跨學(xué)科整合型STEM課程開發(fā)案例研究及啟示

楊彥軍 饒菲菲

[摘? ?要] 隨著STEM教育理念的不斷發(fā)展，開發(fā)跨學(xué)科整合型STEM課程已成為當(dāng)務(wù)之急。為促進(jìn)我國(guó)整合型STEM課程開發(fā)，本研究以美國(guó)亞利桑那州立大學(xué)火星教育項(xiàng)目的跨學(xué)科整合型STEM課程為例進(jìn)行案例研究，在詳細(xì)介紹其課程整體結(jié)構(gòu)、課程教學(xué)活動(dòng)實(shí)施流程的基礎(chǔ)上，從教學(xué)策略和課程開發(fā)策略兩個(gè)方面出發(fā)來(lái)分析總結(jié)該STEM課程的特點(diǎn)。研究發(fā)現(xiàn)：該課程在教學(xué)策略方面，具有基于5E教學(xué)模式注重學(xué)生活動(dòng)體驗(yàn)、以真實(shí)問(wèn)題為載體實(shí)現(xiàn)跨學(xué)科整合、采用基于問(wèn)題和項(xiàng)目的學(xué)習(xí)方式、提供豐富的學(xué)習(xí)支架促進(jìn)深度學(xué)習(xí)、將STEM素養(yǎng)培養(yǎng)目標(biāo)落實(shí)到具體教學(xué)活動(dòng)中的特點(diǎn);在課程開發(fā)策略方面，具有高校與社會(huì)科研機(jī)構(gòu)合作開發(fā)、學(xué)習(xí)成果與國(guó)家課程標(biāo)準(zhǔn)和21世紀(jì)技能相對(duì)應(yīng)、基于安德森教育目標(biāo)分類學(xué)確定教學(xué)目標(biāo)、課程教學(xué)活動(dòng)設(shè)計(jì)方案翔實(shí)可操作、整合多種真實(shí)科研資源支持課程實(shí)施等特點(diǎn)。在此基礎(chǔ)上，提出對(duì)我國(guó)推進(jìn)跨學(xué)科整合型STEM課程建設(shè)的發(fā)展建議，即加強(qiáng)國(guó)家頂層設(shè)計(jì)以構(gòu)建STEM課程建設(shè)共同體、完善STEM課程標(biāo)準(zhǔn)體系以落實(shí)STEM素養(yǎng)培養(yǎng)、加強(qiáng)STEM課程開發(fā)理論研究以指導(dǎo)課程開發(fā)實(shí)踐、開發(fā)典型課程案例以普及整合型STEM課程理念以及革新STEM課程教學(xué)模式以培養(yǎng)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)型人才。

[關(guān)鍵詞] STEM教育; STEM課程; 跨學(xué)科整合; 5E教學(xué)模式

[中圖分類號(hào)] G434? ? ? ? ? ? [文獻(xiàn)標(biāo)志碼] A

[作者簡(jiǎn)介] 楊彥軍（1981—），男，甘肅天水人。副教授，博士，主要從事信息技術(shù)與教育等方面的研究。E-mail：ts.yyj@126.com。

一、引? ?言

隨著人類社會(huì)進(jìn)入“互聯(lián)網(wǎng)+”時(shí)代，人工智能、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、區(qū)塊鏈等現(xiàn)代信息技術(shù)快速發(fā)展并在社會(huì)各領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，傳統(tǒng)社會(huì)中大量勞動(dòng)密集型的常規(guī)任務(wù)早已由各種自動(dòng)化機(jī)器完成，部分常規(guī)型認(rèn)知任務(wù)也正逐漸被人工智能取代。在高度智能化的社會(huì)中需要由人完成的認(rèn)知任務(wù)日益復(fù)雜多變，這就對(duì)未來(lái)社會(huì)勞動(dòng)力提出了新的要求。為此，許多國(guó)家和國(guó)際組織紛紛制定并發(fā)布了面向未來(lái)的關(guān)鍵能力框架。例如：聯(lián)合國(guó)教科文組織逐漸完善形成的終身學(xué)習(xí)“五大支柱”核心素養(yǎng)框架、經(jīng)濟(jì)合作組織提出的DeSeCo核心素養(yǎng)框架、歐盟提出的終身學(xué)習(xí)核心素養(yǎng)框架、美國(guó)21世紀(jì)技能合作組織發(fā)布的“21世紀(jì)技能框架”[1]、北京師范大學(xué)發(fā)布的中華人民共和國(guó)教育部委托研究課題成果《中國(guó)學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)》等。這些核心素養(yǎng)框架大都強(qiáng)調(diào)學(xué)生批判性思維、溝通協(xié)作、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)、信息技術(shù)等能力的培養(yǎng)。研究表明，有“元學(xué)科”之稱的STEM教育能夠在夯實(shí)科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)等多學(xué)科知識(shí)的基礎(chǔ)上，提高學(xué)生以跨學(xué)科的新思維、新方法解決復(fù)雜問(wèn)題的綜合能力[2]，這與21世紀(jì)技能和核心素養(yǎng)教育的訴求不謀而合。因此，世界各國(guó)將STEM教育作為推進(jìn)課程教學(xué)改革和創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的重要戰(zhàn)略。STEM已經(jīng)由最初代表科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)四個(gè)獨(dú)立學(xué)科領(lǐng)域的術(shù)語(yǔ)，發(fā)展到一種基于多學(xué)科交叉融合方式培養(yǎng)復(fù)合創(chuàng)新型人才的教育理念，由側(cè)重?cái)?shù)學(xué)和科學(xué)教育整合，逐漸轉(zhuǎn)向重視科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)、藝術(shù)和計(jì)算機(jī)等學(xué)科的融合教育。在STEM課程實(shí)施模式方面，美國(guó)馬里蘭州立大學(xué)的赫希巴奇（Herschbach D. R.）將STEM課程的實(shí)施模式分為關(guān)聯(lián)課程模式（The Correlated Curriculum）和廣域課程模式（The Broad Fields Curriculum）[3]。其中，廣域課程模式打破學(xué)科界限，將科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)等內(nèi)容整合到一起，形成一個(gè)結(jié)構(gòu)化的課程結(jié)構(gòu)[4]。廣域課程也經(jīng)常稱為跨學(xué)科整合型課程，是目前廣泛研究和應(yīng)用的一種課程模式。我國(guó)近幾年頒布的一些教育政策也強(qiáng)調(diào)了STEM教育跨學(xué)科整合的重要性。因此，開發(fā)跨學(xué)科整合型STEM課程已成為深入推進(jìn)STEM教育研究與實(shí)踐的當(dāng)務(wù)之急。

二、我國(guó)整合型STEM課程開發(fā)研究現(xiàn)狀

目前，我國(guó)整合型STEM課程開發(fā)大都集中在3D打印、機(jī)器人、可視化編程、科學(xué)小制作、小發(fā)明等方面，主要以綜合實(shí)踐課或創(chuàng)客活動(dòng)的形式實(shí)施，在一定程度上注重學(xué)生的主動(dòng)參與和體驗(yàn)，強(qiáng)調(diào)了學(xué)生的主體地位以及多學(xué)科知識(shí)的學(xué)習(xí)和運(yùn)用，但也存在不少問(wèn)題。由于目前沒(méi)有形成系統(tǒng)健全的課程標(biāo)準(zhǔn)、課程期望不明確，在課程目標(biāo)的設(shè)置上缺乏科學(xué)的理論依據(jù)，可能導(dǎo)致教師在具體的教學(xué)過(guò)程中呈現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)隨意且教學(xué)效果難以評(píng)價(jià)的問(wèn)題;對(duì)STEM理念的認(rèn)識(shí)不足，現(xiàn)有的STEM課程設(shè)計(jì)只重視外在教學(xué)形式上的整合，而忽略跨學(xué)科知識(shí)、核心概念和能力的滲透，難以促進(jìn)學(xué)生深度學(xué)習(xí)、實(shí)現(xiàn)高階思維能力發(fā)展;STEM課程開發(fā)呈現(xiàn)零散狀態(tài)，缺少社會(huì)多方面力量的合作與支持，各個(gè)學(xué)校使用或開發(fā)的STEM 課程大多是校本課程，內(nèi)容各不相同，還沒(méi)有形成一套系統(tǒng)銜接各個(gè)學(xué)段的中小學(xué)STEM課程體系。

