STEM教育與高中通用技術(shù)課程的融合研究*

秦?fù)Q魚(yú)

STEM教育作為當(dāng)前國(guó)際上比較推崇的一種教育理念，其本質(zhì)是改變當(dāng)前分科教育的現(xiàn)狀，為眾多孤立的學(xué)科建立一個(gè)從小學(xué)直至高中的橋梁，使學(xué)生可以從整體上綜合地認(rèn)識(shí)世界、探索世界，從而培養(yǎng)他們的科學(xué)技術(shù)素養(yǎng)。進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，STEM教育的研究和應(yīng)用迅速展開(kāi)。我國(guó)很多中小學(xué)校甚至企業(yè)都在積極探索和開(kāi)展STEM教育。在STEM教育中國(guó)本土化的發(fā)展過(guò)程中，高中通用技術(shù)課程，以其立足實(shí)踐、注重創(chuàng)造、高度綜合的特點(diǎn)為發(fā)展STEM教育提供了一個(gè)良好的實(shí)踐平臺(tái)。通過(guò)將STEM教育理念與高中通用技術(shù)課程的融合，可以實(shí)現(xiàn)學(xué)生的核心素養(yǎng)的提高，進(jìn)一步促進(jìn)STEM教育的落地生根和本土化發(fā)展與應(yīng)用。

一、理論闡述：STEM教育與高中通用技術(shù)課程融合的可行性分析

1.STEM教育順應(yīng)國(guó)家新課改的發(fā)展趨勢(shì)

在日常生活、科研工作中出現(xiàn)的一些問(wèn)題并不是單單一門(mén)學(xué)科的知識(shí)就能解決的，它需要綜合運(yùn)用多種學(xué)科知識(shí)才能解決，因此，STEM這一概念的提出得到了教育、政治、經(jīng)濟(jì)等社會(huì)各界的廣泛關(guān)注。

STEM所涉及的4門(mén)學(xué)科—科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)，四者既緊密聯(lián)系相互依賴，同時(shí)又在目的、形式、任務(wù)、評(píng)價(jià)等方面有所不同。[1]科學(xué)側(cè)重于認(rèn)識(shí)客觀規(guī)律，主要解決“是什么”“為什么”的問(wèn)題；技術(shù)側(cè)重于利用客觀規(guī)律，發(fā)明革新，改造世界；工程是以系統(tǒng)分析和比較權(quán)衡為核心的一種籌劃思維，和技術(shù)共同作用，旨在解決社會(huì)發(fā)展中遇到的難題；工程與技術(shù)作為方法論，回答的是社會(huì)實(shí)踐中“做什么”“怎么做”的問(wèn)題；數(shù)學(xué)重在利用邏輯推理，其將知識(shí)的獲取方法、工具的利用、創(chuàng)新生產(chǎn)的過(guò)程進(jìn)行統(tǒng)一，是科學(xué)、技術(shù)和工程發(fā)展必不可少的工具，具體各要素的關(guān)系如圖1所示。

圖1 STEM要素關(guān)系圖

有別于傳統(tǒng)教育重書(shū)本知識(shí)的單學(xué)科教學(xué)方式，STEM教育倡導(dǎo)多個(gè)領(lǐng)域知識(shí)的綜合運(yùn)用，旨在打破課程邊界，加強(qiáng)學(xué)科間的相互聯(lián)系，通過(guò)整合，培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用多學(xué)科知識(shí)解決生活問(wèn)題的能力，鍛煉學(xué)生的創(chuàng)造能力、動(dòng)手能力、科技素養(yǎng)與創(chuàng)新精神，提升學(xué)生的綜合素質(zhì)。而這正與我國(guó)2017年新課改提出的關(guān)于提升學(xué)生技術(shù)核心素養(yǎng)的要求不謀而合。因此，大力推進(jìn)STEM教育，鼓勵(lì)學(xué)生綜合運(yùn)用多種學(xué)科知識(shí)解決生活問(wèn)題，對(duì)于順應(yīng)新課程改革的發(fā)展趨勢(shì)、實(shí)現(xiàn)我國(guó)中長(zhǎng)期教育改革的發(fā)展目標(biāo)、實(shí)現(xiàn)素質(zhì)教育具有重要意義。

