基于STEM理念的校外科技教育活動(dòng)方案設(shè)計(jì)和項(xiàng)目學(xué)習(xí)手冊開發(fā)研究

鄭思晨

【摘要】分析了校外科技教育跨界融合發(fā)展的背景，探討了基于項(xiàng)目的STEM學(xué)習(xí)的內(nèi)涵與特征，以中福會(huì)少年宮為個(gè)案，呈現(xiàn)了少年宮科技教育課程的規(guī)劃，及其基于項(xiàng)目的STEM教學(xué)設(shè)計(jì)和項(xiàng)目學(xué)習(xí)手冊的編制框架和項(xiàng)目案例，并結(jié)合實(shí)踐研究現(xiàn)狀，提出了教學(xué)內(nèi)容、形式及資源等方面的反思與展望。

【關(guān)鍵詞】STEM?科技教育?項(xiàng)目式學(xué)習(xí)?學(xué)習(xí)手冊

科技教育活動(dòng)是校外科技教育的主要手段，是提高未成年人科學(xué)素養(yǎng)的重要工作之一。青少年校外科技教育活動(dòng)通常由校外教育機(jī)構(gòu)通過興趣小組等形式組織，在一個(gè)時(shí)期或一個(gè)階段內(nèi)，在課外活動(dòng)、研究性學(xué)習(xí)或綜合實(shí)踐活動(dòng)中集中進(jìn)行，具有特定主題，并要達(dá)到一定思想教育目的和科學(xué)技術(shù)知識(shí)普及要求。活動(dòng)內(nèi)容通常涉及生物學(xué)、物理學(xué)、環(huán)境學(xué)、化學(xué)、地理學(xué)、氣象、能源等方面，與學(xué)?？茖W(xué)課程更注重學(xué)科邏輯和知識(shí)體系不同，校外科技教育活動(dòng)通常圍繞一個(gè)主題，引導(dǎo)學(xué)生在設(shè)定的情境中綜合運(yùn)用科技知識(shí)和技能，完成學(xué)習(xí)特定任務(wù)，因而更接近項(xiàng)目式學(xué)習(xí)。

在學(xué)科跨界融合的大趨勢下，STEM（科學(xué)Science，技術(shù)Technology，工程Engineering，數(shù)學(xué)Mathematics）教育得到各國教育界高度重視，發(fā)展迅猛。中國近年來也積極引介STEM教育理念和方法。在這一背景下，我們探索基于STEM理念的校外科技教育活動(dòng)，通過教學(xué)活動(dòng)設(shè)計(jì)將STEM和項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的理念、方法相結(jié)合，引導(dǎo)學(xué)生在解決問題的情境中有效促進(jìn)跨學(xué)科知識(shí)、技能的整合。

在自主探究學(xué)習(xí)越來越重要的今天，一項(xiàng)科技教育活動(dòng)的成功，很大程度上依賴于學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和有效性。而教師在活動(dòng)過程中需要扮演引導(dǎo)者的角色，為學(xué)生的自主學(xué)習(xí)提供“支架”。在這一思想指導(dǎo)下，我們不僅基于STEM和項(xiàng)目學(xué)習(xí)的理念，重新規(guī)劃了少年宮科技教育課程，更新了教學(xué)活動(dòng)方案，還開發(fā)了供學(xué)生使用的項(xiàng)目學(xué)習(xí)手冊。

一、基于項(xiàng)目的STEM學(xué)習(xí)的內(nèi)涵與特征

基于項(xiàng)目的STEM學(xué)習(xí)，是“在一個(gè)明確目標(biāo)下的模糊定義的任務(wù)”。這個(gè)任務(wù)被置于豐富情景下，同時(shí)具有明確的目標(biāo)，要求學(xué)生解決若干問題，通過學(xué)生完整的作品展示來考量他們對STEM所涉及的各個(gè)學(xué)科知識(shí)技能的掌握情況。它能為學(xué)生提供整體認(rèn)識(shí)世界的機(jī)會(huì)，讓學(xué)生能夠把所學(xué)的零散知識(shí)，變成互相聯(lián)系的統(tǒng)一整體，以消除傳統(tǒng)教育中各學(xué)科知識(shí)割裂、不利于學(xué)生綜合解決實(shí)際問題的障礙。我們認(rèn)為，基于項(xiàng)目的STEM學(xué)習(xí)的主要特征有：