美國(guó)亞利桑那州立大學(xué)（ASU）和美國(guó)宇航局噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室（JPL）合作開發(fā)的火星教育項(xiàng)目——基于《下一代科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)》（Next Generation Science Standards）的STEM課程（以下簡(jiǎn)稱“火星教育項(xiàng)目STEM課程”）是在教育實(shí)踐中取得巨大成功的整合型課程經(jīng)典案例。因此，本研究以該項(xiàng)目STEM課程為例，對(duì)其課程整體結(jié)構(gòu)、課程教學(xué)活動(dòng)實(shí)施流程、課程教學(xué)策略和課程開發(fā)策略進(jìn)行詳細(xì)分析，以期為我國(guó)開發(fā)跨學(xué)科整合型STEM課程提供借鑒和啟發(fā)。

三、火星教育項(xiàng)目STEM課程介紹

為了深入了解火星教育項(xiàng)目STEM課程的特點(diǎn)，需要對(duì)其課程結(jié)構(gòu)及教學(xué)活動(dòng)設(shè)計(jì)進(jìn)行細(xì)致地分析。這是因?yàn)檎n程結(jié)構(gòu)反映著課程知識(shí)的組織及其相互關(guān)系[5]，是教育目標(biāo)轉(zhuǎn)化為教育服務(wù)的紐帶，是課程開發(fā)者教育理念的載體[6]。教學(xué)活動(dòng)設(shè)計(jì)是對(duì)課堂教學(xué)過(guò)程中師生教與學(xué)活動(dòng)的預(yù)設(shè)和安排，是課堂教學(xué)活動(dòng)實(shí)施的藍(lán)圖，能夠體現(xiàn)課程開發(fā)者的教學(xué)思想。

（一）火星教育項(xiàng)目STEM課程結(jié)構(gòu)

火星教育項(xiàng)目致力于開發(fā)系統(tǒng)的STEM教育解決方案，鼓勵(lì)教育工作者和學(xué)生在現(xiàn)實(shí)或模擬的環(huán)境中參與體驗(yàn)美國(guó)宇航局（NASA）專業(yè)的科學(xué)研究和工程技術(shù)活動(dòng)，是一種真實(shí)的、實(shí)踐的、探究式的課程。根據(jù)NASA真實(shí)火星探測(cè)項(xiàng)目過(guò)程中需要開展的科學(xué)研究和工程實(shí)踐活動(dòng)，火星教育項(xiàng)目STEM課程內(nèi)容劃分為“概念建模”“工程”“我們?nèi)绾翁剿鳌薄翱茖W(xué)研究”四個(gè)領(lǐng)域，每個(gè)領(lǐng)域由一系列主題課程組成，形成了一個(gè)覆蓋 K-12年級(jí)的課程計(jì)劃，見表1。整個(gè)課程圍繞學(xué)科核心概念進(jìn)行跨學(xué)科整合設(shè)計(jì)，根據(jù)學(xué)生的認(rèn)知水平呈現(xiàn)逐漸深入、螺旋上升的框架結(jié)構(gòu)，每門課程針對(duì)不同的教學(xué)對(duì)象設(shè)定了不同的教學(xué)目標(biāo)并開發(fā)了相應(yīng)的教學(xué)活動(dòng)方案。

（二）火星教育項(xiàng)目STEM課程教學(xué)活動(dòng)設(shè)計(jì)

火星教育項(xiàng)目STEM課程的教學(xué)活動(dòng)是基于5E教學(xué)模式設(shè)計(jì)的，包括參與、探索、解釋、遷移、評(píng)估和拓展環(huán)節(jié)。下面以火星教育項(xiàng)目STEM課程中 “在太陽(yáng)系中尋找生命”這一代表性的專題課程為例，介紹其面向中學(xué)（MS）的課程教學(xué)活動(dòng)具體實(shí)施流程。

1. 參與環(huán)節(jié)

本環(huán)節(jié)的主要目標(biāo)是創(chuàng)設(shè)任務(wù)規(guī)劃的情境。教師首先通過(guò)提供墻報(bào)或閱讀材料的方式，向?qū)W生簡(jiǎn)要解釋類似系統(tǒng)、系統(tǒng)模型、科學(xué)本質(zhì)等跨學(xué)科概念的內(nèi)涵和工程實(shí)踐的常規(guī)工作。其次，通過(guò)朗讀指導(dǎo)語(yǔ)的方式為學(xué)生創(chuàng)設(shè)在太陽(yáng)系中尋找生命的任務(wù)情境。接著，通過(guò)討論“我們?cè)谔罩袑ふ沂裁础薄拔覀兊奶剿骰顒?dòng)需要回答什么主要問(wèn)題”等問(wèn)題引發(fā)學(xué)生思考，明確項(xiàng)目目標(biāo)與任務(wù)。然后，引導(dǎo)學(xué)生討論“如何對(duì)生物與非生物進(jìn)行界定”“生命體的特征是什么”等問(wèn)題，并讓學(xué)生在延伸學(xué)習(xí)“它是生命嗎？”這一微課程的過(guò)程中體驗(yàn)通過(guò)探索研究發(fā)現(xiàn)生物特征的歷程。最后，教師向?qū)W生解釋接下來(lái)將采用玩牌模擬的方式來(lái)設(shè)計(jì)一個(gè)在太陽(yáng)系中尋找生命的任務(wù)，并讓學(xué)生填寫前概念調(diào)查單以確認(rèn)學(xué)生當(dāng)前對(duì)任務(wù)規(guī)劃和工程限制的理解，作為后續(xù)教學(xué)效果評(píng)價(jià)的依據(jù)。

2. 探索環(huán)節(jié)

本環(huán)節(jié)的主要目標(biāo)是確定一個(gè)需要進(jìn)行技術(shù)設(shè)計(jì)的目標(biāo)。第一個(gè)活動(dòng)是了解NASA天體生物學(xué)研究所的工作。首先，教師與學(xué)生圍繞“生命是如何開始和進(jìn)化的”等幾個(gè)基本問(wèn)題的討論，了解NASA天體生物學(xué)研究所的研究目標(biāo)。接著和學(xué)生討論一些關(guān)鍵詞（如能量、生命信號(hào)）的含義以輔助學(xué)生后續(xù)學(xué)習(xí)。最后，讓學(xué)生在完成“極端微生物”微課程的過(guò)程中了解通過(guò)探索研究發(fā)現(xiàn)各類生物體及其分布的過(guò)程。第二個(gè)活動(dòng)是區(qū)分科學(xué)的任務(wù)目標(biāo)和技術(shù)解決方案。首先，教師告訴學(xué)生科學(xué)家經(jīng)常會(huì)為任務(wù)選擇一個(gè)科學(xué)目標(biāo)，然后讓學(xué)生小組討論他們可能的科學(xué)目標(biāo)并最終確定一個(gè)合適的技術(shù)設(shè)計(jì)任務(wù)目標(biāo)，進(jìn)而調(diào)查研究什么是生物特征以及選擇駕駛哪種航天器執(zhí)行尋找生命的任務(wù)。第三個(gè)活動(dòng)是設(shè)計(jì)一個(gè)技術(shù)解決方案。學(xué)生小組合作設(shè)計(jì)用于完成火星探索任務(wù)的實(shí)用航天器，航天器的設(shè)計(jì)可以采用卡片模擬的方式進(jìn)行。該教育項(xiàng)目提供的交易卡上展示了每一個(gè)航天器的典型系統(tǒng)，并且每張卡片上都提供了有關(guān)這一特定硬件的使用功能及其本身所存在的缺陷的相關(guān)信息，學(xué)生可以根據(jù)他們的科學(xué)目標(biāo)選擇合適的卡片來(lái)組裝、設(shè)計(jì)航天器。

