胡玉霞

〔摘? ? 要〕? ? STEM 課程通過(guò)讓學(xué)生在解決真實(shí)情境問(wèn)題過(guò)程中，建立學(xué)科領(lǐng)域知識(shí)之間的交叉融合，使其批判性思考、協(xié)作交流、創(chuàng)新思維等綜合能力得到發(fā)展，而“大概念”層次框架與STEM整合課程理念不謀而合。本文以智能機(jī)器人STEM教學(xué)為例，通過(guò)教學(xué)實(shí)踐證明“大概念”視角下的STEM課程教學(xué)是提高學(xué)生綜合能力的有效途徑，并提出滲入“大概念”STEM融合課程設(shè)計(jì)的要點(diǎn)，以期為一線中小學(xué)教師開(kāi)展 STEM 跨學(xué)科教學(xué)提供參考范例。

〔關(guān)鍵詞〕? ? “大概念”；STEM；融合課程；核心素養(yǎng)

〔中圖分類號(hào)〕? G424? ? ? ? ? ? ? ?〔文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼〕? A? ? ? ? 〔文章編號(hào)〕? 1674-6317? （2023）? 09-0076-03

STEM整合課程旨在將跨學(xué)科知識(shí)“錨入”真實(shí)問(wèn)題情境中，實(shí)現(xiàn)不同學(xué)科領(lǐng)域的有機(jī)融合，從而有目的、有計(jì)劃地組織課程內(nèi)容。國(guó)內(nèi)，STEM課程在近幾年逐漸火熱。STEM主要有培訓(xùn)機(jī)構(gòu)開(kāi)設(shè)和校本課程兩種方式，均在起步階段。因此，課程的實(shí)施目前還面臨些許問(wèn)題：STEM課程研究的深度和系統(tǒng)性嚴(yán)重欠缺；STEM課程走入實(shí)踐困難重重，其教學(xué)過(guò)程、學(xué)習(xí)方式、評(píng)價(jià)方式、組織管理方式等還在摸索之中；缺乏課程開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)；缺少合適的師資隊(duì)伍；等。

工業(yè)時(shí)代向信息時(shí)代轉(zhuǎn)變的特殊時(shí)期，教育的價(jià)值也發(fā)生了改變，教育的落腳點(diǎn)在于學(xué)科的核心素養(yǎng)。核心素養(yǎng)描述了學(xué)習(xí)的預(yù)期結(jié)果，也就是教學(xué)目標(biāo)，但是核心素養(yǎng)相對(duì)來(lái)說(shuō)屬于高位。因此，在教學(xué)中實(shí)現(xiàn)信息素養(yǎng)與具體教學(xué)的結(jié)合，有必要借助“大概念”。2017年版的《普通高中課程方案》也強(qiáng)調(diào)“以學(xué)科大概念為核心，使課程內(nèi)容結(jié)構(gòu)化，促進(jìn)學(xué)科核心素養(yǎng)的落實(shí)”。

格蘭特·威金斯和杰伊·麥克泰格等人在研究中指出，“大概念”是“能夠使離散的事實(shí)或技能有意義地聯(lián)系的概念，是強(qiáng)化學(xué)生思維，使學(xué)生具備應(yīng)用和遷移能力的關(guān)鍵”。“大概念”將素養(yǎng)與學(xué)科具體內(nèi)容結(jié)合，使得教學(xué)過(guò)程與方法具體化，幫助核心素養(yǎng)真正落實(shí)。

“大概念”層次框架與STEM整合課程理念不謀而合，為STEM整合課程的設(shè)計(jì)與實(shí)施提供了指導(dǎo)。威金斯和麥克泰格提出“大概念”教學(xué)過(guò)程WHERETO元素，為“大概念”視角下的教學(xué)設(shè)計(jì)提供了一系列指導(dǎo)。

W——教師幫助學(xué)生知道他們即將到哪兒（Where）（即學(xué)習(xí)目標(biāo)），他們?yōu)槭裁匆ツ抢铮╓hy），在學(xué)習(xí)過(guò)程中，怎樣評(píng)估他們的表現(xiàn)；