（1）通過一個(gè)問題或任務(wù)驅(qū)動(dòng)學(xué)習(xí)。教學(xué)活動(dòng)緊緊圍繞這個(gè)真實(shí)問題或任務(wù)開展，學(xué)生在教師指導(dǎo)下主動(dòng)尋找問題解決方案。

（2）以團(tuán)隊(duì)合作的方式推進(jìn)學(xué)習(xí)。全體學(xué)生形成一個(gè)團(tuán)隊(duì)，或分成幾組，師生、生生之間合理分工、相互合作，共同推進(jìn)學(xué)習(xí)。

（3）強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)活動(dòng)的實(shí)踐性與體驗(yàn)性?；陧?xiàng)目的STEM教學(xué)要求學(xué)生對生活中的真實(shí)問題進(jìn)行實(shí)踐探究，體驗(yàn)將書本知識(shí)與現(xiàn)實(shí)生活相結(jié)合。

（4）嘗試多種工具與資源的運(yùn)用?；陧?xiàng)目的STEM教學(xué)倡導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用多種認(rèn)知工具和信息資源，教師在教學(xué)中引導(dǎo)學(xué)生提高獲取、加工和處理信息的能力。

（5）以作品回應(yīng)問題。學(xué)生學(xué)習(xí)并綜合運(yùn)用多學(xué)科知識(shí)技能，在一系列學(xué)習(xí)工具的支持下，最終通過完成作品來回應(yīng)最初的問題。

二、少年宮科技教育課程體系的重新規(guī)劃

（一）總體課程框架

在學(xué)科跨界融合的大背景下，社會(huì)對少年兒童綜合素養(yǎng)、實(shí)踐能力的要求越來越高。我們結(jié)合當(dāng)今社會(huì)發(fā)展需求，以及校外教育特點(diǎn)，對中福會(huì)少年宮現(xiàn)有課程體系進(jìn)行重新規(guī)劃和完善。

中福會(huì)少年宮科技教育教學(xué)興趣小組主要面向幼兒園中班至小學(xué)六年級的學(xué)生，由于不同年齡層次的學(xué)生在認(rèn)知水平上存在顯著的差異，少年宮科技教育部總結(jié)多年來的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合近年來在STEM教育方面的研究與探索的成果，在原有的多元智能課程、科技創(chuàng)新課程的基礎(chǔ)上進(jìn)行了調(diào)整，使得課程體系更有條理、更有層次、更符合學(xué)生發(fā)展規(guī)律。

多元智能課程，面向幼兒園中班至幼兒園大班的學(xué)生，課程內(nèi)容以趣味性見長，引導(dǎo)孩子在玩中學(xué)，了解生活中的科學(xué)常識(shí)。

科技創(chuàng)新課程，面向小學(xué)一、二年級的學(xué)生，以深入淺出的方式，嘗試體驗(yàn)科學(xué)小實(shí)驗(yàn)、小創(chuàng)意，激發(fā)興趣，培養(yǎng)創(chuàng)新精神。

STEM課程，面向小學(xué)三至六年級的學(xué)生，以團(tuán)隊(duì)合作的模式，跨學(xué)科學(xué)習(xí)并探索解決生活中的問題。

（二）STEM課程方案

1.課程目標(biāo)

培養(yǎng)學(xué)生與其年齡相匹配的基本科學(xué)知識(shí)與技能、批判性思維意識(shí)與能力、跨學(xué)科問題解決能力、信息檢索與處理能力、創(chuàng)新意識(shí)與能力。

2.內(nèi)容模塊

采用項(xiàng)目式教學(xué)模式，在3至6年級每個(gè)年級分別設(shè)置了3個(gè)主題模塊。3個(gè)模塊均基于任務(wù)驅(qū)動(dòng)，設(shè)置階段目標(biāo)，分層次讓學(xué)生由低到高、由淺入深地進(jìn)行自主性學(xué)習(xí)。各模塊之間的關(guān)系有并列關(guān)系、分層遞進(jìn)關(guān)系。下面，以2017秋季學(xué)期課程模塊為例，呈現(xiàn)少年宮STEM課程內(nèi)容架構(gòu)。

本學(xué)期STEM課程的總主題是“智慧城市”，每個(gè)年級設(shè)立相應(yīng)的學(xué)習(xí)分主題。其中，三年級的主題為“未來超市”，內(nèi)容涉及“舌尖上的美食”、智能型產(chǎn)品、無人化管理;四年級的主題為“未來工作坊”，內(nèi)容包括“科學(xué)小博士”“小小工程師”“結(jié)構(gòu)小達(dá)人”;五年級的主題為“時(shí)空旅行”，內(nèi)容涉及月球旅行車、時(shí)光穿梭機(jī)、星際傳奇艦;六年級的主題為“智慧生活”，內(nèi)容包括智能樂器、智能家居、智能穿戴。