3. 解釋環(huán)節(jié)

本環(huán)節(jié)的主要目標(biāo)是分析技術(shù)設(shè)計(jì)過(guò)程中的約束條件。第一個(gè)活動(dòng)關(guān)注的是工程約束的概念。首先，讓學(xué)生確定他們?cè)谶M(jìn)行工程設(shè)計(jì)時(shí)具體經(jīng)歷了工程設(shè)計(jì)周期的哪些環(huán)節(jié)，同時(shí)舉例說(shuō)明，并把每個(gè)例子寫在“工程設(shè)計(jì)周期”學(xué)習(xí)任務(wù)單上。接著，讓學(xué)生思考以下問(wèn)題：影響任務(wù)完成的限制條件、團(tuán)隊(duì)如何解決問(wèn)題以及如何測(cè)試解決方案。第二個(gè)活動(dòng)是學(xué)生分享他們?cè)诠こ淘O(shè)計(jì)過(guò)程中遇到的約束事項(xiàng)以及相應(yīng)的調(diào)整方案。首先，學(xué)生批判性地傾聽同伴的解釋，匯報(bào)他們自己的解決方案，并質(zhì)疑其他人的解釋。然后，在班級(jí)共享后，花幾分鐘時(shí)間討論并重申他們可能提到的一些約束事項(xiàng)并突出強(qiáng)調(diào)那些被忽視的約束事項(xiàng)。第三個(gè)活動(dòng)是把學(xué)生分組開展討論。首先，分發(fā)關(guān)于科學(xué)和工程實(shí)踐、跨學(xué)科概念、科學(xué)的本質(zhì)的相關(guān)材料，小組討論10～15分鐘。接著，小組與全班分享他們對(duì)科學(xué)本質(zhì)和實(shí)踐的理解并陳述理由，由教師在黑板上記錄每個(gè)組的討論結(jié)果。

4. 遷移環(huán)節(jié)

本環(huán)節(jié)的主要目標(biāo)是促使學(xué)生將技術(shù)設(shè)計(jì)技能應(yīng)用于新的問(wèn)題解決過(guò)程。從兩個(gè)任務(wù)中任選其一完成：任務(wù)一是讓團(tuán)隊(duì)之間交換任務(wù)方案進(jìn)行互評(píng)，即每個(gè)任務(wù)組將自己的任務(wù)方案與另外一個(gè)小組交換，由對(duì)方作為評(píng)估組對(duì)任務(wù)組方案中的科學(xué)目標(biāo)、工程目的、約束條件等進(jìn)行評(píng)估，并給出改進(jìn)建議;任務(wù)二是重新運(yùn)行模擬并設(shè)計(jì)一個(gè)火星取樣返回任務(wù)，任務(wù)可以是地表取樣返回或軌道取樣返回。

5. 評(píng)估環(huán)節(jié)

本環(huán)節(jié)的主要目標(biāo)是評(píng)價(jià)學(xué)生解決工程問(wèn)題的能力變化情況。評(píng)估活動(dòng)主要通過(guò)調(diào)查學(xué)生學(xué)習(xí)后對(duì)相關(guān)科學(xué)概念的理解情況，如回答諸如“你認(rèn)為尋找生命任務(wù)計(jì)劃最困難的部分？解釋你這么認(rèn)為的原因。”等問(wèn)題，或者讓學(xué)生對(duì)照前科學(xué)概念調(diào)查結(jié)果，比較其對(duì)相關(guān)概念理解的前后變化情況，并分析其原因。評(píng)估活動(dòng)也可能采用基于《下一代科學(xué)標(biāo)準(zhǔn)》的評(píng)價(jià)量規(guī)進(jìn)行形成性和總結(jié)性評(píng)估，允許學(xué)生在教學(xué)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)并改進(jìn)他們學(xué)習(xí)中的錯(cuò)誤。

6. 拓展環(huán)節(jié)

本環(huán)節(jié)的主要目標(biāo)是讓學(xué)生繼續(xù)進(jìn)行遷移訓(xùn)練或完成項(xiàng)目的后續(xù)科學(xué)探索工作。任務(wù)一是讓學(xué)生完成前面遷移環(huán)節(jié)中的另外一個(gè)任務(wù);任務(wù)二是讓學(xué)生提交一份正式的項(xiàng)目申報(bào)書，為他們的任務(wù)方案爭(zhēng)取額外的資助，并提供了申報(bào)書樣例。

四、火星教育項(xiàng)目STEM課程的特點(diǎn)

通過(guò)上面對(duì)課程結(jié)構(gòu)和教學(xué)活動(dòng)設(shè)計(jì)的詳細(xì)分析可以發(fā)現(xiàn)，火星教育項(xiàng)目STEM課程有許多值得學(xué)習(xí)借鑒的地方，可以從其教學(xué)策略和課程開發(fā)策略兩個(gè)方面來(lái)分析其特點(diǎn)。

（一）火星教育項(xiàng)目STEM課程的教學(xué)策略分析

教學(xué)策略是為完成教學(xué)目標(biāo)和適應(yīng)學(xué)生認(rèn)知規(guī)律而制定的教學(xué)程序和采取的教學(xué)實(shí)踐措施。通過(guò)對(duì)火星教育項(xiàng)目STEM課程結(jié)構(gòu)及教學(xué)活動(dòng)的細(xì)致分析可以發(fā)現(xiàn)，該課程的主要教學(xué)策略包括基于5E教學(xué)模式注重學(xué)生活動(dòng)體驗(yàn)、以真實(shí)問(wèn)題為載體實(shí)現(xiàn)跨學(xué)科整合、采用基于問(wèn)題或基于項(xiàng)目的學(xué)習(xí)方式、提供豐富的學(xué)習(xí)支架以促進(jìn)深度學(xué)習(xí)和將STEM素養(yǎng)培養(yǎng)目標(biāo)落實(shí)到具體教學(xué)活動(dòng)中等。

1. 基于5E教學(xué)模式注重學(xué)生活動(dòng)體驗(yàn)