H——如何持續(xù)保持學(xué)生自主學(xué)習(xí)的激情和興趣（Hook和Hold）；

E——在教學(xué)設(shè)計(jì)中給學(xué)生提供怎樣的情境體驗(yàn)（Explore）來(lái)幫助學(xué)生真正理解知識(shí)，并能夠成功應(yīng)用到問(wèn)題解決中；

R——怎樣引發(fā)學(xué)生反思（Reflect）、再討論、重新審視（Rethink）自己的學(xué)習(xí)過(guò)程；

E——怎樣讓學(xué)生輸出（Express）自己理解的知識(shí)，并能夠進(jìn)行自我評(píng)價(jià)（Evaluation）；

T——怎樣對(duì)學(xué)生因材施教（Tailor），對(duì)不同的學(xué)生進(jìn)行不同的指導(dǎo)；

O——怎樣組織（Organize）學(xué)習(xí)過(guò)程，以幫助學(xué)生從教師為主導(dǎo)的學(xué)習(xí)走向獨(dú)立學(xué)習(xí)，并能夠掌握學(xué)科“大概念”，將概念應(yīng)用于生活中。

一、滲入“大概念”的 STEM 融合課程設(shè)計(jì)模型構(gòu)建

“大概念”層次框架為STEM整合課程設(shè)計(jì)提供了有價(jià)值的啟示：STEM課程設(shè)計(jì)應(yīng)該重視整合經(jīng)驗(yàn)，給學(xué)生提供相應(yīng)的學(xué)習(xí)支架；STEM課程設(shè)計(jì)應(yīng)重視任務(wù)情境創(chuàng)設(shè)的延展性；STEM整合課程應(yīng)特別關(guān)注學(xué)習(xí)支架的設(shè)計(jì)。本研究借鑒“大概念”對(duì)STEM課程的啟示構(gòu)建了融入“大概念”的課程設(shè)計(jì)模型。該模型分為兩層：外層闡釋了融入“大概念”的課程設(shè)計(jì)與實(shí)施的具體路徑；內(nèi)層闡釋了STEM各學(xué)科知識(shí)之間的交叉融合。

在“大概念”和WHERETO過(guò)程描述的引領(lǐng)下，筆者借助多年的STEM校本課程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，根據(jù)以上提出的模型結(jié)構(gòu)，以“智能機(jī)器人”為課程主題，在STEM教學(xué)中融入“大概念”，形成STEM單元課程教學(xué)。在此教學(xué)中，學(xué)生通過(guò)探究智能機(jī)器人搭建，不同學(xué)科教師提供學(xué)習(xí)支架，在教師融合教學(xué)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)課程目標(biāo)和課程內(nèi)容，促進(jìn)學(xué)生將不同的學(xué)科概念知識(shí)整合成系統(tǒng)化的知識(shí)體系，運(yùn)用建構(gòu)的知識(shí)體系解決工程設(shè)計(jì)問(wèn)題，并在交流評(píng)價(jià)中反思學(xué)科概念的生成過(guò)程。之所以采用單元整體教學(xué)，是因?yàn)楹诵乃仞B(yǎng)的培養(yǎng)需要一個(gè)相對(duì)長(zhǎng)的時(shí)間，而學(xué)科“大概念”的掌握也需要多個(gè)具體概念的支撐。提供的具體概念越多，應(yīng)用情境越復(fù)雜，學(xué)生遷移和創(chuàng)新的可能也越大。

二、案例：滲入“大概念”的STEM融合課程設(shè)計(jì)

（一）一課多師：教師融合

構(gòu)建“智能機(jī)器人”單元教學(xué)內(nèi)容時(shí)，采用一課多師的方式，即多位教師聯(lián)合備課，同一單元內(nèi)容細(xì)分成若干個(gè)模塊。每個(gè)模塊由對(duì)該模塊非常熟悉的專業(yè)教師執(zhí)教，以充分發(fā)揮不同教師的專長(zhǎng)，并激發(fā)教師教學(xué)的主動(dòng)性。在備課之初，教師借助“大概念”框架，厘清STEM學(xué)科概念之間的邏輯關(guān)系，從跨學(xué)科領(lǐng)域中抽象出上位概念，如，工具應(yīng)用、數(shù)據(jù)處理和程序設(shè)計(jì)。根據(jù)“智能機(jī)器人”的具體內(nèi)容確定單元核心概念，再借助思維導(dǎo)圖展示跨學(xué)科概念和單元核心概念。

