基于活動理論的STEM教學(xué)模式探索

摘 要：活動理論強調(diào)教學(xué)活動過程要以學(xué)習(xí)者的活動為中心，活動的最終目的是培養(yǎng)學(xué)生的主體性，而STEM教育作為一種全新教育范式，其教學(xué)實踐過程多是通過活動的形式展開。為了能夠有效地實施STEM教育，將活動理論與STEM教育進行整合，建構(gòu)基于活動理論的STEM教學(xué)活動模型，對探索實施STEM教學(xué)活動和促進STEM知識的學(xué)習(xí)具有非常重要的意義。本文通過介紹活動理論的內(nèi)涵與構(gòu)成要素，嘗試建構(gòu)基于活動三角模型的STEM教學(xué)活動模型，并在活動理論的指導(dǎo)下采用基于問題的STEM教學(xué)模式實施機器人教學(xué)活動。通過教學(xué)實踐發(fā)現(xiàn)，基于活動理論的問題解決型STEM教學(xué)活動對提升學(xué)生的問題解決能力與創(chuàng)新實踐能力具有良好的促進作用。

關(guān)鍵詞：活動理論；STEM教育；模型

中圖分類號：G434 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：2096-0069（2018）02-0081-06

收稿日期：2017-10-16

作者簡介：胡喜霞（1991— ），女，甘肅慶陽人，碩士，主要從事現(xiàn)代遠程教育研究。

一、引言

作為對教育方式一種質(zhì)性的描述[1]，STEM教育在培養(yǎng)學(xué)生解決現(xiàn)實問題能力方面富有創(chuàng)新性意義[2]。它強調(diào)從真實問題出發(fā)，旨在以動手體驗的方式讓學(xué)生在發(fā)現(xiàn)、探索與解決問題的過程中提高問題解決能力與批判性思維能力。由于社會對復(fù)合型人才質(zhì)量要求不斷提高，STEM教育中融入Art（藝術(shù)）元素，形成STEAM教育，STEAM教育不僅強調(diào)通過基于項目和基于問題的學(xué)習(xí)，而且非常重視創(chuàng)新素養(yǎng)的培養(yǎng)[3]。

目前我國學(xué)者對STEM教育的研究主要集中于美國STEM教育實踐、STEM教育融合、STEM教育人才培養(yǎng)以及構(gòu)建本土化的STEM教育整合模式等方面。而據(jù)詹青龍等人的文獻分析顯示，當(dāng)下國外STEM教育研究已從理論研究逐漸轉(zhuǎn)向?qū)嵺`研究，且實踐層面已取得相關(guān)研究成果[4]。與國外相比，盡管我國部分地區(qū)（如上海等地）實施了一些STEM教學(xué)活動，但效果有待驗證，而國外已有大量的教學(xué)實證研究。從目前的教學(xué)實踐形式來看，STEM教育是在“做中學(xué)”理念指導(dǎo)下基于真實問題情境的探索式學(xué)習(xí)[5]?；趩栴}（Problem-based Learning）和基于項目（Project-based Learning，縮寫為PBL）的教學(xué)方式在目前STEM教學(xué)實踐研究比較多[6]，因此研究STEM教學(xué)活動設(shè)計對我國STEM教學(xué)實踐探索具有深遠意義。

活動理論強調(diào)主體、客體、共同體以及工具在知識與技能形成過程中的核心作用，可用于指導(dǎo)基于問題的STEM教學(xué)活動。該理念不僅可用于檢驗教師與學(xué)生的活動參與情況、工具使用情況、目標(biāo)完成情況，而且也為分析教師與學(xué)生的活動行為提供了模型框架[7]。本研究基于活動理論的相關(guān)理念，以機器人教學(xué)活動為案例來探索和實施STEM教學(xué)活動，目的是為促進STEM領(lǐng)域知識的學(xué)習(xí)提供借鑒。