火星教育項(xiàng)目STEM課程每堂課的教學(xué)都采用基于概念轉(zhuǎn)變理論的5E教學(xué)模式。5E教學(xué)模式最初是為美國(guó)生物學(xué)課程教學(xué)開發(fā)的，目前是科學(xué)教育中常用的一種教學(xué)模式，它將教與學(xué)的過(guò)程劃分為五個(gè)環(huán)節(jié)：參與、探索、解釋、遷移和評(píng)估。參與環(huán)節(jié)是一種傳統(tǒng)的熱身活動(dòng)，由教師提出一些現(xiàn)實(shí)生活中的問(wèn)題，創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境，以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)、了解學(xué)生的先驗(yàn)知識(shí)。在探索環(huán)節(jié)，教師起指導(dǎo)和推動(dòng)作用，利用各種學(xué)習(xí)支架輔助學(xué)生自主探究，加深理解，挑戰(zhàn)現(xiàn)有的偏見和誤解，提供替代性解釋幫助學(xué)生形成新圖式。在解釋環(huán)節(jié)，學(xué)生交流分享學(xué)到的東西，用自己的理解闡釋他們對(duì)概念的認(rèn)知，說(shuō)明最初的概念轉(zhuǎn)變。在遷移環(huán)節(jié)，給學(xué)生提供機(jī)會(huì)將他們新發(fā)現(xiàn)的知識(shí)應(yīng)用到新的情境中，并支持新圖式的強(qiáng)化或轉(zhuǎn)移。最后，在評(píng)估階段，學(xué)生可以利用反思表等對(duì)自身進(jìn)行形成性和總結(jié)性評(píng)估，教師可以利用相關(guān)評(píng)價(jià)量規(guī)評(píng)估學(xué)生的學(xué)習(xí)效果和自身的教學(xué)效果。在這種教學(xué)模式中，學(xué)生全程參與探究過(guò)程，通過(guò)體驗(yàn)不同環(huán)節(jié)的學(xué)習(xí)活動(dòng)完成相應(yīng)的任務(wù)和問(wèn)題來(lái)全面理解和掌握科學(xué)和工程實(shí)踐、學(xué)科核心概念、科學(xué)方法和科學(xué)本質(zhì)[8]。

2. 以真實(shí)問(wèn)題為載體實(shí)現(xiàn)跨學(xué)科整合

在火星教育項(xiàng)目STEM課程體系中，每個(gè)教學(xué)計(jì)劃的開頭都有依據(jù)《下一代科學(xué)標(biāo)準(zhǔn)》設(shè)計(jì)的該課程所要解決的核心問(wèn)題和基本組成問(wèn)題，這些問(wèn)題都是基于物理科學(xué)、生命科學(xué)、地球與太空科學(xué)以及工程四大領(lǐng)域具體的學(xué)科核心概念設(shè)置的。學(xué)生通過(guò)學(xué)習(xí)這些學(xué)科核心概念，可以逐漸掌握科學(xué)領(lǐng)域中其他的知識(shí)和技能[9]。這些核心問(wèn)題和基本組成問(wèn)題貫穿整個(gè)教學(xué)過(guò)程，并在課程實(shí)施過(guò)程中將其轉(zhuǎn)化為一系列特定情境下的學(xué)習(xí)任務(wù)以及更加具體的問(wèn)題?；鹦墙逃?xiàng)目的STEM課程是以真實(shí)問(wèn)題為載體圍繞學(xué)科核心概念，通過(guò)開展一系列動(dòng)手實(shí)踐、動(dòng)腦思考的學(xué)習(xí)活動(dòng)任務(wù)，促使學(xué)生在真實(shí)情境中將科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)等多學(xué)科知識(shí)和技能進(jìn)行整合，即把分學(xué)科的知識(shí)按問(wèn)題邏輯融合在具體的實(shí)踐活動(dòng)中，從而實(shí)現(xiàn)跨學(xué)科重組。

3. 采用基于問(wèn)題和基于項(xiàng)目的學(xué)習(xí)方式

火星教育項(xiàng)目STEM課程主要采用基于問(wèn)題和項(xiàng)目?jī)煞N學(xué)習(xí)方式?；趩?wèn)題的學(xué)習(xí)是指把學(xué)生置于復(fù)雜、有意義的問(wèn)題情境中，學(xué)生合作解決真實(shí)問(wèn)題，學(xué)習(xí)隱含于問(wèn)題背后的學(xué)科知識(shí)，形成問(wèn)題解決技能和自主學(xué)習(xí)能力[10]?；陧?xiàng)目的學(xué)習(xí)是為學(xué)生提供真實(shí)的情境和特定的目標(biāo)，讓學(xué)生為項(xiàng)目負(fù)責(zé)，制定計(jì)劃，綜合運(yùn)用所學(xué)的多學(xué)科知識(shí)和技能，有效利用各種資源，解決一系列相互關(guān)聯(lián)的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題，最終以產(chǎn)品或研究報(bào)告的形式結(jié)束。這兩種學(xué)習(xí)模式之間有很多共同點(diǎn)，并且項(xiàng)目包括問(wèn)題，一些問(wèn)題在有些時(shí)間上也會(huì)變?yōu)轫?xiàng)目。但是基于項(xiàng)目的學(xué)習(xí)強(qiáng)調(diào)在活動(dòng)過(guò)程和活動(dòng)結(jié)束之后產(chǎn)生人工制品，這是其與基于問(wèn)題的學(xué)習(xí)的最大區(qū)別 [11]?；鹦墙逃?xiàng)目STEM課程的教學(xué)是由基于問(wèn)題的學(xué)習(xí)逐漸轉(zhuǎn)向基于項(xiàng)目的學(xué)習(xí)的。例如：為6—12年級(jí)設(shè)立的火星成像學(xué)生項(xiàng)目（The Mars Student Imaging Project，簡(jiǎn)稱MSIP），是一個(gè)全國(guó)性教育項(xiàng)目，它不僅強(qiáng)化了傳統(tǒng)學(xué)科知識(shí)的教學(xué)，還融入了21世紀(jì)技能的培養(yǎng)。火星成像學(xué)生項(xiàng)目通過(guò)一種沉浸式和變革性的方式，為學(xué)生進(jìn)行科學(xué)實(shí)踐提供了現(xiàn)實(shí)的支持平臺(tái)，學(xué)生可以沉浸到真實(shí)的科學(xué)研究中，承擔(dān)具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)，提出假設(shè)、確定研究問(wèn)題、開展調(diào)查研究、收集分析數(shù)據(jù)、解決問(wèn)題，并且可以與火星科學(xué)家交流、展示他們的發(fā)現(xiàn)，發(fā)布團(tuán)隊(duì)研究結(jié)果并獲得真實(shí)的反饋。

4. 提供豐富的學(xué)習(xí)支架促進(jìn)深度學(xué)習(xí)

STEM教育強(qiáng)調(diào)協(xié)作探究式的學(xué)習(xí)方式，注重復(fù)雜性學(xué)習(xí)過(guò)程中深度學(xué)習(xí)的發(fā)生。根據(jù)學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程中的實(shí)際需求提供相應(yīng)的學(xué)習(xí)支架，有利于學(xué)生解決問(wèn)題、反思學(xué)習(xí)活動(dòng)，促進(jìn)其對(duì)新知識(shí)的深入理解并能夠在新情境中進(jìn)行知識(shí)遷移。通過(guò)分析可以發(fā)現(xiàn)，該STEM課程教學(xué)中綜合運(yùn)用了多種類型的學(xué)習(xí)支架。在課堂教學(xué)參與環(huán)節(jié)，教師通過(guò)提出問(wèn)題、展示圖片和視頻等多媒體素材的形式為學(xué)生提供情境型支架，幫助學(xué)生引發(fā)思考、促進(jìn)新舊知識(shí)的碰撞，快速進(jìn)入學(xué)習(xí)狀態(tài)。在探究環(huán)節(jié)，教師為學(xué)生自主協(xié)作學(xué)習(xí)提供策略型支架和資源型支架，有利于學(xué)生協(xié)作交流確定學(xué)習(xí)目標(biāo)、建立學(xué)習(xí)任務(wù)，利用所獲得的詳細(xì)知識(shí)和操作技能來(lái)設(shè)計(jì)問(wèn)題解決方案并進(jìn)行操作驗(yàn)證。在解釋環(huán)節(jié)，主要提供交流型支架來(lái)促進(jìn)師生以及學(xué)生之間的信息交流和共享，加深學(xué)生對(duì)新概念的理解，修改已有的錯(cuò)誤觀念，發(fā)展學(xué)生的批判性思維。在遷移環(huán)節(jié)，教師提供交流型支架引導(dǎo)學(xué)生利用所學(xué)知識(shí)和技能進(jìn)行協(xié)作交流來(lái)完成新的活動(dòng)任務(wù)以增強(qiáng)學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解和運(yùn)用，拓展概念和技能，培養(yǎng)學(xué)生使用新知識(shí)解決新情境、新問(wèn)題的能力。在評(píng)價(jià)環(huán)節(jié)，提供評(píng)價(jià)型支架來(lái)評(píng)估學(xué)生學(xué)習(xí)成果，引導(dǎo)學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中對(duì)自己所掌握的知識(shí)和技能進(jìn)行反思和改進(jìn)。例如：教師提供包含開放性問(wèn)題的反思表、前概念調(diào)查表和后概念調(diào)查表來(lái)對(duì)比學(xué)生的概念認(rèn)知轉(zhuǎn)變，了解學(xué)生對(duì)知識(shí)和技能的掌握程度。

