基于STEM 理念的中小學課程設計案例研究

陳詩茵，孫玉彤，張瑞平，施依嫻

(佛山科學技術學院 人文與教育學院，廣東 佛山528000)

1 STEM 課程概述

STEM(Science Technology Engineering Mathematics) 課程是將科學、技術、工程、數(shù)學4 個要素通過整合形成的一種全新的課程形態(tài)［1］。STEM 課程具備5 大特征: 跨學科、積極學習的過程、項目式學習、合作式學習、解決與生活相關的實際問題［2］。

2 STEM 課程在中小學應用現(xiàn)狀研究

STEM 課程主要是以信息技術課程(專題化形式) 、校本課程、實踐活動等形式展開。結(jié)合智能電子硬件的模塊化編程需要用到電腦，對場地有一定要求，常見于信息技術課程、校本課程中的創(chuàng)客課程。智能造物類課程更加注重動手制作，對場地的要求沒那么嚴格，適用于創(chuàng)客課程、綜合實踐課程與通用技術課程。3D 打印類課程多以社團形式開展，比較適用于一般的創(chuàng)客課程。

3 STEM 課程設計要素分析

STEM 課程教學模式包含的要素主要為: 真實情境、核心概念、方案設計、方案實施、教學評價，具體從教學目標，教學內(nèi)容、教學評價等角度進行分析［3］。本研究從STEM 課程目標、課程內(nèi)容、教學與學習過程、教學與學習過程支持、課程評價這幾個角度對所選取的STEM 課程進行案例分析。

4 中小學STEM 課程設計案例分析

4.1 研究對象

國外STEM 課程案例以《國外優(yōu)秀STEM 教育案例集》為主，國內(nèi)STEM 課程案例則選取了《Scratch 與機器人創(chuàng)新設計》(初級、中級、高級) 、《了不起的家居生活－ 互動編程》、《小小世界造起來－智能造物》、《構(gòu)建我的世界－3D打印》等不同類型的課程。

4.2 案例分析

4.2.1 課程目標

STEM 課程目標旨在讓學生開展以解決現(xiàn)實生活問題為基礎的項目式學習，在習得相應科學知識的基礎上，增加動手做的課堂體驗。學生在應用所學的數(shù)學與科學知識應對真實世界的挑戰(zhàn)時，創(chuàng)造、設計、建構(gòu)、發(fā)現(xiàn)、合作以解決問題，主要特點為:

(1) STEM 課程尤為突出工程知識技術與工程實踐，在項目活動開展的過程中強調(diào)知識與能力并重，倡導“做中學”，強調(diào)學生創(chuàng)新與創(chuàng)造能力的培養(yǎng)。

(2) 注重培養(yǎng)學生的發(fā)現(xiàn)、觀察、分析、探究、設計、動手操作及交流分享能力。不同類型STEM 課程各有側(cè)重，如實驗類STEM 課程注重培養(yǎng)學生的發(fā)現(xiàn)、觀察能力;工程類STEM課程注重培養(yǎng)學生的設計、動手操作及交流分享能力。

(3) 設計思維的培養(yǎng)在STEM 課程中有著突出的體現(xiàn)。學生通過自主學習、頭腦風暴的形式形成創(chuàng)新型觀點與想法，繼而設計與制作原型，并最終完成作品。

4.2.2 課程內(nèi)容

STEM 課程與傳統(tǒng)課程相比，更注重學科融合以及在真實生活情境中的應用，主要包括工程類、科學類、方法技能類、3D 打印類、智能造物類、互動編程類等，如表1 所示。

表1 STEM 課程類型

STEM 課程內(nèi)容具有以下特點:

(1) 選題類型多樣。STEM 課程的選題不局限于具體的主題或項目，只要這個課程是跨學科的，有利于學生解決真實情境問題能力的培養(yǎng)，都可以稱之為STEM 課程。

(2) 跨學科領域知識的整合。以《構(gòu)建我的世界》中的“漢諾塔”為例，將任務作為核心來開展課程，將各學科內(nèi)容相互串聯(lián)，幫助學生在解決問題的過程中加深對各學科概念的理解，提升學生問題解決能力，這就是任務驅(qū)動式教學模式［4］。

