普通高中“嵌入式”STEM項(xiàng)目 開發(fā)與實(shí)施策略

巫雪琴 王泰山

【摘 要】針對(duì)國(guó)內(nèi)基礎(chǔ)教育階段STEM教育研究缺乏、師資缺乏、項(xiàng)目缺乏的情況，以及盲目炫技、一窩蜂跟進(jìn)的現(xiàn)狀，本文結(jié)合近幾年STEM教育探索經(jīng)驗(yàn)，闡述在目前階段開發(fā)“嵌入式”STEM項(xiàng)目的必要性與實(shí)施的可行性，介紹“嵌入式”STEM項(xiàng)目開發(fā)與設(shè)施策略。

【關(guān)鍵詞】STEM教育；“嵌入式”STEM項(xiàng)目；設(shè)計(jì)與開發(fā)；實(shí)施

【中圖分類號(hào)】 G434 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A

【論文編號(hào)】1671-7384（2019）01-064-05

STEM教育致力于學(xué)科知識(shí)的整合，以培養(yǎng)具有科學(xué)素養(yǎng)、技術(shù)素養(yǎng)、工程素養(yǎng)和數(shù)學(xué)素養(yǎng)，綜合運(yùn)用多學(xué)科知識(shí)解決實(shí)際問題的復(fù)合型創(chuàng)新人才為目標(biāo)[1]?？v觀國(guó)外的STEM教育，除了STEM特色學(xué)校外一般是融合在學(xué)科教學(xué)中的，體現(xiàn)為多個(gè)學(xué)科的教師互相協(xié)作。還有一種非常重要的角度看待STEM，即在K12階段，STEM也應(yīng)被當(dāng)成一種教學(xué)法[2]。再分析我國(guó)目前STEM教育的實(shí)施情況，STEM項(xiàng)目與基礎(chǔ)學(xué)科目前存在三種關(guān)系，一是STEM教育邊緣化，二是STEM教育學(xué)科化，三是STEM教育理念融入學(xué)科。STEM教育在學(xué)校里大部分存在被邊緣化的情況，行政部門也有意向由上而下推進(jìn)學(xué)科化，但在目前階段即使學(xué)科化，只要沒有納入升學(xué)系列，在基礎(chǔ)教育階段尤其是在普通高中的大部分學(xué)校都會(huì)遭受“束之高閣”的境遇，難以真正實(shí)施。因此，STEM項(xiàng)目的開發(fā)首先必須關(guān)注實(shí)施問題，關(guān)注由誰實(shí)施、能不能實(shí)施、愿不愿實(shí)施等一系列問題，不能一味追求高大上。項(xiàng)目?jī)?nèi)容需要接“地氣”，需要考慮實(shí)施的可行性與普適性。

所謂“嵌入式”STEM項(xiàng)目，從開發(fā)的角度看，是指通過梳理和整合原有的基礎(chǔ)型、拓展型以及研究型課程的相關(guān)內(nèi)容，發(fā)現(xiàn)其中STEM項(xiàng)目的生長(zhǎng)點(diǎn)。再由生長(zhǎng)點(diǎn)出發(fā)，融合多學(xué)科知識(shí)，以解決實(shí)際問題為指向?！扒度胧健盨TEM項(xiàng)目?jī)?nèi)容雖然融合多學(xué)科知識(shí)，但是與現(xiàn)有課程體系中的某門學(xué)科有比較明確的交接點(diǎn)，執(zhí)行者非常明確，可以解決實(shí)施者是誰的問題。