在每個(gè)課程系列中，我們都嘗試挖掘“跨學(xué)科點(diǎn)”，引導(dǎo)孩子關(guān)注最新的科學(xué)進(jìn)展，融入生活中的情境，整合相關(guān)學(xué)科知識(shí)，以動(dòng)手制作、科學(xué)探究、團(tuán)隊(duì)合作的方式，通過設(shè)計(jì)完成一個(gè)小作品來解決生活中的實(shí)際問題。

3.教學(xué)方法

談話法、討論法、講授法、演示法、實(shí)驗(yàn)法、發(fā)現(xiàn)法等。

4.評價(jià)內(nèi)容與形式

評價(jià)內(nèi)容：動(dòng)手實(shí)踐能力、演說能力、探究能力、實(shí)驗(yàn)操作能力、設(shè)計(jì)能力等。評價(jià)形式：專家評價(jià)、教師課堂即時(shí)評價(jià)、學(xué)生自我評價(jià)、小組互評、成果展示等。

課程方案實(shí)施過程中，每個(gè)主題的學(xué)習(xí)結(jié)束之后，我們根據(jù)學(xué)生的反饋，積累STEM教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，著重反思如下問題：

（1）授課內(nèi)容與學(xué)科的關(guān)聯(lián)度是否高度一致？

（2）課程中是否存在部分科學(xué)性錯(cuò)誤，導(dǎo)致學(xué)生最終完成的作品不能解決實(shí)際問題？

（3）課程結(jié)構(gòu)是否過于固定模式化？課程內(nèi)容是否過于形式化？是否刻意將毫無關(guān)聯(lián)的知識(shí)內(nèi)容拼裝式組合進(jìn)課程？

（4）對學(xué)生的評價(jià)是否僅僅是淺嘗輒止的初探？

通過對上述問題的反思，及時(shí)調(diào)整，對不合理的地方進(jìn)行修改、補(bǔ)充、完善，為第二年的課程實(shí)施做好鋪墊。

三、基于項(xiàng)目的STEM教學(xué)設(shè)計(jì)

在規(guī)劃STEM課程方案的同時(shí)，我們也在教學(xué)實(shí)踐中探索基于項(xiàng)目的STEM教學(xué)?；陧?xiàng)目的STEM教學(xué)以學(xué)生為中心，強(qiáng)調(diào)小組合作學(xué)習(xí)，要求學(xué)生對現(xiàn)實(shí)生活中的真實(shí)性問題進(jìn)行探究。通常其操作程序分為選定項(xiàng)目、制定計(jì)劃、活動(dòng)探究、作品制作、成果交流和活動(dòng)評價(jià)等六個(gè)步驟。

（1）選定項(xiàng)目。在基于項(xiàng)目的STEM教學(xué)中，項(xiàng)目的選擇很重要，它應(yīng)該由學(xué)生根據(jù)自己的興趣來選擇，教師在此過程中僅僅只能作為指導(dǎo)者的角色?？筛鶕?jù)身邊現(xiàn)實(shí)社會(huì)中的看到的現(xiàn)象和問題，也可以通過電視新聞，或者與人交談，走訪有關(guān)部門信息中，找到當(dāng)今社會(huì)關(guān)注的熱點(diǎn)或急需解決的問題為科學(xué)調(diào)查項(xiàng)目活動(dòng)的主題，如“家庭節(jié)水馬桶的改造”“居住小區(qū)植物群落的優(yōu)化方案”“小區(qū)綠地生態(tài)系統(tǒng)建模設(shè)計(jì)”“社區(qū)節(jié)能路燈的創(chuàng)意設(shè)計(jì)”等。

（2）制定計(jì)劃。計(jì)劃的內(nèi)容有教學(xué)時(shí)間的詳細(xì)安排和活動(dòng)計(jì)劃。時(shí)間安排是學(xué)生對項(xiàng)目學(xué)習(xí)所需的時(shí)間作一個(gè)總體規(guī)劃，做出一個(gè)詳細(xì)的時(shí)間流程安排?；顒?dòng)設(shè)計(jì)是指對基于項(xiàng)目的STEM教學(xué)中所涉及的活動(dòng)預(yù)先進(jìn)行計(jì)劃，如采訪哪些專家，人員的具體分工，從什么地方獲取資料等。