二、活動理論介紹

（一）活動理論的內(nèi)涵

活動理論的產(chǎn)生與蘇聯(lián)心理學(xué)的研究密不可分，它萌芽于馬克思主義哲學(xué)，孕育于維果斯基的社會文化和歷史心理學(xué)理論，成熟于魯利亞與列昂捷夫的心理學(xué)實驗研究中，是社會文化活動與社會歷史研究的成果?！盎顒印笔腔顒永碚撝薪忉尯脱芯咳说男睦砘顒拥倪壿嬈瘘c與中心范疇[8]。其核心“活動”是主體為了一定的目標(biāo)而進行的實踐[9]。活動理論研究的是人與形成事物的社會環(huán)境與物理環(huán)境之間的交互過程，以及在特定的文化背景下人類的實踐發(fā)展過程和結(jié)果[10]。

（二）活動系統(tǒng)的構(gòu)成要素

作為活動理論的核心，活動系統(tǒng)由主體、客體、共同體、工具、勞動分工和規(guī)則6個基本成分構(gòu)成。其中，主體、客體和共同體是活動系統(tǒng)的主要成分，工具、規(guī)則、勞動分工是其次要成分。它們之間不是孤立的，而是通過相互之間的影響共同構(gòu)成活動系統(tǒng)?；顒永碚摰淖酉到y(tǒng)由交流系統(tǒng)、分配系統(tǒng)、生產(chǎn)系統(tǒng)和消耗系統(tǒng)構(gòu)成?；顒咏Y(jié)構(gòu)是子系統(tǒng)內(nèi)部及其之間包含目標(biāo)導(dǎo)向用以形成客體的行動層級活動、行動和操作[11]。

三、基于活動理論的STEAM教學(xué)活動模型建構(gòu)

基于活動理論的STEM教學(xué)活動，以工具為中介，以活動的層次性與發(fā)展性為主體，通過主客體間的交互共同構(gòu)建STEM教學(xué)活動系統(tǒng)，本研究在活動理論的指導(dǎo)下嘗試采用基于問題的STEM教學(xué)模式實施教學(xué)，目的是讓學(xué)生在問題探索與解決過程中提升STEM綜合技能并發(fā)展批判性思維能力與問題解決能力?；趩栴}的STEM教學(xué)模式分三個階段。問題提出階段，需教師依據(jù)STEM教學(xué)目標(biāo)設(shè)計問題情境，并給出問題解決的活動支架和所需的心理與物質(zhì)工具。問題解決階段，教師須為學(xué)生提供所需的智力支持及監(jiān)控規(guī)則，并以問題為紐帶通過與學(xué)生有目的的分工協(xié)作進行問題解決。成果展示與評價階段：一方面教師需要組織學(xué)生展示自己的作品；另一方面還需采用多種形式對學(xué)生進行評價，而評價的內(nèi)容不僅僅局限于知識本身，還應(yīng)關(guān)注學(xué)生綜合知識的遷移運用能力與全面發(fā)展的綜合技能[12]。

在基于活動理論的問題解決式STEM教學(xué)活動過程中，活動初期以活動的支架與工具為主，活動中期則是勞動分工與協(xié)作占據(jù)主導(dǎo)地位，活動末期評價則成為體現(xiàn)活動結(jié)果的客體?？傊?，活動系統(tǒng)的各要素在每個階段所表現(xiàn)出的側(cè)重點略有不同，但都共同作用于STEM教學(xué)活動的每個階段。依據(jù)活動理論構(gòu)建的STEM教學(xué)活動模型[13]，如圖1所示。

（一）主體——學(xué)生

在STEM教學(xué)活動中，學(xué)生首先明確教師給出的問題，然后通過提供的中介工具進行問題分析與模仿，其次通過合作探究進行問題解決，最后進行成果展示并接受評價。在STEM教學(xué)實施過程中，隨著相關(guān)活動的進行，學(xué)生個體集聚成具有共同知識基礎(chǔ)與興趣穩(wěn)定的團體，通過相互協(xié)作與學(xué)習(xí)，最終實現(xiàn)知識技能與高階思維的提升。

（二）客體——STEM學(xué)習(xí)目標(biāo)

