信小編說:

推進跨學(xué)科知識融合的STEM教育,，在幫助學(xué)生打好扎實的科學(xué),、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)知識基礎(chǔ)之上,，培養(yǎng)其創(chuàng)新精神與實踐能力,，促進創(chuàng)新型、創(chuàng)業(yè)型人才的成長,。我們看到：

創(chuàng)客教育是否能良性發(fā)展的核心是——STEM教育理念是否能被重視及應(yīng)用;

而STEM教育是否能真正起到作用的核心是——如何能在教學(xué)及實踐中真正推進跨學(xué)科的融合,。

為此，這期STEM欄目將重點展現(xiàn)STEM教育理念是如何通過項目設(shè)計把各個學(xué)科真正融合起來;如何通過學(xué)科融合培養(yǎng)學(xué)生真正的綜合素質(zhì),。讀者們?nèi)缧枇私釹TEM概念,、核心特征等具體內(nèi)容，可以翻看前幾期欄目,。

概念簡介

STEM——Science,、Technology、Engineering,、Maths這四個詞的開頭字母的組合,，STEM教育就是科學(xué)，技術(shù),，工程,，數(shù)學(xué)的教育,。2011年，美國佛吉尼理工學(xué)院暨州立大學(xué)學(xué)者Georgette Yakman提出STEAM,。STEM教育的過程不僅是把科學(xué),、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)知識進行簡單疊加,，而是特別強調(diào)將本來分散的四門學(xué)科自然地組合形成新的整體,。總之,不論是STEM教育還是STEAM教育,都是為了更好地幫助學(xué)生不被單一學(xué)科的知識體系所束縛,促進教師在教學(xué)過程中更好地進行跨學(xué)科融合,鼓勵學(xué)生跨學(xué)科解決問題,。

STEM教育的核心特征簡介

STEM教育中四門學(xué)科的教學(xué)必須緊密相連,，以整合的教學(xué)方式培養(yǎng)學(xué)生掌握知識和技能，并能進行靈活遷移應(yīng)用解決真實世界的問題,。融合的STEM教育具備新的核心特征：跨學(xué)科,、趣味性、體驗性,、情境性,、協(xié)作性、設(shè)計性,、藝術(shù)性、實證性和技術(shù)增強性等,。

STEM課程的跨學(xué)科整合

跨學(xué)科整合的模式

針對STEM教育整合的課程設(shè)計,，美國馬里蘭大學(xué)赫希巴奇(Herschbach，2011)提出兩種最基本的課程模式：相關(guān)課程(the correlated curriculum)模式和廣域課程(the broad fields curriculum)模式,。

跨學(xué)科整合的基本取向

STEM教育要求四門學(xué)科在教學(xué)過程中必須緊密相連,，以整合的教學(xué)方式使得學(xué)生掌握概念和技能，并運用技能解決真實世界中的問題,。如何將四門獨立學(xué)科知識緊密關(guān)聯(lián)實現(xiàn)整合,，有三種取向：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;三種整合取向的共性問題及應(yīng)對。

跨學(xué)科整合的項目設(shè)計

STEM跨學(xué)科整合最核心,、最重要的工作是項目或問題的設(shè)計,，如果沒有良好的結(jié)構(gòu)化項目設(shè)計，會導(dǎo)致學(xué)習(xí)困難,、效率不高,、挫折感強、學(xué)習(xí)收獲不大等系列問題,。

STEM項目設(shè)計強調(diào)將知識蘊含于情境化的真實問題中,，強調(diào)調(diào)動學(xué)生主動積極地利用各學(xué)科的相關(guān)知識設(shè)計解決方案，跨越學(xué)科界限提高學(xué)生解決實際問題的能力,。

STEM教育建立在建構(gòu)主義和認知科學(xué)的研究成果之上(Sanders,，2009)。布魯因(Bruning，2004)等人指出,，STEM教育與認知科學(xué)的主張一致：1)學(xué)習(xí)是建構(gòu)而不是接受的過程;2)動機和信念在認知過程中至關(guān)重要;3)社會性互動是認知發(fā)展的基礎(chǔ);4)知識,、策略和專門技術(shù)是情境化的。由此可見,，STEM教育是一種典型的建構(gòu)主義教學(xué)實踐：為學(xué)習(xí)者提供學(xué)習(xí)情境,，讓他們積極地建構(gòu)知識，從而強化對知識的記憶和促進遷移;以小組為單位進行活動,，為知識的社會建構(gòu)提供優(yōu)越條件(Sanders,，2009)。因此,，實踐STEM教學(xué)模式首先要符合建構(gòu)性學(xué)習(xí)所強調(diào)的探究,、發(fā)現(xiàn)、協(xié)助等基本要求,。