從實(shí)施的角度看，嵌入式STEM項(xiàng)目實(shí)施雖然需要融合多門學(xué)科知識(shí)，但是畢竟根系脈絡(luò)清晰，且實(shí)施者有一定的知識(shí)儲(chǔ)備，降低了實(shí)施的“門檻”，無論是教師還是學(xué)生都比較容易上手，解決了“能不能”的問題。由于 項(xiàng)目與原來的基礎(chǔ)課程有交接點(diǎn)，項(xiàng)目的實(shí)施可以比較明顯地提升學(xué)生對(duì)原有學(xué)科知識(shí)的理解水平與應(yīng)用能力，因此師生實(shí)施的積極性會(huì)比較高，可以有效解決“肯不肯”的問題。此外，“嵌入式”STEM項(xiàng)目是根據(jù)現(xiàn)有學(xué)科的知識(shí)體系開發(fā)，所以可以很好地繼承教材體系比較科學(xué)完善的優(yōu)點(diǎn)。

“嵌入式”STEM項(xiàng)目的設(shè)計(jì)與開發(fā)

STEM項(xiàng)目跨學(xué)科整合最核心、最重要的工作是項(xiàng)目或問題的選擇和設(shè)計(jì)。如果沒有良好的結(jié)構(gòu)化項(xiàng)目設(shè)計(jì)，會(huì)導(dǎo)致學(xué)習(xí)困難、效率不高、挫折感強(qiáng)、學(xué)習(xí)收獲不大等系列問題[3]。

1.組建多元化團(tuán)隊(duì)

團(tuán)隊(duì)協(xié)助的方式可以有效彌補(bǔ)STEM項(xiàng)目的跨學(xué)科性與個(gè)人專業(yè)知識(shí)局限性之間的矛盾。因此STEM項(xiàng)目開發(fā)的第一步需要組建團(tuán)隊(duì)。團(tuán)隊(duì)需要依托工作室、相關(guān)課程基地、課題、項(xiàng)目等，骨干力量由理化生、地理、數(shù)學(xué)、技術(shù)等多學(xué)科的一線教師組成，同時(shí)邀請(qǐng)學(xué)科專家加盟，以便能從理論層面給予及時(shí)指導(dǎo)。

除了基地、課題等依托，對(duì)于系列項(xiàng)目的開發(fā)，還需要建立更為穩(wěn)固的、更有針對(duì)性的協(xié)助組。以我校為例，建立校學(xué)科STEM項(xiàng)目開發(fā)工作組，每個(gè)學(xué)科可以建多個(gè)不同主攻方向的協(xié)助組，比如，針對(duì)教材的某部分、某專題。協(xié)助組采取主持人負(fù)責(zé)制，主持人確定協(xié)助組的名字、團(tuán)隊(duì)成員、主攻方向、項(xiàng)目開發(fā)與活動(dòng)開展，部分理科協(xié)助組與實(shí)驗(yàn)室配套，有針對(duì)性地配備設(shè)備。實(shí)驗(yàn)室采取誰配備誰負(fù)責(zé)的方式進(jìn)行管理，確保為項(xiàng)目服務(wù)。

2.獲取多渠道資金支持

項(xiàng)目開發(fā)與實(shí)施都需要一定的經(jīng)費(fèi)支持，經(jīng)費(fèi)除了來自課程基地、工作室、課題、項(xiàng)目外，學(xué)校方面也需要有一定的投入，此外也可以爭(zhēng)取多方社會(huì)力量如企業(yè)、社會(huì)組織的支持，采用共贏的方式進(jìn)行合作。比如，我校與本地的某公司協(xié)作，公司方運(yùn)營(yíng)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)需要活動(dòng)與項(xiàng)目的視頻資料，而視頻資料也可以免費(fèi)給開發(fā)組使用，這種互補(bǔ)有利于項(xiàng)目的開發(fā)與實(shí)施。經(jīng)費(fèi)主要用于項(xiàng)目設(shè)計(jì)與實(shí)施過程中的器材與資料的購(gòu)買、培訓(xùn)與展示活動(dòng)開展等方面。

3.確定“嵌入式”STEM項(xiàng)目的體例

通過組織專家講座、參加線上線下培訓(xùn)，提升團(tuán)隊(duì)成員STEM教育素養(yǎng)。組織團(tuán)隊(duì)從中外現(xiàn)有的經(jīng)典案例入手，從框架到內(nèi)容進(jìn)行剖析，再結(jié)合“嵌入式”STEM項(xiàng)目的特點(diǎn)來確定項(xiàng)目體例。