客體指用學(xué)習(xí)行為的結(jié)果或成果來描述學(xué)生內(nèi)部與外部達到的學(xué)習(xí)目標(biāo)?；谥薪楣ぞ叩闹С?，客體最終被塑造并轉(zhuǎn)換為STEM學(xué)習(xí)結(jié)果，活動的目的及意圖在該過程中得到了體現(xiàn)[14]。在STEM教學(xué)過程中，客體是隨著活動的開展不斷變化的?；顒映跗冢腕w的呈現(xiàn)形式是以學(xué)生掌握基本的概念操作、熟悉具體的工程技術(shù)要領(lǐng)為主；活動中期，學(xué)生通過與同伴協(xié)作進行實踐操作，此時，客體的呈現(xiàn)形式除具有顯性的技能外，還有隱形的知識共享；隨著活動系統(tǒng)的不斷演變和發(fā)展，在活動后期，客體最終被塑造并轉(zhuǎn)化為完整的STEM學(xué)習(xí)結(jié)果。

（三）共同體——STEM學(xué)習(xí)群體

STEM學(xué)習(xí)中，與學(xué)習(xí)主體共同完成任務(wù)的是其他活動成員，例如學(xué)習(xí)協(xié)作小組、學(xué)習(xí)伙伴、班級等。學(xué)習(xí)群體是師生以及學(xué)生之間通過合作為完成任務(wù)而形成的教與學(xué)共同體。通過合作，共同體不僅影響著教學(xué)活動的學(xué)習(xí)效果，還可以形成互惠互利、相互信任、和諧融洽的學(xué)習(xí)氛圍，這充分體現(xiàn)了學(xué)生自主的學(xué)習(xí)理念。在基于問題的STEM教學(xué)過程中，活動共同體的作用主要發(fā)生于支架教學(xué)與問題解決階段，此階段，師生或者生生通過合作共同解決問題。

（四）工具

工具在學(xué)生與環(huán)境間的交互過程中起到了中介的作用，具體來說，工具包括內(nèi)部工具和外部工具，內(nèi)部工具主要指心理工具，而外部工具主要指物理工具，二者共同調(diào)節(jié)著學(xué)生的學(xué)習(xí)活動。學(xué)生與環(huán)境的交互形式由工具來決定，工具通過這種形式影響著學(xué)習(xí)結(jié)果。隨著活動的不斷深入，師生間、生生間的交互也越來越復(fù)雜，工具也開始從單一的心理工具發(fā)展成滿足特殊要求的、具有創(chuàng)新功能產(chǎn)品的物質(zhì)工具。

（五）規(guī)則

規(guī)則指STEM學(xué)習(xí)成員共同遵守的活動標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范等。它不僅是活動過程中的一種制約與約定，而且是維持共同體參與活動發(fā)展的保障，通過規(guī)范成員行為，達到互相影響和約束的目的。STEM教學(xué)中，規(guī)則一般可劃分為操作規(guī)則、賞罰規(guī)則與交互規(guī)則等。隨著活動的不斷深入，規(guī)則的規(guī)范性會不斷加強。

（六）勞動分工——師生分工

勞動分工指師生之間或?qū)W生之間為完成活動任務(wù)而產(chǎn)生的分工。不同的活動階段，師生或?qū)W生之間的角色扮演與任務(wù)分工有所不同。活動初期，教師作為引導(dǎo)者依據(jù)STEM教學(xué)目標(biāo)提出問題情境，并設(shè)計教學(xué)提供豐富的教學(xué)范例，以幫助學(xué)生進行知識建構(gòu)。學(xué)生依據(jù)教師設(shè)計的問題情境和范例對規(guī)則和技術(shù)要領(lǐng)進行學(xué)習(xí)。活動中期，教師可作為參與者或者評價者對學(xué)生的工程、技術(shù)操作行為進行規(guī)范與指導(dǎo)，同時評估與糾正學(xué)生的不規(guī)范行為。學(xué)生通過與同伴的交流與合作，以問題為紐帶，對產(chǎn)品進行設(shè)計與改裝以促進知識的整合與運用?；顒雍笃?，教師主要作為評價者對學(xué)生的STEM綜合技能進行考查與評估。學(xué)生也可以作為評價者對個人的發(fā)展變化客觀地進行自評。

