和工程學(xué)實踐，以及培養(yǎng)基本的科學(xué)概念。發(fā)展學(xué)生的核心素養(yǎng)，從本質(zhì)上講就是為了培養(yǎng)學(xué)生在面對復(fù)雜問題時，能夠運用并整合所學(xué)知識解決問題的品格和能力。如有研究認為，STEM教育的本質(zhì)是培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜問題時綜合運用各學(xué)科知識的能力[15]。由此看來，發(fā)展學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)和STEM教育在目標上是一致的。因此，在設(shè)置STEM課程的教學(xué)目標時，應(yīng)整合學(xué)科核心素養(yǎng)的要求，并在實踐中引導(dǎo)學(xué)生進一步加深對科學(xué)探究的理解。

2.采取多元評估手段，重視STEM課程的教學(xué)評價

所收集案例中教學(xué)評價維度得分普遍較低。而評價是教學(xué)中非常重要且必不可少的一個環(huán)節(jié)，不僅能夠及時反饋學(xué)生在課堂上的學(xué)習情況，而且能夠優(yōu)化教師教學(xué)，最終促進學(xué)生的發(fā)展。

STEM課程相對于傳統(tǒng)課程而言，更強調(diào)以學(xué)生為中心進行科學(xué)探究或工程實踐活動，具有更大的靈活性和開放性[16]。因此，應(yīng)該更注重開放式的表現(xiàn)性評價和非正式評價，通過大量客觀測驗以外的行動、展示、操作、寫作等更真實的表現(xiàn)來評價學(xué)生口頭表達能力、文字表達能力、思維能力、創(chuàng)造能力、實踐能力等，使教師能夠更準確地評價學(xué)生對過程技能和內(nèi)容領(lǐng)域知識的掌握情況，發(fā)現(xiàn)學(xué)生更多隱藏性問題，以便提供更有針對性的引導(dǎo)。

因此，針對STEM課程的典型特征，要逐漸豐富課堂教學(xué)評價的工具和手段。除了采用傳統(tǒng)評價方式，還可以通過設(shè)計開放性問題、運用科學(xué)筆記、采用多種形式呈現(xiàn)學(xué)習成果等方法，以評價引導(dǎo)和鼓勵學(xué)生表達溝通，在實踐中不斷發(fā)展解決真實問題的能力。

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（責任編輯 郭向和? ?校對 姚力寧）