(3) 從真實生活中取材。STEM 課程注重對生活中真實情境的應用，強調(diào)“在做中學”，通過項目活動來整合學科知識，把學科知識轉(zhuǎn)化為生活經(jīng)驗。

4.2.3 教學與學習過程

STEM 課程常用的教學模式有基于項目的學習、基于問題的學習、基于設計的學習與5E 教學模式幾種，具有以下特點:①STEM 課程教學一般由真實的問題、項目引入，這些問題和項目與真實生活有著密切的關聯(lián)。具體教學是在真實的場景中進行的，相關場景、設備能夠為STEM 課程教學內(nèi)容提供有效支撐;②STEM 課程教學過程中除教師為學生提供指導之外，部分課程還引入了社會專家給予協(xié)作。另外，技術為STEM 課程的順利開展提供了有效支持;③STEM課程教學成果最終為生成成品。

以“噪音探測器”課例為例，介紹最具代表性的教學方式——“基于項目的學習”在STEM 課程教學中的應用，內(nèi)容如圖1 所示。

這個課例整合了科學、工程、技術與藝術等學科知識，以現(xiàn)實生活中的問題情境為主題，帶領學生認識與探討聲音，培養(yǎng)學生的發(fā)現(xiàn)力、質(zhì)疑力、創(chuàng)造力，展開一個產(chǎn)品模型設計的項目式教學STEM 課程。課堂教學中，強調(diào)師生間的雙向互動，強調(diào)“以項目為主線、學生為主體、教師為主導”。項目完成后，進行交流分享，充分培養(yǎng)學生的合作交流能力以及自我展示能力。

4.2.4 教學與學習支撐

STEM 課程具有跨學科的特性，并且強調(diào)在真實情境中培養(yǎng)學生解決現(xiàn)實問題的能力，因而在教學過程中給予相應的教學支持是必不可少的。本研究以“風暴警報”課程為例展開分析，具體內(nèi)容如表2 所示。

圖1 “噪音探測器”課例的項目設計模式

表2 “風暴警報”教學支持

不管哪一類型的STEM 課程都需要提供多種教學支持，而教學支持的類型也是多種多樣的。教師可以依據(jù)課程需要自由選取，旨在更好的激發(fā)學生的探究熱情，解決教學過程中遇到的各種問題。為了課堂教學高效進行，教師要提前準備好教案，做好相應的資源、技術支持準備。

4.2.5 課程評價

由于STEM 課程是跨學科的課程，沒有完全統(tǒng)一的課程標準，因而課程設計題材與開展形式也多種多樣，不同的STEM 課程應該根據(jù)實際需要制定評價標準［5－6］。本研究以“向工程‘奔跑’”、“項目式智能造物”為例，進行評價方式分析，具體內(nèi)容如表3 所示。STEM 課程教學評價的評價內(nèi)容主要包括:①學生知識的獲得，包括多個學科領域的知識，主要是通過提問、陳述、測驗等形式進行; ②學生能力的達成，包括發(fā)現(xiàn)、觀察、分析、動手操作、創(chuàng)新思維等各方面的能力，主要通過學生自我評估、小組評估、開放性問題、作品完成效果評估等形式進行。

STEM 課程教學評價包含多個維度，涉及多種方式，最終作用是為了檢測教師的課堂教學是否達到預期效果，學生是否掌握了知識，綜合能力是否獲得提升，課程設計是否合理以及有哪些需要完善的地方。

表3 STEM 課程評價分析

5 研究結(jié)論

目前我國的STEM 教育已經(jīng)取得了一定成效，STEM 教育理念為中小學信息技術課程、校本課程等的教學提供了更多的途徑與方法，值得深入研究。在推廣與實踐過程中要緊密結(jié)合教學實際，從課程教學著手，立足于課程設計，充分考慮課程設計的幾個基本要素，全方位進行考量，以學生核心素養(yǎng)的培養(yǎng)、提升為目標，進行科學合理的課程設計。