5. 將STEM素養(yǎng)培養(yǎng)目標(biāo)落實(shí)到具體教學(xué)活動(dòng)中

STEM教育的核心目標(biāo)是培養(yǎng)具備STEM素養(yǎng)的、能夠適應(yīng)未來(lái)社會(huì)創(chuàng)新工作的人才，但是如何在STEM課程教學(xué)中將STEM素養(yǎng)的培養(yǎng)落到實(shí)處是困擾國(guó)內(nèi)STEM教育實(shí)踐者的難題。美國(guó)州長(zhǎng)協(xié)會(huì)將STEM素養(yǎng)界定為個(gè)體在科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)領(lǐng)域以及相關(guān)交叉領(lǐng)域中運(yùn)用個(gè)人關(guān)于現(xiàn)實(shí)世界運(yùn)行方式的知識(shí)的能力，是科學(xué)素養(yǎng)、技術(shù)素養(yǎng)、工程素養(yǎng)和數(shù)學(xué)素養(yǎng)的綜合[12]。據(jù)此，可以將STEM素養(yǎng)的結(jié)構(gòu)在縱向上劃分為以下兩個(gè)層次：下層是STEM各相關(guān)學(xué)科知識(shí)、技能和態(tài)度的綜合，上層是基于STEM具體學(xué)科知識(shí)、技能和態(tài)度基礎(chǔ)之上的學(xué)科核心素養(yǎng)或21世紀(jì)技能。整合型STEM課程教學(xué)不但要實(shí)現(xiàn)STEM學(xué)科知識(shí)與技能的掌握，還要促進(jìn)學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)和21世紀(jì)技能的發(fā)展?；鹦墙逃?xiàng)目STEM課程巧妙地將STEM素養(yǎng)培養(yǎng)目標(biāo)落實(shí)到了具體的教學(xué)活動(dòng)中，將科學(xué)概念的學(xué)習(xí)嵌入問(wèn)題解決或項(xiàng)目設(shè)計(jì)實(shí)踐工程中，將學(xué)科核心素養(yǎng)整合到科學(xué)探索和技術(shù)設(shè)計(jì)的實(shí)踐活動(dòng)中，將21世紀(jì)技能的發(fā)展?jié)B透在教學(xué)過(guò)程的每次思考、討論等活動(dòng)中。結(jié)合前面對(duì)課程教學(xué)活動(dòng)設(shè)計(jì)的介紹，可以通過(guò)對(duì)不同環(huán)節(jié)教學(xué)活動(dòng)的設(shè)計(jì)意圖以及各教學(xué)環(huán)節(jié)涉及的部分STEM學(xué)科知識(shí)和核心素養(yǎng)的分析，更深入地了解這一特點(diǎn)，見表2。

（二）火星教育項(xiàng)目STEM課程的開發(fā)策略分析

課程開發(fā)策略是在課程開發(fā)過(guò)程中為保證課程開發(fā)質(zhì)量而采取的關(guān)鍵措施。通過(guò)對(duì)課程結(jié)構(gòu)及教學(xué)活動(dòng)設(shè)計(jì)的細(xì)致分析，可以發(fā)現(xiàn)該課程主要的開發(fā)策略包括：高校與社會(huì)科研結(jié)構(gòu)合作開發(fā)、學(xué)習(xí)成果與國(guó)家課程標(biāo)準(zhǔn)和21世紀(jì)技能相對(duì)應(yīng)、基于安德森教育目標(biāo)分類學(xué)確定教學(xué)目標(biāo)、課程教學(xué)活動(dòng)設(shè)計(jì)方案翔實(shí)可操作、整合多種真實(shí)科研資源支持課程實(shí)施等。

1. 高校與社會(huì)科研機(jī)構(gòu)合作開發(fā)

火星教育項(xiàng)目STEM課程是亞利桑那州立大學(xué)與美國(guó)宇航局噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室合作開發(fā)的，旨在為教育工作者、學(xué)生和公眾提供參與到先進(jìn)的STEM專業(yè)發(fā)展培訓(xùn)中的機(jī)會(huì)。高校與社會(huì)科研機(jī)構(gòu)的支持與合作，使得STEM課程的開發(fā)與實(shí)施有了堅(jiān)實(shí)的保障。一是，社會(huì)科研機(jī)構(gòu)可以為STEM教育開展提供模擬實(shí)驗(yàn)室、相關(guān)科研設(shè)備、最新的科研成果等豐富的教學(xué)資源，學(xué)生可體驗(yàn)從設(shè)計(jì)到開發(fā)應(yīng)用的全過(guò)程，在真實(shí)的實(shí)驗(yàn)環(huán)境中參與科學(xué)實(shí)踐。二是，高校與社會(huì)科研機(jī)構(gòu)通過(guò)開展STEM教育相關(guān)的學(xué)術(shù)研討會(huì)、科學(xué)家主題演講會(huì)、專業(yè)發(fā)展研討會(huì)以及成立STEM課程教育項(xiàng)目等方式，將科學(xué)家、高校教師與K-12年級(jí)的教師和學(xué)生聯(lián)系起來(lái)。同時(shí)，高校教育團(tuán)隊(duì)通過(guò)虛擬辦公時(shí)間向K-12年級(jí)的教師提供STEM課程內(nèi)容的在線培訓(xùn)，培養(yǎng)教師把火星教育融入STEM課堂教學(xué)的能力。

2. 學(xué)習(xí)成果與國(guó)家課程標(biāo)準(zhǔn)和21世紀(jì)技能相對(duì)應(yīng)