梳理分析了近百個(gè)美國(guó)的STEM項(xiàng)目，筆者發(fā)現(xiàn)項(xiàng)目體例一般包括項(xiàng)目介紹、基本問題、項(xiàng)目目標(biāo)、產(chǎn)品與交付成果、項(xiàng)目實(shí)施時(shí)序安排（時(shí)間線）、成果展示、項(xiàng)目反思。如果是產(chǎn)品制作，框架中還會(huì)提供所需要的材料與工具以及產(chǎn)品使用書，有些還有效果評(píng)估，體例不完全相同。每部分的具體寫法特點(diǎn)不同：項(xiàng)目介紹主要包括項(xiàng)目背景、項(xiàng)目起源以及要達(dá)成怎樣的效果。基本問題一般根據(jù)項(xiàng)目時(shí)序提出問題，在項(xiàng)目推進(jìn)中尋找到答案來呼應(yīng)前面的問題。項(xiàng)目目標(biāo)會(huì)采用“學(xué)生將知道、學(xué)生將理解、學(xué)生將能夠”這種層層深入的表示，有些類似知識(shí)目標(biāo)、能力目標(biāo)之類。

國(guó)內(nèi)的項(xiàng)目框架形式更為多元，梳理其中比較有代表性的兩種。一種分為“立項(xiàng)（創(chuàng)意、論證）、設(shè)計(jì)（剖析、方案）、實(shí)施（動(dòng)手、測(cè)試）、展示（報(bào)告、分享）”四部分，另外一種分為“問題與聚焦、調(diào)查與研究、設(shè)計(jì)與制作、展示與評(píng)價(jià)、完善與拓展”五部分。

在分析國(guó)內(nèi)外案例的基礎(chǔ)上，筆者進(jìn)一步研究STEM項(xiàng)目特點(diǎn)。專家把目前的STEM項(xiàng)目分為驗(yàn)證型、探究型、制造型、創(chuàng)造型[3]四種類型。驗(yàn)證型與探究型側(cè)重探究，制造型與創(chuàng)造型側(cè)重工程制造，此工程制造與一般制造的區(qū)別在于，其是在前期研究基礎(chǔ)上的“造”，前期的研究提升了“造”的品質(zhì)，對(duì)學(xué)生的意義重大。“嵌入式”STEM項(xiàng)目設(shè)計(jì)框架見圖1。

在具體寫作時(shí)，案例前面統(tǒng)一增加“學(xué)習(xí)目標(biāo)”，這種寫法借鑒國(guó)外STEM項(xiàng)目，結(jié)合“嵌入式”STEM項(xiàng)目特點(diǎn)在案例中增添項(xiàng)目?jī)?nèi)容與基礎(chǔ)學(xué)科知識(shí)的交接點(diǎn)的描述，也就是交代“生長(zhǎng)點(diǎn)”。項(xiàng)目結(jié)束增加師生“反思”部分。當(dāng)然，針對(duì)不同的項(xiàng)目，結(jié)構(gòu)也可以有增加或者刪減。

4.明確“嵌入式”STEM項(xiàng)目案例的設(shè)計(jì)原則

STEM項(xiàng)目案例的設(shè)計(jì)需要在了解學(xué)生年齡特征、知識(shí)儲(chǔ)備、技能水平的基礎(chǔ)上，綜合考慮實(shí)施條件、課程內(nèi)容等因素來創(chuàng)建學(xué)習(xí)情景，設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)活動(dòng)。

（1）生長(zhǎng)自教材，聚焦于生活

“嵌入式”STEM項(xiàng)目生長(zhǎng)自教材，但無論主題還是情景設(shè)置都需要與學(xué)生的生活建立緊密聯(lián)系，真實(shí)而且是學(xué)生有可能解決的實(shí)際問題，只有這樣才能更好地激發(fā)學(xué)生內(nèi)在的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)。在項(xiàng)目設(shè)計(jì)過程中，不再將重點(diǎn)放在某個(gè)特定學(xué)科或者過于關(guān)注學(xué)科界限，而是將重心放在與學(xué)生生活有密切聯(lián)系的情景設(shè)置與活動(dòng)設(shè)計(jì)上。