隨后，利用“大概念”層次框架幫助教師快速找到學(xué)生原有的認(rèn)知水平，即學(xué)生已初步具備的歸納總結(jié)能力，并選擇匹配學(xué)生認(rèn)知發(fā)展水平的“先行組織者”支架。學(xué)生在日常學(xué)習(xí)中已經(jīng)具備智能機(jī)器人的零散知識(shí)和技能，但是知識(shí)還需進(jìn)一步系統(tǒng)化、科學(xué)化。

實(shí)施一課多師，除了由不同專長(zhǎng)的教師執(zhí)教以外，本單元項(xiàng)目學(xué)習(xí)中還配備了雙班主任，負(fù)責(zé)組織學(xué)生實(shí)地參觀AI企業(yè)，督促學(xué)生記錄每日學(xué)習(xí)日記。“智能機(jī)器人”單元教學(xué)雖然為偏理科類的學(xué)習(xí)，但仍要求學(xué)生寫反思日記，以幫助學(xué)生及時(shí)回顧當(dāng)天的所學(xué)所想，整理一天的思維活動(dòng)，促進(jìn)下次學(xué)習(xí)活動(dòng)（即WHERETO的“R”）的合理調(diào)整。班主任還負(fù)責(zé)拍攝精彩鏡頭，并及時(shí)與家長(zhǎng)進(jìn)行溝通，形成階段性的成長(zhǎng)檔案袋，幫助學(xué)科教師全面了解學(xué)生。同時(shí)，本教學(xué)邀請(qǐng)了專業(yè)的演講與口才專家教師對(duì)學(xué)生進(jìn)行指導(dǎo)，為后期展評(píng)階段學(xué)生的匯報(bào)做好準(zhǔn)備（即WHERETO的“Express”），也邀請(qǐng)了高校教授進(jìn)行人工智能的講解。教授深入淺出的案例剖析讓學(xué)生更加深入地了解了人工智能以及機(jī)器人的最前沿資訊與技術(shù)。

“大概念”理念強(qiáng)調(diào)專家思維的培養(yǎng)，本教學(xué)通過(guò)邀請(qǐng)專家講座、展現(xiàn)專家思維，使學(xué)生對(duì)概念有了感官的認(rèn)識(shí)，為概念的掌握打好基礎(chǔ)。這也是激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的方法之一。

（二）項(xiàng)目實(shí)施：因材施教

此次STEM單元教學(xué)屬于校本課程的教學(xué)內(nèi)容，招募的學(xué)生團(tuán)體年齡和年級(jí)跨度較大：從初一到高一。本教學(xué)借鑒“大概念”框架確定學(xué)生的最近發(fā)展區(qū)，根據(jù)學(xué)生已有水平和預(yù)知水平分組。此次“智能機(jī)器人”教學(xué)將學(xué)生分為5個(gè)不同質(zhì)的小組，能力水平相近的學(xué)生在同一個(gè)小組。針對(duì)不同小組設(shè)置了不同的項(xiàng)目，項(xiàng)目分別有智能之家、智能房車、汽車大闖關(guān)、瘋狂動(dòng)物城和軍事演習(xí)，難易程度不同，照顧到了不同學(xué)生的最近發(fā)展區(qū)，實(shí)現(xiàn)了因材施教，即WHERETO的“T”。