火星教育項(xiàng)目的STEM課程是依據(jù)《共同核心標(biāo)準(zhǔn)》《國(guó)家科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)》《下一代科學(xué)標(biāo)準(zhǔn)》《21世紀(jì)技能框架》開發(fā)的，并且四個(gè)領(lǐng)域下的每一門課程在不同年級(jí)或階段都有一個(gè)總體性的教學(xué)目標(biāo)和系列具體、可操作、可衡量的學(xué)習(xí)成果來(lái)幫助教學(xué)目標(biāo)的達(dá)成。總體教學(xué)目標(biāo)是基于上述課程標(biāo)準(zhǔn)和21世紀(jì)技能確定的，這些標(biāo)準(zhǔn)提供了學(xué)生在各年級(jí)、各階段的不同能力要求和表現(xiàn)期望，并以具體的學(xué)習(xí)成果體現(xiàn)出來(lái)，因此，學(xué)習(xí)成果與相關(guān)課程標(biāo)準(zhǔn)和21世紀(jì)技能是相對(duì)應(yīng)的，具體教學(xué)活動(dòng)的設(shè)計(jì)也是在這些課程標(biāo)準(zhǔn)和技能的指導(dǎo)下進(jìn)行的，并且多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)和技能之間存在相互重疊交叉的部分。例如：在“地球、月球和火星模型”這門課中，其學(xué)習(xí)成果（LO1c）“使用模型來(lái)預(yù)測(cè)周長(zhǎng)和距離”既涉及《下一代科學(xué)標(biāo)準(zhǔn)》，又涉及《共同核心標(biāo)準(zhǔn)》;學(xué)習(xí)成果（LO1a）“比較地球、月球和火星的相對(duì)大小和距離”;學(xué)習(xí)成果（LO1b）“使用標(biāo)準(zhǔn)（1st-4th）或非標(biāo)準(zhǔn)（K）的測(cè)量來(lái)交流相對(duì)大小和距離”以及學(xué)習(xí)成果（LO1d）“解釋科學(xué)過(guò)程（比例、模型的使用）”就涉及《下一代科學(xué)標(biāo)準(zhǔn)》《共同核心標(biāo)準(zhǔn)》《21世紀(jì)技能框架》三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容要求，如圖1所示。

21世紀(jì)技能連接圖[13]

將每門課程的學(xué)習(xí)成果與國(guó)家課程標(biāo)準(zhǔn)和21世紀(jì)技能相對(duì)應(yīng)，不但可以有效保證課程開發(fā)過(guò)程中教育目標(biāo)的落實(shí)，還為教學(xué)效果評(píng)價(jià)提供了有效參考。該STEM課程依據(jù)《下一代科學(xué)標(biāo)準(zhǔn)》《共同核心標(biāo)準(zhǔn)》《21世紀(jì)技能框架》開發(fā)評(píng)價(jià)量規(guī)，根據(jù)學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程中的不同活動(dòng)表現(xiàn)綜合評(píng)價(jià)學(xué)生達(dá)到預(yù)期學(xué)習(xí)結(jié)果的程度，考察學(xué)生的學(xué)習(xí)理解遷移能力以及STEM素養(yǎng)。

3. 基于安德森教育目標(biāo)分類學(xué)確定教學(xué)目標(biāo)

火星教育項(xiàng)目的STEM課程利用安德森和克拉斯沃爾（Anderson&Krathwohl）的分類法作為四個(gè)領(lǐng)域中系列課程在不同階段、不同年級(jí)教學(xué)目標(biāo)和學(xué)習(xí)成果制定的理論依據(jù)，以確保教學(xué)目標(biāo)和學(xué)習(xí)成果與學(xué)生應(yīng)獲得的知識(shí)和認(rèn)知過(guò)程水平相匹配。該分類法從認(rèn)知過(guò)程和知識(shí)兩個(gè)維度出發(fā)，提供了一個(gè)框架來(lái)幫助組織協(xié)調(diào)教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)活動(dòng)和教學(xué)評(píng)估，允許教育工作者將教學(xué)目標(biāo)和對(duì)學(xué)習(xí)成果的評(píng)估與框架中的適當(dāng)水平保持一致，使得教學(xué)目標(biāo)更加明確和具體化，教師可以更好地理解教學(xué)目標(biāo)和學(xué)習(xí)成果的構(gòu)建，有利于教師在教學(xué)過(guò)程中始終圍繞教學(xué)目標(biāo)全面開展教學(xué)活動(dòng)，不至于偏離方向。例如：在“地球、月球和火星模型”這門課中，教學(xué)目標(biāo)（LO1）是“構(gòu)建一個(gè)簡(jiǎn)單的地球、月球、火星模型”，在認(rèn)知過(guò)程維度上處于高階思維“創(chuàng)造”層次，在知識(shí)維度上屬于概念性知識(shí)。學(xué)習(xí)成果（LO1a）“比較地球、地球的月球和火星的相對(duì)大小和距離”，在認(rèn)知過(guò)程維度上屬于“理解”層次，在知識(shí)維度上屬于概念性知識(shí);學(xué)習(xí)成果（LO1b）“使用標(biāo)準(zhǔn)（1st-4th）或非標(biāo)準(zhǔn)（K）的測(cè)量來(lái)交流相對(duì)大小和距離”，在認(rèn)知過(guò)程維度上屬于“應(yīng)用”層次，在知識(shí)維度上屬于程序性知識(shí);學(xué)習(xí)成果（LO1c） “用模型來(lái)預(yù)測(cè)”，在認(rèn)知過(guò)程維度上屬于“創(chuàng)造”層次，在知識(shí)維度上屬于概念性知識(shí);學(xué)習(xí)成果（LO1d）“解釋科學(xué)過(guò)程（比例、模型的使用）”，在認(rèn)知過(guò)程維度上屬于“理解”層次，在知識(shí)維度上屬于元認(rèn)知層次，如圖2所示。

4. 課程教學(xué)活動(dòng)設(shè)計(jì)方案翔實(shí)可操作

火星教育項(xiàng)目STEM課程提供了K-12年級(jí)完整的教學(xué)計(jì)劃。其教學(xué)計(jì)劃對(duì)教師如何開展教學(xué)提供了詳細(xì)的活動(dòng)方案及使用指南，每個(gè)教師都可以利用這些教學(xué)計(jì)劃直接開展教學(xué)，可操作性強(qiáng)。這就極大地降低了教師利用該課程材料進(jìn)行教學(xué)的難度，可以讓更多的教師在教學(xué)實(shí)踐中了解STEM教育理念。每門STEM課程的教學(xué)計(jì)劃方案包含以下幾個(gè)部分：（1）“學(xué)生需要做什么”呈現(xiàn)在教學(xué)計(jì)劃的開頭，明確學(xué)習(xí)這門課程所需完成的任務(wù)。（2）NGSS核心問(wèn)題、組成問(wèn)題和總體教學(xué)目標(biāo)。其中的NGSS問(wèn)題主要是基于學(xué)科核心概念提出的。例如：圍繞定義和限制工程問(wèn)題這一學(xué)科核心概念提出“什么是設(shè)計(jì)？成功解決方案的標(biāo)準(zhǔn)和約束條件是什么？”。（3）上課所需準(zhǔn)備的材料。主要包括動(dòng)手實(shí)踐的材料，來(lái)自學(xué)生指南的各種學(xué)習(xí)任務(wù)單、反思表以及教師指南提供的評(píng)價(jià)量規(guī)等。（4）這門課程需要學(xué)生理解掌握的核心概念。（5）完整的課堂教學(xué)實(shí)施步驟及時(shí)間安排，包括課前準(zhǔn)備、課上參與、探索、解釋、遷移、評(píng)價(jià)以及拓展。各個(gè)環(huán)節(jié)都對(duì)教師和學(xué)生的行為活動(dòng)提出了詳細(xì)的要求。（6）活動(dòng)方案指導(dǎo)語(yǔ)。一方面指的是用于提示教師在備課環(huán)節(jié)所需打印和準(zhǔn)備的教學(xué)材料;另一方面是教師開展課堂教學(xué)時(shí)使用什么樣的語(yǔ)言來(lái)創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境，如何提出問(wèn)題來(lái)引導(dǎo)學(xué)生思考，需要講解哪些知識(shí)概念，在每個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)分發(fā)或提供什么樣的學(xué)習(xí)支架以及教師在組織學(xué)生開展活動(dòng)時(shí)列出的提示建議等。