（2）設(shè)計(jì)與留白相結(jié)合

真實(shí)問題具有一定的復(fù)雜性和多樣性，涉及多個(gè)領(lǐng)域的認(rèn)知和技能，給學(xué)生帶來很大的認(rèn)知負(fù)荷。基礎(chǔ)教育階段的學(xué)生知識(shí)儲(chǔ)備有限，當(dāng)他們開始面對(duì)一個(gè)復(fù)雜的生活問題時(shí)，往往不知道如何下手，也不知道如何思考，可以用來進(jìn)行項(xiàng)目體驗(yàn)的時(shí)間也有限，知識(shí)遷移就更難以實(shí)現(xiàn)。所以，需要教師通過提供合適的素材和從易到難的層次性的問題進(jìn)行啟發(fā)，引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷發(fā)現(xiàn)問題、分析問題，為學(xué)習(xí)者完成項(xiàng)目指引思維路徑。提供緊密聯(lián)系的“背景經(jīng)驗(yàn)學(xué)習(xí)”活動(dòng)幫助學(xué)生了解與該問題或任務(wù)相關(guān)的科學(xué)知識(shí)和技能，幫助學(xué)生解決項(xiàng)目中問題疑問和困惑?？梢哉f，“背景經(jīng)驗(yàn)學(xué)習(xí)”活動(dòng)是教師通過教學(xué)設(shè)計(jì)幫學(xué)生搭建的學(xué)習(xí)腳手架，學(xué)生通過攀爬這些腳手架積累起來的認(rèn)知和經(jīng)驗(yàn)，有助于學(xué)生完成項(xiàng)目中真實(shí)的問題[4]。

但是在這個(gè)過程中要注意留白，在項(xiàng)目設(shè)計(jì)過程中，需要確立學(xué)生為主體的思想，從項(xiàng)目的規(guī)劃、設(shè)計(jì)到具體實(shí)施、測(cè)試、完善，各個(gè)階段的設(shè)計(jì)中都需要適時(shí)“留白”，給學(xué)生留下思考的空間以及自主探索與設(shè)計(jì)的機(jī)會(huì)。

5.關(guān)注項(xiàng)目的普適性與“嵌入式”實(shí)施的可行性

（1）科學(xué)設(shè)計(jì)，課中課后相結(jié)合

鑒于當(dāng)前普通高中的實(shí)際情況，為了確保項(xiàng)目實(shí)施的可行性，按照“嵌入式”實(shí)施來設(shè)計(jì)，就是在正常學(xué)科教學(xué)過程中實(shí)施項(xiàng)目。設(shè)計(jì)的時(shí)候課后與課中結(jié)合起來，項(xiàng)目課中實(shí)施時(shí)間安排在4～8節(jié)課為宜，需要集中展示、討論與實(shí)驗(yàn)的部分放在課中。但是有些項(xiàng)目無法壓縮，可以設(shè)計(jì)成分階段，部分“嵌入式”實(shí)施，部分放到活動(dòng)中實(shí)施，比如工程類項(xiàng)目一般實(shí)施周期比較長(zhǎng)，可以前期探索用“嵌入式”實(shí)施，后期制作放到活動(dòng)中實(shí)施。

（2）提供相關(guān)多學(xué)科知識(shí)參考

項(xiàng)目由團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)，某學(xué)科老師實(shí)施，考慮某學(xué)科教師的跨學(xué)科知識(shí)儲(chǔ)備與技能有局限，為了降低項(xiàng)目實(shí)施的門檻，設(shè)計(jì)項(xiàng)目的時(shí)候參與設(shè)計(jì)的老師須提供盡可能詳實(shí)的背景資料以供參考。

