基于項目的STEM高中校本課程的實踐探索

耿秋萍

【內(nèi)容摘要】學(xué)校利用校本課程這個靈活的平臺進行高中STEM教育的探索，可以將嚴肅的學(xué)術(shù)知識與項目化的學(xué)習(xí)方式結(jié)合起來，讓學(xué)生通過結(jié)構(gòu)模糊型問題獲得問題解決的不同方案以及維持學(xué)習(xí)的持續(xù)自主性。在課程的實踐過程中，教師團隊更多地需要協(xié)助和互學(xué)，統(tǒng)籌協(xié)調(diào)好課堂內(nèi)外的相互關(guān)系，并且要借助主客觀相結(jié)合的量化評價系統(tǒng)，共同做好課程的過程性評價，為學(xué)生學(xué)習(xí)并實踐問題解決技能、溝通技能和管理技能搭建支撐平臺。

【關(guān)鍵詞】STEM教育校本課程項目式學(xué)習(xí)

STEM教育是一種將嚴肅的學(xué)術(shù)概念與現(xiàn)實生活中的課程相結(jié)合的跨學(xué)科教育方案，學(xué)生應(yīng)用科學(xué)、技術(shù)學(xué)、工程學(xué)和數(shù)學(xué)于特定環(huán)境中，是學(xué)校、社會、工作和全球企業(yè)聯(lián)系起來，發(fā)展STEM素養(yǎng)，最終提升新經(jīng)濟形勢下的競爭力[1]。我國教育部在2016年印發(fā)的《教育信息化“十三五”規(guī)劃》中提出“有條件的地區(qū)要積極探索信息技術(shù)在“眾創(chuàng)空間”、跨學(xué)科學(xué)習(xí)（STEAM教育）、創(chuàng)客教育等新的教育模式中的應(yīng)用，著力提升學(xué)生的信息素養(yǎng)、創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力，養(yǎng)成數(shù)字化學(xué)習(xí)習(xí)慣，促進學(xué)生的全面發(fā)展，發(fā)揮信息化面向未來培養(yǎng)高素質(zhì)人才的支撐引領(lǐng)作用。”在基于項目的STEM課程實踐中，校本課程逐漸成為STEM教育實踐者們偏愛的陣地，這是由于校本課程的可靈活規(guī)劃的特征決定的，校本課程是對國家課程體系的一個補充，它不受國家課程體系標準的限制，教材具有即時性和可更新性，課程實施的時間和年級也靈活可調(diào)。在規(guī)劃實施校本課程《樹莓派芯小車的操控》的過程中，課程的項目組在課程設(shè)計、團隊建設(shè)、教學(xué)激勵和課程評價這四方面做了與傳統(tǒng)課程不同的規(guī)劃。

一、設(shè)計跨學(xué)科整合的校本課程

STEM是一個非具象的名詞縮寫，它非特指科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)，它傳遞的是一種跨學(xué)科、整合性的理念。而STEM校本課程則是將嚴肅的學(xué)術(shù)知識與項目化的學(xué)習(xí)方式結(jié)合起來的一種課程。從課程的設(shè)計理念、目標和結(jié)構(gòu)上都要注重學(xué)科的跨度和融合。

在規(guī)劃《樹莓派芯片小車的操控》課程的初期，教師團隊對這個項目制定的目標是完成一個可視化操控的小車組裝與編程。這個課程內(nèi)容涉及了電工學(xué)和軟件工程兩方面知識。這是對于高中生來說，是一個不小的工程，這個校本課程的學(xué)習(xí)目標是讓學(xué)生通過老師指導(dǎo)、自主學(xué)習(xí)和團隊合作，學(xué)會PVC板材的組裝，掌握雙直流減速電機的焊接、了解SG90舵機的轉(zhuǎn)動角度控制、能夠用C語言呈現(xiàn)相應(yīng)的算法以及無線操控攝像頭的開啟。不僅如此，課程中還糅合了大量的科學(xué)和生活常識，例如：測電筆的使用、IP地址的設(shè)置、舵機潤滑劑的選取等等。根據(jù)知識和技能的需求，項目組安排了兩門學(xué)科的老師相互配合著教學(xué)。教學(xué)過程中既有學(xué)科的獨立，又有項目式的融合。舵機的運轉(zhuǎn)原理是閉環(huán)控制，利用無線控制對伺服電機的充放電時間，即可以實現(xiàn)舵機的運轉(zhuǎn)角度，從而實現(xiàn)機械臂的上下前后左右的控制。而這也正是工業(yè)自動化與數(shù)控的基本原理。知識的整合在項目式的學(xué)習(xí)中釋放了更具效用的實際意義。

二、建設(shè)協(xié)作與互學(xué)相結(jié)合的教師團隊

項目式是一種跨學(xué)科的教學(xué)方式，不同學(xué)科的教師可以通過集體合作來開展各種各樣的項目。在STEM課程的教師團隊中，文理科老師皆有，教研團隊的組織管理較其他單學(xué)科的教師團隊來說，更具特殊性。教研組根據(jù)不同學(xué)期的課程安排作調(diào)整，每學(xué)期由項目負責(zé)人擔(dān)任校驗和備課組長，組織小組成員對課程的規(guī)劃、學(xué)生的管理、課堂的設(shè)計等環(huán)節(jié)進行研討。小組成員既是協(xié)作關(guān)系，也是相互學(xué)習(xí)的“師徒關(guān)系”。課堂外共同制定教學(xué)方案，課堂內(nèi)共同執(zhí)導(dǎo)教學(xué)環(huán)節(jié)。