5. 整合多種真實(shí)科研資源支持課程實(shí)施

課程資源是 STEM課程實(shí)施的重要載體[14]。NASA為火星教育項(xiàng)目STEM課程開發(fā)和實(shí)施提供了真實(shí)的科學(xué)研究數(shù)據(jù)、研究工具等資源，并通過(guò)恰當(dāng)?shù)姆绞脚cSTEM課程整合，更能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)探究的熱情，也有利于學(xué)習(xí)成果的遠(yuǎn)遷移。這些資源主要包括：（1）基于網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的紅色星球報(bào)告和NASA的火星探測(cè)計(jì)劃視頻資源;（2）JMARS，提供NASA收集到的所有火星軌道數(shù)據(jù);（3）為火星學(xué)生項(xiàng)目設(shè)計(jì)的論壇，供學(xué)生在研究項(xiàng)目的持續(xù)時(shí)間內(nèi)共享資源、進(jìn)行連接和協(xié)作;（4）來(lái)自火星科學(xué)實(shí)驗(yàn)室“好奇號(hào)”探測(cè)器的媒體資源;（5）教育機(jī)器人資源;（6）通過(guò)Twitter獲取最新的火星新聞消息;（7）教師和學(xué)生活動(dòng)指導(dǎo)手冊(cè)、各種形式的學(xué)習(xí)支架、國(guó)家課程標(biāo)準(zhǔn)和21世紀(jì)技能圖、教學(xué)目標(biāo)分類表、評(píng)價(jià)量規(guī)等。

五、對(duì)我國(guó)跨學(xué)科整合型STEM課程建設(shè)的啟發(fā)

通過(guò)前面的分析發(fā)現(xiàn)，火星教育項(xiàng)目STEM課程在教學(xué)策略和開發(fā)策略方面有很多值得我們借鑒的地方，下面結(jié)合我國(guó)STEM教育現(xiàn)狀及跨學(xué)科整合型STEM課程建設(shè)現(xiàn)狀，就我國(guó)跨學(xué)科整合型STEM課程開發(fā)提出以下建議：

（一）加強(qiáng)國(guó)家頂層設(shè)計(jì)以構(gòu)建STEM課程建設(shè)共同體

美國(guó)在發(fā)展STEM教育的過(guò)程中充分發(fā)揮政府的引領(lǐng)作用，頒布了一系列STEM教育政策對(duì)其進(jìn)行頂層設(shè)計(jì)，引導(dǎo)教育機(jī)構(gòu)與其他社會(huì)組織機(jī)構(gòu)協(xié)同推進(jìn)STEM教育?；鹦墙逃?xiàng)目STEM課程就是高校與科研機(jī)構(gòu)協(xié)同創(chuàng)新的成果。高?？梢詾檎n程開發(fā)提供理論和技術(shù)支持，并為中小學(xué)教師提供STEM教育專業(yè)培訓(xùn);科研機(jī)構(gòu)則為課程開發(fā)提供真實(shí)的探究任務(wù)情境和教學(xué)資源支持，并為課程后續(xù)實(shí)施提供實(shí)驗(yàn)設(shè)備等平臺(tái)支撐。近年來(lái)，STEM教育已被納入我國(guó)教育發(fā)展戰(zhàn)略相關(guān)政策文件。2016年，教育部在《教育信息化“十三五”規(guī)劃》中明確提出，有條件的地區(qū)要積極探索融合信息技術(shù)的跨學(xué)科學(xué)習(xí)（STEAM教育）;2017年印發(fā)的《義務(wù)教育小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》倡導(dǎo)科學(xué)教師開展跨學(xué)科STEM教育實(shí)踐;2017年，中國(guó)教育科學(xué)研究院下設(shè)的STEM教育研究中心發(fā)布了《中國(guó)STEM教育白皮書》，并提出了“中國(guó)STEM教育2029行動(dòng)計(jì)劃”;2018年，設(shè)立首批STEM教育協(xié)同創(chuàng)新中心，搭起STEM教育協(xié)同創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)。可以說(shuō)，我國(guó)已經(jīng)開始布局STEM教育頂層設(shè)計(jì)，并為STEM教育發(fā)展繪制了藍(lán)圖，但整體來(lái)看依然缺少富有影響力和執(zhí)行剛性的國(guó)家層面的系統(tǒng)政策引領(lǐng)。因此，我國(guó)亟須加強(qiáng)STEM教育國(guó)家級(jí)頂層設(shè)計(jì)，以切實(shí)調(diào)動(dòng)政府部門、高等學(xué)校、科研機(jī)構(gòu)、高新企業(yè)、公共服務(wù)機(jī)構(gòu)（科技館、圖書館、博物館、展覽館等）和中小學(xué)校參與STEM教育的積極性，打破部門之間體制機(jī)制壁壘，整合多方力量共建優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)、分工明確、有機(jī)聯(lián)動(dòng)、權(quán)責(zé)對(duì)等的STEM教育生態(tài)系統(tǒng)。相應(yīng)地，STEM課程開發(fā)也需要跳出傳統(tǒng)學(xué)校范圍內(nèi)分科課程的思維局限，打造多方協(xié)同的跨學(xué)科整合型STEM課程建設(shè)共同體，充分利用社會(huì)各部門資源支持整合型STEM課程的設(shè)計(jì)、開發(fā)與實(shí)施。

（二）完善STEM課程標(biāo)準(zhǔn)體系以落實(shí)STEM素養(yǎng)培養(yǎng)

STEM教育的目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生的STEM素養(yǎng)，STEM課程建設(shè)要將STEM素養(yǎng)培養(yǎng)落到實(shí)處?；鹦墙逃?xiàng)目STEM課程是基于《下一代科學(xué)標(biāo)準(zhǔn)》《共同核心標(biāo)準(zhǔn)》《21世紀(jì)技能框架》等相關(guān)學(xué)科標(biāo)準(zhǔn)和技能框架進(jìn)行整合設(shè)計(jì)開發(fā)的，課程設(shè)計(jì)將學(xué)習(xí)成果與國(guó)家課程標(biāo)準(zhǔn)和21世紀(jì)技能相對(duì)應(yīng)，并且按照安德森教育目標(biāo)分類學(xué)準(zhǔn)確描述每節(jié)課的教學(xué)目標(biāo)，這樣就很好地將STEM素養(yǎng)培養(yǎng)落到了具體的教學(xué)活動(dòng)中。我國(guó)長(zhǎng)期以來(lái)采取分科螺旋式為主的課程實(shí)施模式，因此，在STEM分科課程開發(fā)及實(shí)施方面并不缺乏有效的經(jīng)驗(yàn)，恰恰在跨學(xué)科整合型課程開發(fā)和實(shí)施方面缺乏系統(tǒng)深入地探索。2016年發(fā)布的《中國(guó)學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)》和2017年教育部印發(fā)的《義務(wù)教育小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)》《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》等文件，為STEM課程建設(shè)和課程實(shí)施過(guò)程中落實(shí)學(xué)科核心素養(yǎng)教育方面發(fā)揮了重要引領(lǐng)作用。但依然存在STEM教育小學(xué)階段和中學(xué)階段課程實(shí)施模式過(guò)渡不夠自然、中學(xué)階段整合型STEM課程建設(shè)實(shí)施缺乏理論支撐、全學(xué)段課程結(jié)構(gòu)中對(duì)技術(shù)和工程領(lǐng)域關(guān)注不夠等問(wèn)題。因此，亟須完善現(xiàn)有STEM課程標(biāo)準(zhǔn)體系、貫通小初高各學(xué)段STEM教育內(nèi)容設(shè)計(jì)、推動(dòng)跨學(xué)科整合型STEM課程開發(fā)實(shí)施，從而將學(xué)生STEM素養(yǎng)和21世紀(jì)核心素養(yǎng)培養(yǎng)落到實(shí)處。