（3）活動(dòng)設(shè)計(jì)與接口預(yù)留相結(jié)合

項(xiàng)目實(shí)施預(yù)設(shè)“生長(zhǎng)點(diǎn)”?？紤]到項(xiàng)目的普適性，在項(xiàng)目設(shè)計(jì)盡可能完善的同時(shí)，部分環(huán)節(jié)給出提示或者建議，留出接口，讓不同的教師可以在項(xiàng)目實(shí)施的時(shí)候方便地加入個(gè)性化的內(nèi)容。

6.分步推進(jìn)、形成系列

分步推進(jìn)是策略，形成系列是目標(biāo)。系列項(xiàng)目菜單式列出，在實(shí)施的過程中，教師才能更為便捷地根據(jù)教學(xué)內(nèi)容與實(shí)際時(shí)機(jī)來選擇實(shí)施的項(xiàng)目。

（1）多批次梳理，挖掘生長(zhǎng)點(diǎn)

團(tuán)隊(duì)成員的STEM素養(yǎng)需要在項(xiàng)目設(shè)計(jì)與實(shí)施過程中慢慢提升起來，包括對(duì)于項(xiàng)目生長(zhǎng)點(diǎn)的挖掘能力。初步以教材為主線進(jìn)行梳理、整合挖掘生長(zhǎng)點(diǎn)，選擇其中最為明顯的生長(zhǎng)點(diǎn)，設(shè)計(jì)比較典型的項(xiàng)目。隨著項(xiàng)目的不斷開發(fā)，再不斷梳理與挖掘其他生長(zhǎng)點(diǎn)。

（2）示范先行，做中學(xué)

萬事開頭難，所以需要鼓勵(lì)骨干教師先行。團(tuán)隊(duì)骨干結(jié)合個(gè)人興趣選擇一個(gè)比較方便拓展與實(shí)施的生長(zhǎng)點(diǎn)。自己作為項(xiàng)目主要設(shè)計(jì)與負(fù)責(zé)人外，其他相關(guān)學(xué)科教師加盟協(xié)助，作為共同開發(fā)者。團(tuán)隊(duì)骨干作為主設(shè)計(jì)者，首先設(shè)計(jì)出項(xiàng)目的主體框架，協(xié)助者從本學(xué)科的角度出發(fā)進(jìn)行完善。文本協(xié)作開發(fā)可以選擇“一起寫”或者“騰訊文檔”等網(wǎng)絡(luò)在線文檔工具，用來提升工作效率。

開發(fā)的同時(shí)也要嘗試實(shí)施，線上同步展示開發(fā)與實(shí)施過程，線下組織活動(dòng)展示項(xiàng)目部分環(huán)節(jié)。團(tuán)隊(duì)成員共同參與，并且提出修改與改進(jìn)意見，多次修改后獲得團(tuán)隊(duì)認(rèn)可的項(xiàng)目案例作為開發(fā)范式。示范項(xiàng)目打造的過程也是團(tuán)隊(duì)STEM素養(yǎng)整體提升的過程。

（3）以協(xié)作組為單位，全員跟進(jìn)

在前期示范的基礎(chǔ)上，各協(xié)作組主持人根據(jù)本組研究的重點(diǎn)進(jìn)行組內(nèi)分工，對(duì)本組成員做出要求，所有成員參與項(xiàng)目的設(shè)計(jì)與實(shí)施。開發(fā)也分多輪進(jìn)行，起始階段，根據(jù)個(gè)人興趣選擇團(tuán)隊(duì)成員最感興趣的點(diǎn)進(jìn)行開發(fā)。隨著團(tuán)隊(duì)教師開發(fā)與實(shí)施水平的提高，進(jìn)一步梳理與整合，繼續(xù)開發(fā)以便形成系列。