在學(xué)習(xí)過(guò)程中，學(xué)生先是進(jìn)行基本概念學(xué)習(xí)，教師為學(xué)生提供“先行組織者”。學(xué)生學(xué)習(xí)交警機(jī)器人、分揀機(jī)械手、光照調(diào)節(jié)系統(tǒng)、AGV小車的原理，并模仿搭建智能機(jī)器人。隨后，學(xué)生對(duì)機(jī)器人進(jìn)行代碼編寫，以實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能。學(xué)生在這些內(nèi)容學(xué)習(xí)的過(guò)程中，掌握的學(xué)科概念有：嵌入式系統(tǒng)、微型控制器、執(zhí)行器、傳感器、數(shù)據(jù)處理。掌握了學(xué)科概念后，學(xué)生參與自主項(xiàng)目制作，即WHERETO的“Explore”和“O”。

教師提前呈現(xiàn)五個(gè)不同的項(xiàng)目，并讓學(xué)生明白完成項(xiàng)目要達(dá)到的標(biāo)準(zhǔn)。學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中時(shí)刻牢記學(xué)習(xí)目標(biāo)，知道自己要去哪里，即WHERETO的“W”。

在五個(gè)項(xiàng)目中，軍事演習(xí)項(xiàng)目雖然和日常生活距離較遠(yuǎn)，但是通過(guò)教學(xué)中對(duì)學(xué)生的觀察，發(fā)現(xiàn)部分學(xué)生在日常生活中非常喜歡此類題材的電視劇、電影，他們夢(mèng)想有一天自己也能夠走上保家衛(wèi)國(guó)的道路。因此，該項(xiàng)目可以說(shuō)是幫助學(xué)生實(shí)現(xiàn)了些許夢(mèng)想，讓他們的軍事夢(mèng)提前“演習(xí)”。從學(xué)生角度來(lái)說(shuō)，這也是他們生活的一部分。教育價(jià)值照進(jìn)了他們的夢(mèng)想，這也是教育的魅力所在。通過(guò)此次單元實(shí)踐證明，教育的生活價(jià)值是多樣的，實(shí)現(xiàn)教育價(jià)值的關(guān)鍵在于因材施教。

（三）延展課堂：校企融合

在每個(gè)階段如何持續(xù)保持學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，即WHERETO的“H”，關(guān)鍵在于要讓學(xué)生看到教育的價(jià)值，尤其是教育的生活價(jià)值。企業(yè)作為科學(xué)、技術(shù)等綜合學(xué)科知識(shí)實(shí)踐且能創(chuàng)造實(shí)際價(jià)值的場(chǎng)所，是最適合融入教學(xué)中的。校企合作是課堂的延展，也是實(shí)踐產(chǎn)教融合教育理念、推進(jìn)工學(xué)結(jié)合的教育發(fā)展模式，發(fā)揮企業(yè)作為學(xué)校與生活的橋梁的樞紐作用。學(xué)生只有親身體驗(yàn)教育的生活價(jià)值，才會(huì)保持持續(xù)的興趣和學(xué)習(xí)動(dòng)力。

在“智能機(jī)器人”單元教學(xué)中，學(xué)生參觀了長(zhǎng)風(fēng)航空國(guó)防教育基地和蘇州創(chuàng)想機(jī)器人科技館，了解了人工智能在航空機(jī)載設(shè)備領(lǐng)域的應(yīng)用，體驗(yàn)了模擬飛機(jī)駕駛艙，見(jiàn)識(shí)到智能掃地機(jī)器人除了常見(jiàn)的掃地拖地功能外，還能夜間巡邏、自動(dòng)傳聲、自動(dòng)集塵。通過(guò)互動(dòng)演示，學(xué)生還了解了邊緣感應(yīng)原理、壓差吸附原理在高樓擦窗機(jī)器人身上如何完美應(yīng)用，打開(kāi)了腦洞，暢想了未來(lái)世界的無(wú)限可能，為后期進(jìn)行項(xiàng)目式學(xué)習(xí)、開(kāi)發(fā)實(shí)用的智能機(jī)器人項(xiàng)目打開(kāi)了新的視角。這是WHERETO中“Explore”和“O”過(guò)程的實(shí)現(xiàn)。