四、機器人教學(xué)活動案例——倉儲庫存定向搬運

機器人融合了科學(xué)、技術(shù)、工程及數(shù)學(xué)等學(xué)科的相關(guān)內(nèi)容，并因其自身的設(shè)計組裝和操控對引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)STEM知識、提高學(xué)生STEM綜合技能具有重要的積極作用。本研究基于活動理論的相關(guān)理念，以機器人教學(xué)活動為案例，采用基于問題的STEM教學(xué)模式進行教學(xué)，以探索和研究活動理論視野下STEM教學(xué)模式的實施狀況。為了能夠有效地實施機器人教學(xué)活動，我們需將案例的活動時長設(shè)計為120分鐘，因為傳統(tǒng)的課堂時間對于實施機器人教學(xué)活動并不充足。同時實施本案例以30人的標(biāo)準(zhǔn)班則需至少配備2名教師，以保證活動的順利實施。

3.活動內(nèi)容與流程

為了使問題解決型教學(xué)模式在本案例中得到充分的應(yīng)用，本教學(xué)案例中的活動采用基于問題解決的形式進行教學(xué)活動。在本案例實施的過程中，學(xué)生的主要任務(wù)有3個：數(shù)線原理的學(xué)習(xí)；解決定向搬運的問題；成果展示與評價?；顒舆^程中學(xué)生3人一組，2組一隊?；顒映跗冢枰?名教師負責(zé)教學(xué)，學(xué)生以組為單位進行實際操作與練習(xí)?；顒又衅?，由1名教師負責(zé)主管課堂的教學(xué)秩序，其他教師協(xié)助團隊進行問題解決，每位教師負責(zé)2—3個團隊的管理，學(xué)生以隊為單位進行實踐，組內(nèi)的具體分工根據(jù)任務(wù)由隊員自行協(xié)商分配?；顒幽┢冢處熃M織作品展覽和評價。

本案例的基本活動流程為：

（1）問題提出階段（5分鐘）。教師在提供與本節(jié)課相關(guān)的圖片及視頻資料的基礎(chǔ)上，將學(xué)生帶入倉儲庫存定向搬運問題情境中，突出倉儲庫存定向搬運的重要性，激發(fā)學(xué)生探究倉儲庫存定向搬運的興趣。之后播放以突出工程實際應(yīng)用為主的視頻資料，最后運用已經(jīng)完成的實物小車進行實物演示，以此激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動機。

（2）支架教學(xué)階段（30分鐘）。此階段以數(shù)線功能原理教學(xué)為主，具體可以分為以下3個階段：教師講解；學(xué)生實操；問題答疑。在該階段，為了調(diào)動學(xué)生參與學(xué)習(xí)的積極性，突出基于活動理論的STEM教學(xué)，教師可以通過游戲的活動方式進行教學(xué)。小車的運動軌跡主要受地面黑線數(shù)量的控制，感知黑線數(shù)量的元件為光學(xué)傳感器，在控制過程中，學(xué)生需要掌握以下4個知識點：①學(xué)會并使用變量來記錄數(shù)線。②學(xué)會使用while-if-else循環(huán)條件結(jié)構(gòu)來控制小車的行進時間和距離。③學(xué)會判斷循環(huán)終止的條件。④學(xué)會判斷狀態(tài)變量和正確計數(shù)。例如，為了說明第4個知識點，教師可以讓一組中的某一成員模擬并記錄黑線數(shù)目的變化，其他兩名成員分別模擬小車的行進和模擬計數(shù)器并給出“變量加1！”的指令。之后，學(xué)生通過實踐練習(xí)數(shù)線功能，教師需對出現(xiàn)過的問題進行統(tǒng)一答疑，使學(xué)生的疑惑得到解答。

（3）問題解決與協(xié)作探究階段（50分鐘）。這一階段主要是完成倉儲庫存定向搬運任務(wù)。教師首先向?qū)W生發(fā)放“倉儲庫存定向搬運任務(wù)說明書”，在該說明書中教師對任務(wù)進行了詳細的描述，并且說明了操作規(guī)則。之后，學(xué)生以隊為單位依據(jù)“問題解決設(shè)計表”展開對問題的分析、理解和解決?！皢栴}解決設(shè)計表”用于幫助學(xué)生將問題進行拆解和分工，有利于學(xué)生解決問題的邏輯思維的培養(yǎng)，避免了學(xué)生遇到問題不知從何處入手的問題。全隊成員的交流與協(xié)作對問題的解決具有重要意義，而教師僅作為引導(dǎo)者幫助學(xué)生理解并解決問題。