（三）加強(qiáng)STEM課程開發(fā)理論研究以指導(dǎo)課程開發(fā)實(shí)踐

STEM課程是落實(shí)STEM教育理念的關(guān)鍵載體，開發(fā)系統(tǒng)化的優(yōu)質(zhì)跨學(xué)科整合型STEM課程是改革我國(guó)科學(xué)教育現(xiàn)有模式、推動(dòng)STEM教育深入發(fā)展的當(dāng)務(wù)之急。我國(guó)新世紀(jì)初啟動(dòng)的課程改革就已經(jīng)在學(xué)科教學(xué)中倡導(dǎo)自主、協(xié)作、探究的學(xué)習(xí)方式，并在部分學(xué)段開設(shè)了獨(dú)立的綜合性課程，近年來(lái)也積極探索機(jī)器人教育、創(chuàng)客教育、STEM教育等創(chuàng)新課程模式，在整合型課程建設(shè)方面積累了不少經(jīng)驗(yàn)，但依然缺乏系統(tǒng)性整合型課程開發(fā)經(jīng)驗(yàn)和跨學(xué)科整合型STEM課程建設(shè)理論研究。因此，在部分創(chuàng)新型課程教學(xué)中存在表面熱鬧但深度不夠的現(xiàn)狀，尤其是在課程實(shí)施中融入項(xiàng)目、探究、合作等學(xué)習(xí)方式后如何才能不降低學(xué)術(shù)標(biāo)準(zhǔn)方面缺乏成功經(jīng)驗(yàn)。其根本原因在于，我國(guó)在跨學(xué)科整合型STEM課程開發(fā)理論方面缺乏深入研究，課程開發(fā)與實(shí)施缺乏理論指導(dǎo)。因此，我國(guó)亟須加強(qiáng)STEM課程開發(fā)理論研究，形成操作性較強(qiáng)的跨學(xué)科整合型STEM開發(fā)模式以指導(dǎo)課程開發(fā)實(shí)踐?；鹦墙逃?xiàng)目STEM課程以富有挑戰(zhàn)性的火星探測(cè)任務(wù)為載體，實(shí)現(xiàn)了STEM學(xué)科知識(shí)的有意義整合、將學(xué)習(xí)結(jié)果與國(guó)家課程標(biāo)準(zhǔn)和21世紀(jì)技能相對(duì)應(yīng)、采用安德森教育目標(biāo)分類學(xué)描述教學(xué)目標(biāo)等做法，為我們開發(fā)整合型STEM課程提供了很好的借鑒。此外，近年來(lái)興起的多種面向復(fù)雜學(xué)習(xí)的教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)模式，如自然學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)、建構(gòu)主義學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計(jì)、四要素教學(xué)設(shè)計(jì)等模式也可以為整合型STEM課程設(shè)計(jì)開發(fā)提供理論支撐。

（四）開發(fā)典型課程案例以普及整合型STEM課程理念

火星教育項(xiàng)目STEM課程為教師提供了一整套系統(tǒng)完整的課程計(jì)劃、教學(xué)活動(dòng)方案和教學(xué)資源，這樣美國(guó)各地的中小學(xué)教師就可以直接利用課程資源低門檻地在自己的學(xué)校實(shí)施跨學(xué)科整合型STEM教學(xué)實(shí)踐，讓更多的教師有機(jī)會(huì)接觸和了解STEM課程理念。此外，該項(xiàng)目還通過(guò)組織召開研討會(huì)等多種方式，為全美范圍內(nèi)的STEM教育工作者提供經(jīng)驗(yàn)交流和專業(yè)培訓(xùn)的機(jī)會(huì)，讓有深入探索愿望的教師獲得持續(xù)的專業(yè)支持。這樣，火星教育項(xiàng)目STEM課程就很好地將課程建設(shè)、資源開發(fā)、教學(xué)實(shí)踐和教師培訓(xùn)結(jié)合起來(lái)。目前，我國(guó)STEM課程開發(fā)主要是以試點(diǎn)學(xué)校為單位的小規(guī)模校本課程開發(fā)，課程開發(fā)人員水平參差不齊，課程質(zhì)量難以保證;大部分STEM教師缺乏系統(tǒng)專業(yè)的培訓(xùn)，在教學(xué)實(shí)施過(guò)程中難以把握STEM教育理念精髓，課堂教學(xué)效果欠佳。因此，我國(guó)有必要組建全國(guó)范圍的跨學(xué)科整合型STEM課程開發(fā)團(tuán)隊(duì)，集結(jié)優(yōu)秀的STEM教師、STEM教育專家、高新企業(yè)技術(shù)人員等研發(fā)能夠起到示范引領(lǐng)作用的典型課程案例，為一線中小學(xué)教師提供操作性強(qiáng)的STEM課程計(jì)劃和教學(xué)實(shí)施方案，在典型課程案例試點(diǎn)推廣的過(guò)程中普及整合型STEM課程理念，將STEM課程建設(shè)、STEM教學(xué)資源開發(fā)、STEM教學(xué)實(shí)踐和STEM教師培訓(xùn)有機(jī)結(jié)合起來(lái)。

（五）革新STEM課程教學(xué)模式以培養(yǎng)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)型人才

火星教育項(xiàng)目的STEM課程采用5E教學(xué)模式、以真實(shí)問(wèn)題為載體、采取基于問(wèn)題和項(xiàng)目的學(xué)習(xí)方式、注重學(xué)生活動(dòng)參與和經(jīng)驗(yàn)獲得，在整個(gè)教學(xué)過(guò)程中學(xué)生可以像科學(xué)家和工程師一樣思考和解決問(wèn)題;各種教學(xué)活動(dòng)的設(shè)計(jì)注重學(xué)生的前科學(xué)概念或已有經(jīng)驗(yàn)作用，并通過(guò)一系列的自主探究活動(dòng)讓學(xué)生主動(dòng)建構(gòu)新知識(shí)和技能，促進(jìn)深度學(xué)習(xí)發(fā)生和學(xué)習(xí)結(jié)果有效遷移。我國(guó)開展跨學(xué)科整合型STEM課程教學(xué)需要對(duì)原有的課程教學(xué)模式進(jìn)行深入變革。首先，要轉(zhuǎn)變以教師講授為主的傳輸型課堂教學(xué)模式，突出學(xué)生的主體地位，強(qiáng)調(diào)學(xué)生的合作探究和協(xié)作知識(shí)建構(gòu);其次，要大力探索基于復(fù)雜真實(shí)問(wèn)題和21世紀(jì)主題的整合型STEM課程建設(shè)，把科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)等多學(xué)科知識(shí)充分融入課程教學(xué)中;最后，要跳出學(xué)校教育和課程實(shí)施局限，逐漸形成中小學(xué)校、科研機(jī)構(gòu)、高等學(xué)校、高新企業(yè)、公共服務(wù)機(jī)構(gòu)和其他社會(huì)力量協(xié)同教育教學(xué)的STEM教育生態(tài)系統(tǒng)，創(chuàng)新學(xué)校STEM教育模式和人們接受STEM教育的方式，將學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)和創(chuàng)業(yè)精神培育融入日常教學(xué)活動(dòng)中，加快創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)型人才培養(yǎng)，助力我國(guó)創(chuàng)新型國(guó)家建設(shè)總戰(zhàn)略。

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