（四）多元評(píng)價(jià)：家校聯(lián)合

整個(gè)單元學(xué)習(xí)過(guò)程中采用多元評(píng)價(jià)的評(píng)價(jià)方式，教師根據(jù)學(xué)生的課堂表現(xiàn)給予勛章。學(xué)習(xí)之初，教師明確告知學(xué)生勛章的數(shù)量關(guān)系到最終的考核評(píng)定分?jǐn)?shù)，并將展評(píng)的評(píng)分規(guī)則公布給學(xué)生。在展評(píng)階段，教師邀請(qǐng)家長(zhǎng)和專家教師作為評(píng)委，讓學(xué)生采用項(xiàng)目展示的方法，將小組作品進(jìn)行展示和解說(shuō)（WHERETO的“Express”和“Evaluate”）。此時(shí)鼓勵(lì)學(xué)生展示方式多樣化。展示結(jié)束后，學(xué)生需要接受專家評(píng)委的提問(wèn)。根據(jù)各組的表現(xiàn)，頒發(fā)不同主題獎(jiǎng)狀。

非卷面考試的評(píng)價(jià)促進(jìn)了學(xué)生多元化的發(fā)展。邀請(qǐng)家長(zhǎng)參與評(píng)價(jià)，可以給家長(zhǎng)展現(xiàn)學(xué)生的學(xué)習(xí)成果，促進(jìn)家長(zhǎng)理解和支持學(xué)?！爸悄軝C(jī)器人”的項(xiàng)目教學(xué)，還有利于學(xué)生認(rèn)真對(duì)待此次展示，增加學(xué)生的成就感。實(shí)踐證明，學(xué)生展示的成果遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于預(yù)期。如，“智能之家”一組，學(xué)生賦予了“智能之家”生活意義。學(xué)生暢想制作的“智能之家”為智能老年人公寓，公寓內(nèi)的智能燈可根據(jù)環(huán)境亮度自動(dòng)開(kāi)關(guān)及調(diào)整亮度；屋內(nèi)的房門視情況實(shí)現(xiàn)自動(dòng)開(kāi)、關(guān)。再如，“智能房車”項(xiàng)目組，學(xué)生除了設(shè)計(jì)自動(dòng)收集雨水的功能外，還設(shè)計(jì)了開(kāi)房車擺地?cái)偟膱?chǎng)景。擺地?cái)偟南敕ㄔ从谒麄冊(cè)谏钪星猩韰⑴c的“姑蘇八點(diǎn)半”經(jīng)濟(jì)和國(guó)家倡導(dǎo)的地?cái)偨?jīng)濟(jì)?；凇按蟾拍睢钡腟TEM課程設(shè)計(jì)真正將教育的生活價(jià)值顯現(xiàn)得淋漓盡致。

三、結(jié)語(yǔ)

“大概念”視角下的STEM融合課程教學(xué)的優(yōu)勢(shì)顯而易見(jiàn)，“大概念”教學(xué)有助于教師構(gòu)建有內(nèi)涵的STEM整合課程，把握STEM教學(xué)的核心。簡(jiǎn)而言之，在STEM課程教學(xué)中，各學(xué)科教師要緊密聯(lián)系、整體教學(xué)，并在可能的情況下借助校外資源、多方整合，圍繞“大概念”深度挖掘?qū)W科價(jià)值，構(gòu)建跨學(xué)科界限的STEM教學(xué)共同體。同時(shí)，采用WHERETO的“大概念”過(guò)程教學(xué)設(shè)計(jì)，教師可以不用完全按照威金斯、麥克泰格的順序進(jìn)行設(shè)計(jì)。對(duì)于以人工智能為教學(xué)內(nèi)容的STEM教學(xué)還需不斷地實(shí)踐探索，未來(lái)教師如何發(fā)展，如何設(shè)置教學(xué)評(píng)價(jià)方式才更合理，均需要我們繼續(xù)研究。

【本文系江蘇省蘇州市高新區(qū)2021年度“十四五”規(guī)劃課題“大概念視角下的STEM教學(xué)設(shè)計(jì)與應(yīng)用”的階段性成果。課題編號(hào)：SND-2021-YB-107】

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