《樹莓派芯片小車的操控》課程的前四節(jié)是PVC板材的組裝、雙直流減速電機的焊接、SG90舵機的運行原理以及電池電量的數(shù)字顯示，在這四堂課中，物理老師負責(zé)執(zhí)教，信息技術(shù)老師旁聽學(xué)習(xí)，并協(xié)助指導(dǎo)學(xué)生的操作，記錄學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度、學(xué)習(xí)進度、獨立學(xué)習(xí)能力以及團隊合作狀況，總之，就是為學(xué)生除專業(yè)知識之外的其他學(xué)習(xí)目標進行打分，而專業(yè)知識部分由物理老師進行點評。這樣的分工緩解了單個授課老師的壓力，方便建立學(xué)生的項目是學(xué)習(xí)檔案，實現(xiàn)了課堂精細化管理，同時也是在逐步培養(yǎng)跨學(xué)科的SETM型教師。

三、利用結(jié)構(gòu)模糊型問題維持學(xué)習(xí)的自主性

結(jié)構(gòu)模糊型問題是項目式學(xué)習(xí)的組織中心，它們是復(fù)雜而混亂的，“沒有簡單的、固定的、公式化的解決方案”[Illinois Mathematics and Science Academy，2004]。利用結(jié)構(gòu)模糊型問題，可以讓課堂逐步走向辯論，能夠獲得頭腦風(fēng)暴般的各種方案，這些方案將為學(xué)生解決問題提供有力的支撐。STEM課堂，接近一種通用技術(shù)和創(chuàng)客的學(xué)習(xí)，團隊協(xié)作是建立在獨立思考的基礎(chǔ)上的——既要讓團隊發(fā)揮集體的力量、煥發(fā)更璀璨的集體創(chuàng)造性光芒，又要善于利用制度來約束個人的懈怠，保持并持續(xù)促進個人在團隊中的活躍度，真正實現(xiàn)“眾志成城”的學(xué)習(xí)效果。唯具有批判性和開放性的問題，才能將持有不同意見的學(xué)生推到同一個“辯論”的平臺上，進行思維的碰撞。而自主性正是由這樣活躍的氛圍所激發(fā)的。瑞安和德西（Ryan & Deci，2000）曾討論過“無論有形的獎勵，還是威脅、截止日期、指令、帶有壓力的評估和強制性的目標，這些因素都對教師的內(nèi)在動機有負面的影響”。當然，學(xué)生也是如此。而他們的研究則發(fā)現(xiàn)，自主能提高內(nèi)在動機[2]。

在《樹莓派芯片小車的操控》課程中，結(jié)構(gòu)明確的問題如“PVC板如何組裝”、“雙直流減速電機的焊接”、“SG90舵機的工作原理”等，它們的答案指向性明確，適合學(xué)生課前或課后通過自主學(xué)習(xí)和相互交流完成，而模糊型問題如“機械臂的幾段操控比較好”、“小車控制的算法如何設(shè)計”等則讓學(xué)生展開討論，以不同的見解形成不同的項目實施過程，在這樣的學(xué)習(xí)中，辯論的雙方既是行動上、思路方法上的競爭，又是思維成熟、知識成長道路上的合作。

四、建立多方位的課程評價體系

基于項目的STEM高中實踐探索的課程評價以過程性評價為主，綜合主客觀評價。主觀評價的是學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)、學(xué)習(xí)風(fēng)格、獨立思考的能力、以及團隊協(xié)作的能力，客觀評價是項目的完成情況、技能的掌握程度、以及綜合運用能力，主客觀評價的量化依據(jù)評價表的反饋統(tǒng)計。

在《樹莓派芯片的小車操控》課堂上，授課老師會在授課和指導(dǎo)之余，觀察個學(xué)生的技能掌握和項目完成情況，并給出相應(yīng)的主觀分數(shù)，而協(xié)助老師則在協(xié)助指導(dǎo)學(xué)生的同時，為每個學(xué)生評價學(xué)習(xí)方法、學(xué)習(xí)態(tài)度、獨立完成情況、以及團隊協(xié)作情況打分。在課堂的最后五分鐘內(nèi)，由學(xué)生完成自評自測和對本節(jié)課教師團隊的打分。學(xué)生的反饋也為教師團隊建設(shè)提出不同視角的意見和建議。所有的評價量化依托電子問卷平臺，不僅方便快捷，且利于數(shù)據(jù)庫分析與留存。

跨學(xué)科的STEM項目學(xué)習(xí)，使單一學(xué)科的主題超越了傳統(tǒng)課程的范疇，囊括了各種各樣的社會科學(xué)技術(shù)，既有莫大的潛力，也存在明顯的挑戰(zhàn)。它倡導(dǎo)的是學(xué)生的動機和參與，在由明確結(jié)果相伴的情況下，能夠減輕教師和學(xué)生就課堂管理方面的考慮。學(xué)生能夠借助模糊型問題的思考和討論集中注意力，形成主動學(xué)習(xí)的狀態(tài)。學(xué)校利用校本課程這個平臺將STEM的理念逐步進入到常規(guī)教學(xué)中，支持學(xué)生學(xué)習(xí)并實踐問題解決技能、溝通技能和管理技能，并且能克服知識和思維的脫節(jié)，創(chuàng)造一種積極的學(xué)生與課程之間的關(guān)系。

【參考文獻】

[1] 阿爾帕斯蘭·沙欣.基于事件的STEM教學(xué)模式[M].侯奕杰，朱玉冰，殷捷，季民卿，聶婷華，邢可，譯.上海：上?？瓶萍汲霭嫔纾?016：9.

[2] 羅伯特·M·卡普拉羅，瑪麗·瑪格麗特·卡普拉羅，詹姆斯·R·摩根.基于項目的STEM學(xué)習(xí)[M].王雪華，譯.上海：上海科技出版社，2016：65.

（作者單位：江陰市山觀高級中學(xué)）