（4）成果展示與評價（35分鐘）。該階段學(xué)生以隊為單位在實體場地中集中演示小車倉儲庫存定向搬運全過程，學(xué)生需以隊為單位對問題的解決、勞動任務(wù)分配、具體實施過程中遇到的問題等以PPT的形式進行現(xiàn)場報告。成果展示完成之后，教師需要對本次任務(wù)的完成進行教學(xué)評價。評價的目的在于觀察學(xué)生是否通過本次任務(wù)活動掌握了相關(guān)的知識，且重點應(yīng)該放在學(xué)生將機器人作為工具解決問題的過程，具體來說，主要包括團隊問題解決過程的評價、新知識運用能力的評價、團隊內(nèi)成員工作能力的評價、團隊合作精神的評價及相關(guān)知識的客觀題測試等。

五、總結(jié)與啟示

針對目前我國STEM教學(xué)實踐，本文從STEM課堂本身的特點出發(fā)，探索和應(yīng)用活動理論進行STEM活動設(shè)計，并用機器人教學(xué)活動進行具體說明，在實施過程中應(yīng)注意以下幾點：

（一）開展STEM教師專業(yè)培訓(xùn)，提高STEM教師教學(xué)能力

在基于活動理論的STEM教學(xué)活動中，由于活動的復(fù)雜性和易變性，教師除了需具備豐富的學(xué)科知識和優(yōu)秀的教學(xué)設(shè)計能力，還需要在教學(xué)策略、教學(xué)效果評估方式及學(xué)生學(xué)習(xí)成就評價方法等方面進行創(chuàng)新。[15]這就需要教師通過培訓(xùn)和進修提高專業(yè)發(fā)展的個性化與專業(yè)程度。鑒于美國STEM教師培養(yǎng)的經(jīng)驗，我們可以從宏觀和微觀上進行把握。宏觀方面，一方面我們需爭取政府、學(xué)校及社會等多方面對STEM教師培養(yǎng)的支持，如加強與企業(yè)、領(lǐng)域?qū)＜?、政府等多方面的合作關(guān)系，得到他們最大的支持。還可以依據(jù)STEM相關(guān)學(xué)科的專業(yè)性和學(xué)科特點，進一步細化教師資格證書制度的分類，明確不同學(xué)科間融通的辦法，提出教師資格的退出機制，完善教師資格認證制度。[16]另一方面開展對STEM教師進行職前與職后的培訓(xùn)，提升他們的專業(yè)技能。微觀方面，STEM教師自身需具備終身學(xué)習(xí)的理念，不斷更新自己的知識體系，提升自身的知識融合能力與實踐操作能力。總之，對STEM教師的培養(yǎng)需要國家、社會、學(xué)校及教師本人共同的努力。

（二）增加對弱勢學(xué)生群體的關(guān)注，縮小學(xué)生間差距

由于學(xué)生之間的發(fā)展存在著個別化差異，一些學(xué)生在與其他學(xué)生的合作交流過程中不能很好地理解和內(nèi)化某些非常重要的知識概念，這就造成了學(xué)生在團隊中的自卑感，導(dǎo)致學(xué)生在學(xué)習(xí)上產(chǎn)生厭倦與懈怠心理，從而阻礙了學(xué)生學(xué)習(xí)技術(shù)行為，并影響整個團隊的學(xué)習(xí)效果。這就需要教師在教學(xué)活動的不同階段給予相應(yīng)的學(xué)習(xí)支持服務(wù)，如教師可以更多地關(guān)注與引導(dǎo)這些學(xué)生，并利用技術(shù)優(yōu)勢提高他們的參與度等。