可以說,，STEM教育是一種典型的建構(gòu)主義教學(xué)實踐，本文參照基于建構(gòu)主義的教學(xué)設(shè)計模式(余勝泉等,，2000)嘗試提出一種STEM項目設(shè)計模式,。本模式在“教學(xué)分析”的基礎(chǔ)上，以“項目或問題”為核心立足點,，設(shè)計項目完成或問題解決過程中的學(xué)習(xí)資源與工具,、學(xué)習(xí)活動過程、學(xué)習(xí)支架,、學(xué)習(xí)評價等關(guān)鍵環(huán)節(jié),，同時關(guān)注項目完成后，學(xué)生獲得知識的系統(tǒng)化與結(jié)構(gòu)化遷移,，并有相應(yīng)的強化練習(xí)與總結(jié)提升,。

圖 STEM課程的跨學(xué)科整合模式

1.教學(xué)分析

在教學(xué)設(shè)計前期，教師需要對以下三個方面進行細致分析：1)教學(xué)目標;2)學(xué)習(xí)者特征;3)跨學(xué)科知識地圖(學(xué)習(xí)內(nèi)容),。分析教學(xué)目標是為了確定學(xué)習(xí)主題,，對課程的三維目標做具體描述。分析學(xué)習(xí)者特征是為了確保項目設(shè)計適合學(xué)生的能力與知識水平,，對學(xué)習(xí)者的智力因素和非智力因素進行充分分析,。STEM教育強調(diào)學(xué)習(xí)要完成真實情境中的任務(wù)，而要確保任務(wù)中包含教學(xué)目標,，就需要對學(xué)習(xí)內(nèi)容進行深入分析,，明確所需學(xué)習(xí)的知識內(nèi)容、知識內(nèi)容間的結(jié)構(gòu)關(guān)系和知識內(nèi)容的類型,。這可以通過繪制學(xué)習(xí)內(nèi)容的知識地圖,，展示跨學(xué)科知識之間的關(guān)聯(lián),，為整個課程知識均衡覆蓋提供基礎(chǔ)。

2.學(xué)習(xí)任務(wù)設(shè)計

學(xué)習(xí)任務(wù)是整個STEM教學(xué)設(shè)計模式的核心和立足點,。STEM教學(xué)是基于現(xiàn)實情境的,，需要學(xué)習(xí)者置身于真實、非良構(gòu)的學(xué)習(xí)任務(wù)中,。學(xué)生學(xué)習(xí)的過程就是解決實際問題和完成實際項目的過程,，問題或項目構(gòu)成了驅(qū)動學(xué)習(xí)的核心，而不像教師講授那樣充當(dāng)概念,、原理的例子,。學(xué)習(xí)任務(wù)可以是問題或項目：它們均代表連續(xù)性的復(fù)雜問題，并要求學(xué)習(xí)者采取主動,、建構(gòu),、真實情境下的學(xué)習(xí)方式。

學(xué)習(xí)任務(wù)一定要放在特定情境中呈現(xiàn),，需要將設(shè)計的問題在特定情境中具體化,。由于教科書中的知識是對現(xiàn)實生活的抽象和提煉，所以設(shè)計學(xué)習(xí)情景就要還原知識的背景,，恢復(fù)其原來的生動性,、豐富性，有時同一問題在不同情景中(不同的工作環(huán)境,、社會背景)的表現(xiàn)是不同的,。STEM教學(xué)要基于前面的教學(xué)分析結(jié)果，對學(xué)習(xí)情境進行設(shè)計,，使得學(xué)習(xí)問題能夠與真實學(xué)習(xí)情境相融合,，不處于分離或勉強合成的狀態(tài),。