（3）活動(dòng)探究?；顒?dòng)探究是基于項(xiàng)目的STEM教學(xué)的主體，學(xué)生大部分知識(shí)內(nèi)容的獲得和技能、技巧的掌握都是在此過程中完成。

（4）作品制作。作品制作是基于項(xiàng)目的STEM教學(xué)區(qū)別于一般活動(dòng)教學(xué)的重要特征。學(xué)生運(yùn)用在教學(xué)過程中所獲得的科學(xué)、工程、數(shù)學(xué)等知識(shí)和技能來完成作品的制作。

（5）成果交流。學(xué)習(xí)小組通過展示、交流和分享他們的研究成果來表達(dá)他們在項(xiàng)目學(xué)習(xí)中所獲得的知識(shí)和所掌握的技能。

（6）活動(dòng)評價(jià)?；陧?xiàng)目的STEM教學(xué)模式中，評價(jià)由專家、老師、同學(xué)及學(xué)生自己共同來完成。它不但要求對結(jié)果進(jìn)行評價(jià)，同時(shí)也強(qiáng)調(diào)對教學(xué)過程進(jìn)行評價(jià)，做到定量評價(jià)和定性評價(jià)、過程性評價(jià)和結(jié)果性評價(jià)、個(gè)人評價(jià)和小組評價(jià)、自我評價(jià)和他人評價(jià)之間的良好結(jié)合。

四、項(xiàng)目學(xué)習(xí)手冊的開發(fā)

為更好地實(shí)施基于項(xiàng)目的STEM課程教學(xué)，我們結(jié)合校外科技教育特色，運(yùn)用奶酪（Cheese）法則——C（Curiosity）好奇：激發(fā)興趣，H（Hypothesis）猜測：設(shè)計(jì)方案，E（Exploration）探究：自主探究，E（Explanation）解釋：科學(xué)解釋，S（Spread）延伸：發(fā)散拓展，E（Evaluation）評價(jià)：激勵(lì)評估，在比特實(shí)驗(yàn)室、上海STEM云中心、智勇教育的協(xié)助下，一同開發(fā)了適用于3～6年級的《STEM項(xiàng)目學(xué)習(xí)手冊》。

在開發(fā)的過程中，考慮到我們原先創(chuàng)設(shè)的STEM+課程體系即“2+2”模式，需要同時(shí)兼顧到長課程和短課程，因此，我們決定采用模塊組合的方式設(shè)計(jì)《STEM項(xiàng)目學(xué)習(xí)手冊》。每個(gè)年級的長課程中設(shè)計(jì)3個(gè)模塊，可以挑選3個(gè)模塊中的1個(gè)模塊用于短課程的教育教學(xué)中。

本次設(shè)計(jì)的《STEM項(xiàng)目學(xué)習(xí)手冊》共設(shè)5個(gè)模塊，分別是模塊一“舌尖上的美食”、模塊二小小工程師、模塊三星際穿越、模塊四未來音樂家、模塊五光影魔術(shù)師。每個(gè)模塊均來源于各年級STEM課程內(nèi)容，前4個(gè)模塊各由5個(gè)項(xiàng)目組成，項(xiàng)目內(nèi)容上由淺入深、分層遞進(jìn)，分別適用于3、4、5、6年級的STEM教育教學(xué)。每個(gè)項(xiàng)目2課時(shí)，每課時(shí)45分鐘（2017少年宮秋季STEM課程每次課2課時(shí)，各完成一個(gè)項(xiàng)目，一學(xué)期15次課）。其中，模塊一：“舌尖上的美食”以科學(xué)實(shí)驗(yàn)的形式為主，模塊二“小小工程師”以動(dòng)手搭建的形式為主，模塊三“星際穿越”以視頻教學(xué)的形式為主，模塊四“未來音樂家”以物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的形式為主。模塊五“光影魔術(shù)師”以攝影攝像為主，含有2個(gè)項(xiàng)目，是特別為4至6年級具有一定美術(shù)基礎(chǔ)的學(xué)生設(shè)計(jì)的。