（三）優(yōu)化對STEM教學(xué)活動模式的設(shè)計

STEM教學(xué)活動本身就具有一定的開放性與實踐性，設(shè)計基于活動理論的STEM教學(xué)模式，一定程度上是對STEM教學(xué)活動本身的規(guī)范，但其效果在于設(shè)計者對于課堂本身的設(shè)計與把握。本文基于活動理論的STEM教學(xué)模式設(shè)計，設(shè)計者以機器人教學(xué)活動為案例，采用基于問題的教學(xué)方式進行教學(xué)，教學(xué)過程中進行階段性劃分，每個階段教師的角色扮演與教學(xué)任務(wù)因活動而異，教學(xué)效果具有一定的差異性。因此，在構(gòu)建基于活動理論的STEM教學(xué)模式時首先要對STEM教學(xué)活動模式進行優(yōu)化，在優(yōu)化的基礎(chǔ)上融入理念的設(shè)計，這就需要我們不斷地探索與創(chuàng)新。因此本研究所構(gòu)建的STEM教學(xué)活動模型在一定的條件下具有適用性，但是任何事物都具有特殊性，因此該模型的教學(xué)效果仍有待在教學(xué)中進一步考證。

[1][5]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，（04）：67-74.

[2]傅騫，劉鵬飛.從驗證到創(chuàng)造——中小學(xué)STEM教育應(yīng)用模式研究[J].中國電化教育，2016，（04）：71-78.

[3][6]師保國，高云峰，馬玉赫.STEAM教育對學(xué)生創(chuàng)新素養(yǎng)的影響及其實施策略[J].中國電化教育，2017，（04）：75-79.

[4]詹青龍，許瑞.國外STEM教育研究的熱題表征與進路預(yù)判——基于ERIC（2005-2015）的量化考察[J].中國電化教育，2016，（10）：66-73.

[7][13]首新，胡衛(wèi)平，王碧梅，等.基于文化——歷史活動觀的小學(xué)生項目式STEM學(xué)習(xí)模式探索[J].中國電化教育，2017，（02）：33-41.

[8]楊莉娟.活動理論與建構(gòu)主義學(xué)習(xí)觀[J].教育科學(xué)研究，2000，（04）：59-65.

[9]呂巾嬌，劉美鳳，史力范.活動理論的發(fā)展脈絡(luò)與應(yīng)用探析[J].現(xiàn)代教育技術(shù)，2007，（01）：8-14.

[10]劉清堂，葉陽梅，朱珂.活動理論視角下MOOC學(xué)習(xí)活動設(shè)計研究[J].遠程教育雜志，2014，（04）：99-105.

[11]葛文雙，傅鋼善.基于活動理論的網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)活動設(shè)計——“現(xiàn)代教育技術(shù)”網(wǎng)絡(luò)公共課活動案例[J].電化教育研究，2008，（03）：50-54.

[12]王旭卿.面向STEM教育的創(chuàng)客教育模式研究[J].中國電化教育，2015，（08）：36-41.

[14]項國雄，賴曉云.活動理論及其對學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計的影響[J].電化教育研究，2005，（06）：9-14.

[15]趙慧臣.美國北卡羅來納州中學(xué)STEM學(xué)校的教學(xué)設(shè)計及其啟示[J].中國電化教育，2017，（02）：47-54.

[16]王新燕，陳晨.美國STEM教師培養(yǎng)的主要經(jīng)驗及其啟示[J].上海教育科研，2017，（04）：80-83.

（責(zé)任編輯 孫志莉）

Abstract： The activity theory emphasizes that the process of teaching activities is centered on learners activities.The ultimate goal of the activity is to develop the students subjectivity.As a new paradigm of education，STEM education is mostly carried out in the form of activities.In order to effectively implement STEM education，to integrate activity theory with STEM education，and to construct the STEM Teaching Activity Model which is based on the activity theory，it is of great significance to explore new ways of implementing STEM teaching and promote the learning of relevant subject knowledge.This paper first introduces the connotation and constituent elements of the activity theory.Second，it tries to construct the STEM teaching activity model which is based on the active triangular model.Besides，it adopts the problem-based STEM teaching model to carry out the case of robot teaching activities under the guidance of the activity theory.Through the implementation of the teaching，it is found that the problem-based STEM teaching activities based on the activity theory have a positive effect on improving students problem-solving ability and innovation and practice ability.

Key words： activity theory；STEM education；model