3.工具與資源設(shè)計

問題解決或項目完成需要學(xué)習(xí)者在大量信息基礎(chǔ)上進行自主學(xué)習(xí),、意義建構(gòu)，因此設(shè)計適宜的學(xué)習(xí)環(huán)境和豐富的學(xué)習(xí)資源與工具是STEM教學(xué)設(shè)計必不可少的環(huán)節(jié),。學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計主要包括教學(xué)中需要用到的設(shè)備,、器材和各種信息化工具，如目前廣受關(guān)注的3D打印機,、開源電路板等,，還需要一些用來支持或指引擴充思維過程的認知工具，如Scratch可視化程序設(shè)計工具,、概念圖工具,、SPSS數(shù)據(jù)分析工具、網(wǎng)絡(luò)溝通工具,、三維建模工具等,。學(xué)習(xí)資源方面教師需要設(shè)計：1)了解有關(guān)學(xué)習(xí)問題的詳細信息和必要的預(yù)備知識;2)學(xué)生在解決學(xué)習(xí)問題過程中可能需要查閱的信息(為了對學(xué)生學(xué)習(xí)更好地提供指導(dǎo));3)強化練習(xí)材料(用于學(xué)習(xí)者在教學(xué)活動實施后進行強化練習(xí),，從而檢測、鞏固,、擴展所學(xué)知識),。

4.學(xué)習(xí)支架設(shè)計

STEM教育重視學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)主體地位的同時，也不忽視教師的指導(dǎo)作用,。STEM教師既需要保持對各個教學(xué)環(huán)節(jié)的控制,、管理、幫助和指導(dǎo),，又需要從課堂主角變?yōu)槟缓髮?dǎo)演,，成為學(xué)生意義建構(gòu)的幫助者、促進者,。學(xué)生在問題解決過程中,，不同學(xué)生所采用的學(xué)習(xí)路徑、遇到的困難也不相同,，教師需針對不同情況給予及時反饋和幫助,，指導(dǎo)學(xué)生開展獨立探索或協(xié)作，調(diào)動學(xué)生參與的主動性;學(xué)生在自主學(xué)習(xí)中,，面對豐富的信息資源易出現(xiàn)學(xué)習(xí)行為與學(xué)習(xí)目標的偏離,，對此教師要在問題解決過程中設(shè)置關(guān)鍵的控制點，規(guī)范學(xué)生學(xué)習(xí),，同時也有利于學(xué)生反思,、深化所學(xué)知識。因此,，針對學(xué)生問題解決過程中可能遇到的困難,，教師提供起支撐、承載,、聯(lián)結(jié)等作用的支架,，是確保學(xué)生在最臨近發(fā)展區(qū)內(nèi)進行學(xué)習(xí)并解決問題的關(guān)鍵。

在STEM教育項目中,，支架可以保證學(xué)生在不能獨立完成任務(wù)時獲得成功,，提高能力水平以達到任務(wù)要求，幫助他們認識到潛在發(fā)展空間,。支架讓學(xué)生經(jīng)歷一些有經(jīng)驗的學(xué)習(xí)者(如教師)所經(jīng)歷的思維過程,，有助于學(xué)生對知識特別是隱性知識的體悟與理解。學(xué)生通過內(nèi)化支架,，可以獲得獨立完成任務(wù)的技能,。支架還可以展示學(xué)習(xí)任務(wù)的真實情境，讓學(xué)習(xí)者感受,、體驗和進入復(fù)雜的真實情境,。典型的支架包括(閆寒冰,，2003)：情境型支架，設(shè)置情境幫助進入學(xué)習(xí);問題型支架,，創(chuàng)設(shè)問題情境,，引發(fā)思維;實驗型支架，演示實驗,、學(xué)生實驗,、家庭實驗等;信息型支架，包括教師已有知識,、網(wǎng)絡(luò)知識,、材料等;知識型支架，主要是提供評價和產(chǎn)生新的經(jīng)驗和信息的框架;程序型支架,，是指做事的順序;策略型支架,，指在不同教學(xué)條件下，為達到不同教學(xué)效果所采用的手段和謀略;范例型支架指典型事例和范例;訓(xùn)練性支架指通過指導(dǎo)和練習(xí)強化學(xué)生認知理解,，提升學(xué)生學(xué)習(xí)能力,。

5.學(xué)習(xí)活動設(shè)計

學(xué)生是在完成STEM教育項目過程中獲取知識、認識客觀世界的,，不是直接從書本或教師處獲得知識的,，認知與學(xué)習(xí)發(fā)生在完成任務(wù)和解決問題的過程中，是通過學(xué)習(xí)活動這一中介體完成的,。因此,，有效的STEM教育項目設(shè)計，必須以有效的學(xué)習(xí)活動為中介,，促進知識的內(nèi)化,，只有這樣才能真正提高學(xué)生學(xué)習(xí)效率，促進學(xué)生學(xué)習(xí)的發(fā)生,。