“嵌入式”STEM項(xiàng)目的實(shí)施

STEM教育的實(shí)施是一個(gè)系統(tǒng)性工程，在具體實(shí)施時(shí)需要考慮校情、學(xué)情等多種因素?？梢杂袑ｉT的校本項(xiàng)目實(shí)施時(shí)間，也可以是假期活動(dòng)時(shí)間?！扒度胧健盨TEM項(xiàng)目由于具有體量小、與學(xué)科教學(xué)相聯(lián)系等特點(diǎn)，可以比較便捷地“擠”入正常教學(xué)中，是“生命力”相對(duì)頑強(qiáng)的項(xiàng)目。為了確保項(xiàng)目實(shí)施的效果，要注意以下幾點(diǎn)。

一是體現(xiàn)以學(xué)生為主體，鼓勵(lì)小組協(xié)作?！扒度胧健盨TEM項(xiàng)目案例設(shè)計(jì)比較詳盡，但是在真正實(shí)施的時(shí)候，需要根據(jù)學(xué)生的特點(diǎn)，進(jìn)行二次設(shè)計(jì)，盡可能地讓學(xué)生動(dòng)起來，體現(xiàn)學(xué)生在項(xiàng)目實(shí)施過程中的主體性。協(xié)作性是STEM項(xiàng)目的一個(gè)特點(diǎn)，項(xiàng)目的實(shí)施需要小組團(tuán)隊(duì)協(xié)作，學(xué)生在協(xié)作的過程中可以增強(qiáng)領(lǐng)導(dǎo)力、團(tuán)隊(duì)意識(shí)。

二是依托報(bào)告文本銜接課中與課后?！扒度胧健盨TEM項(xiàng)目需要利用正常教學(xué)的時(shí)間，分成課中與課后“見縫插針”地實(shí)施。課中與課后的內(nèi)容如何銜接？可以通過強(qiáng)化項(xiàng)目實(shí)施不同階段的調(diào)查報(bào)告、實(shí)驗(yàn)報(bào)告、研究報(bào)告、產(chǎn)品報(bào)告、成果報(bào)告的撰寫。用文本的方式來記錄課后方案的設(shè)計(jì)、項(xiàng)目的實(shí)施過程，資料與成果梳理。建議將集中討論、展示、實(shí)驗(yàn)之類的環(huán)節(jié)放在課中。

三是關(guān)注集中交流與展示。交流與展示是學(xué)生口頭表達(dá)能力、文字表達(dá)能力以及元認(rèn)知得到提升的有效環(huán)節(jié)[5]。在交流與展示過程中，學(xué)生相互啟迪、相互激勵(lì)，他們的主題得以明確、方案得以完善、成果得以認(rèn)可，由此而產(chǎn)生的認(rèn)同感與成就感對(duì)于學(xué)生個(gè)人成長(zhǎng)與能力提升的意義重大，同時(shí)也將極大地推動(dòng)項(xiàng)目的實(shí)施。而不同階段的集中討論與展示作為一個(gè)節(jié)點(diǎn)起到控制項(xiàng)目實(shí)施進(jìn)程的作用。展示的方式部分規(guī)定統(tǒng)一形式，部分可以開放，鼓勵(lì)學(xué)生選擇多種方式展示，如包括海報(bào)、PPT、微信、視頻等。

四是關(guān)注評(píng)價(jià)量規(guī)的設(shè)計(jì)。評(píng)價(jià)量規(guī)的設(shè)計(jì)建議放在項(xiàng)目正式開始之前，在設(shè)計(jì)方案預(yù)設(shè)的基礎(chǔ)上，由學(xué)生和教師共同細(xì)化，為學(xué)生個(gè)人或者團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)達(dá)到怎樣的表現(xiàn)期望提供明確的標(biāo)準(zhǔn)[6] 。量規(guī)制定的過程也是共同行為準(zhǔn)則的形成過程，對(duì)“產(chǎn)品”規(guī)格統(tǒng)一要求的過程。多維度、多主體的評(píng)價(jià)不僅能更加公正客觀地反映學(xué)生的學(xué)習(xí)情況和發(fā)展水平，同時(shí)也為下一階段的學(xué)習(xí)提供相應(yīng)的幫助。

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