項(xiàng)目學(xué)習(xí)手冊架構(gòu)如下表所示：

五、反思與展望

（一）補(bǔ)充教學(xué)模塊，豐富教學(xué)內(nèi)容

目前的教學(xué)模塊設(shè)計(jì)僅僅是3～6年級每個(gè)年級段最初的嘗試，經(jīng)過這個(gè)學(xué)期的實(shí)踐之后，根據(jù)教學(xué)反饋，我們發(fā)現(xiàn)在最初的教學(xué)模塊中仍存在很多需要調(diào)整、補(bǔ)充的地方。另外，2018年春季，我們還將陸續(xù)推出更多的教學(xué)模塊來承接2017秋季的教學(xué)，這樣我們就初步完成了“2+2”模式中的第一個(gè)“2”，也就是春秋長課程STEM體系的打造。此外，在2018年夏季的STEM特訓(xùn)營中，我們還將補(bǔ)充和積累更多的短課程模塊來充實(shí)STEM內(nèi)容，今后還將在冬季的STEM科考營中添加些許STEM教學(xué)模塊，從而實(shí)現(xiàn)“2+2”模式中的第二個(gè)“2”。

未來我們將及時(shí)調(diào)整、補(bǔ)充相應(yīng)的教學(xué)模塊，豐富STEM教學(xué)內(nèi)容，進(jìn)一步完善校外科技教育課程體系。

（二）拓展教學(xué)形式，充實(shí)課程體系

少年宮2017年秋季的STEM課程的教育教學(xué)工作都是在少年宮的科技教室中進(jìn)行的，為了讓教學(xué)形式更豐富，我們打算“走出去”，將STEM教學(xué)場所安排到上海科技館、夢清園等大型科普教育基地、營地，或者在大自然中開展教學(xué)活動(dòng)。

（三）優(yōu)化教學(xué)設(shè)施，改善教學(xué)環(huán)境

STEM教育實(shí)踐與研究需要一系列硬件設(shè)施保障。在上海教育信息化建設(shè)的過程中，大部分中小學(xué)都完成了教學(xué)硬件的更新?lián)Q代。反觀少年宮的科技教室，設(shè)施設(shè)備還停留在十多年前的水準(zhǔn)，在一定程度上限制STEM教育教學(xué)活動(dòng)。我們計(jì)劃在未來幾年內(nèi)將少年宮的科技教室打造成融合傳播學(xué)、心理學(xué)、空間設(shè)計(jì)、教學(xué)論、科學(xué)技術(shù)等理論的“未來教室”，使多種學(xué)習(xí)方式得以順利開展，促進(jìn)學(xué)習(xí)者的自主探究、團(tuán)隊(duì)協(xié)作等能力的全面發(fā)展。

（四）融合優(yōu)勢資源，加強(qiáng)跨界合作

在開展睿智少年STEM特訓(xùn)營、組織2016 STEM與科技創(chuàng)新教育國際高峰論壇、舉行2017全國青少年STEAM創(chuàng)意展示交流活動(dòng)、實(shí)施少年宮2017秋季STEM課程、開發(fā)STEM項(xiàng)目學(xué)習(xí)手冊的過程中，我們都得到了來自社會(huì)各界的支持，獲得很多啟示和幫助。未來，我們將繼續(xù)開展STEM教育主題論壇，組織STEM展示交流活動(dòng)，吸納更多有志于STEM教育的機(jī)構(gòu)，整合優(yōu)質(zhì)社會(huì)資源，加強(qiáng)跨領(lǐng)域的交流與合作，發(fā)揮1+1>2的功效，不斷提升校外STEM教育品質(zhì)。

參考文獻(xiàn)：

[1]趙中建.基于項(xiàng)目的STEM學(xué)習(xí)：一種整合科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)的學(xué)習(xí)方式[M].上海世紀(jì)出版股份有限公司，2016.

[2][美]達(dá)西·哈蘭德 著.中國科協(xié)青少年科技中心譯.STEM項(xiàng)目學(xué)生研究手冊[M].科學(xué)普及出版社，2013.

[3]楊亞平.美國、德國與日本中小學(xué)STEM教育比較研究[J].外國中小學(xué)教育，2015，（8）.

[4]張杏娟，劉恩山.5E教學(xué)模式在發(fā)展學(xué)生能力和課程建設(shè)中的價(jià)值及作用[J].生物學(xué)通報(bào)，2015.

[5]楊曉哲，任友群.數(shù)字化時(shí)代的STEM教育與創(chuàng)客教育[J].開放教育研究，2015，（10）.

[6]余勝泉，胡翔.STEM教育理念與跨學(xué)科整合模式[J].開放教育研究，2015，（4）.

[7]傅騫，王辭曉.當(dāng)創(chuàng)客遇上STEAM教育[J].現(xiàn)代教育技術(shù)，2014，（10）.