STEM學(xué)習(xí)活動設(shè)計,，就是教師根據(jù)教學(xué)目標、教學(xué)內(nèi)容,、教學(xué)情境靈活選擇和設(shè)計學(xué)習(xí)活動,，讓學(xué)生通過參與活動進行學(xué)習(xí),。不同教學(xué)模式往往從不同教學(xué)環(huán)節(jié)和程序安排上顯示其特征,，每種教學(xué)模式都有其自身相對固定的活動邏輯步驟和每階段應(yīng)完成的教學(xué)任務(wù)。不同活動序列組合自然形成不同的教學(xué)模式,。

6.學(xué)習(xí)評價設(shè)計

教學(xué)評價包括形成性評價和總結(jié)性評價,。為了在教學(xué)活動過程中更好地達到教學(xué)目標，教師需要在教學(xué)過程中不斷進行形成性評價,。形成性評價偏向于使用量表,、行為觀察和知識測驗等形式了解階段性的教學(xué)成果和存在問題,，及時對教學(xué)實施方案進行修改、完善,?？偨Y(jié)性評價一般安排在教學(xué)活動告一段落后，為檢驗學(xué)習(xí)效果是否達到預(yù)期的教學(xué)目標而進行的評價,。STEM教學(xué)側(cè)重于培養(yǎng)學(xué)習(xí)者解決實際問題的能力,，比傳統(tǒng)的紙筆測試更加靈活多樣并關(guān)注學(xué)習(xí)者的真實能力。例如,，它可以對小組合作完成的作品按事先制定的評價標準,，由教師或小組間進行評價。形成性評價和總結(jié)性評價服務(wù)于不同目的,，沒有孰輕孰重之分,，兩者均起著舉足輕重的作用。

評價過程要改變以往單一的評價方式,，強調(diào)多元評價主體,、形成性評價、面向?qū)W習(xí)過程的評價,，由學(xué)生本人,、同伴、教師對學(xué)生學(xué)習(xí)過程的態(tài)度,、興趣,、參與程度、任務(wù)完成情況以及學(xué)習(xí)過程中形成的作品等進行評估,。

7.總結(jié)與強化練習(xí)

項目結(jié)束后需要適時進行教學(xué)總結(jié),，促進學(xué)習(xí)者將零散的知識系統(tǒng)化。STEM教學(xué)關(guān)注現(xiàn)實問題,，著力跨學(xué)科運用知識,，因此更需要對涉及的知識進行總結(jié)，將STEM學(xué)習(xí)的產(chǎn)出從現(xiàn)實問題解決延伸到抽象的知識層面,，讓學(xué)生形成一定的知識體系和結(jié)構(gòu),。教學(xué)總結(jié)可以由教師獨立進行，也可以采取教師指導(dǎo)下學(xué)生小組合作匯報等形式進行,。

完成教學(xué)總結(jié)后,，教師應(yīng)根據(jù)小組評價和自我評價結(jié)果，為學(xué)生設(shè)計一套可供選擇并有針對性的補充學(xué)習(xí)材料和強化練習(xí),。這類材料和練習(xí)應(yīng)精心挑選,，既要反映基本概念、基本原理又能適應(yīng)不同學(xué)生的要求,，以便通過強化練習(xí)糾正原有的錯誤理解或片面認識,，最終達到符合要求的意義建構(gòu),。

8.項目方案試用與改進

項目實施過程中，一方面要嚴格按照設(shè)計的方案進行實施,，確保教學(xué)方案的執(zhí)行;另一方面,，要根據(jù)現(xiàn)實教學(xué)條件和形成性評價的結(jié)果不斷修訂設(shè)計方案，保證靈活性,。

總結(jié)

在STEM跨學(xué)科整合設(shè)計中,，容易出現(xiàn)學(xué)科知識結(jié)構(gòu)性缺失的不足，本文提出對項目設(shè)計進行總體規(guī)劃,，實現(xiàn)跨學(xué)科知識的均衡覆蓋,。在項目設(shè)計中特別強調(diào)了總結(jié)與強化練習(xí)環(huán)節(jié)。這些針對性的改進措施,，以及借鑒中國傳統(tǒng)教育在知識掌握方面的優(yōu)勢,，可為大家的STEM教育實施提供參考。

(中國教育信息化在線楊馥紅編輯整理,，素材來源：《開放教育研究》,、百度等)