2.高中通用技術(shù)課程是發(fā)展STEM教育的良好平臺(tái)

高中通用技術(shù)是2003年高中新課程改革新增的一門(mén)技術(shù)課程，2017年版通用技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)同樣指出，這是一門(mén)以提高學(xué)生的技術(shù)核心素養(yǎng)為主旨，以設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)、操作學(xué)習(xí)為主要特征的，普通高中學(xué)生必修的課程[2]。首先，它強(qiáng)調(diào)各學(xué)科、各領(lǐng)域知識(shí)的聯(lián)系與綜合運(yùn)用，具有高度的綜合性；其次，它通過(guò)技術(shù)思想和方法的應(yīng)用，進(jìn)行技術(shù)的設(shè)計(jì)、制作和評(píng)價(jià)，是對(duì)學(xué)科體系的超越；第三，除技術(shù)、設(shè)計(jì)之外，它還體現(xiàn)了道德、藝術(shù)等社會(huì)因素，體現(xiàn)了一定的人文特征。在具體教學(xué)中，通過(guò)項(xiàng)目、任務(wù)、問(wèn)題、方案……吸引學(xué)生動(dòng)手、動(dòng)腦、交流、合作、實(shí)驗(yàn)、制作……讓學(xué)生真正體驗(yàn)到成功與失敗、堅(jiān)持與放棄、快樂(lè)與悲傷……而這些對(duì)學(xué)生的發(fā)展和民族的復(fù)興具有非常積極的意義。以高中通用技術(shù)作為實(shí)施STEM教育的平臺(tái)，將STEM 教育與通用技術(shù)課程相融合，為構(gòu)建滿足學(xué)生多樣化發(fā)展需求的通用技術(shù)課程體系提供了新的方向。

二、方法分析：STEM教育與高中通用技術(shù)課程融合的策略研究

1.知識(shí)重組 構(gòu)建基于問(wèn)題的探究式課堂

通用技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)將必修課程分為兩大模塊，技術(shù)與設(shè)計(jì)1和技術(shù)與設(shè)計(jì)2，兩者呈遞進(jìn)關(guān)系，前者側(cè)重基礎(chǔ)性技術(shù)設(shè)計(jì)，后者側(cè)重專題性技術(shù)設(shè)計(jì)。通過(guò)將兩個(gè)模塊的知識(shí)重組，將設(shè)計(jì)的一般過(guò)程的方法、技能在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、控制設(shè)計(jì)等項(xiàng)目中鞏固，將結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)、流程等思想在基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)進(jìn)行融入，同時(shí)課堂的教學(xué)方式由單一知識(shí)的傳遞轉(zhuǎn)移到綜合問(wèn)題的探究，通過(guò)基于問(wèn)題的探究式課堂實(shí)現(xiàn)STEM教育與通用技術(shù)教育的有效融合。課本知識(shí)按照項(xiàng)目開(kāi)展的需要進(jìn)行橫向或者縱向的重新組合后，學(xué)生就解決某一真實(shí)情境中的問(wèn)題為出發(fā)點(diǎn)，綜合運(yùn)用科學(xué)知識(shí)、技術(shù)方法、工程理念、數(shù)學(xué)計(jì)算等知識(shí)，尋求問(wèn)題解決的最佳方案。其中對(duì)知識(shí)的重組包括補(bǔ)充或刪減教材、擴(kuò)展教學(xué)內(nèi)容、調(diào)整教學(xué)順序等。無(wú)論哪種方法其最終目的，是要實(shí)現(xiàn)學(xué)生應(yīng)用綜合知識(shí)解決真實(shí)問(wèn)題的STEM素養(yǎng)能力的提升。

2.項(xiàng)目驅(qū)動(dòng) 構(gòu)建基于活動(dòng)的交互式課堂

面對(duì)復(fù)雜的、真實(shí)情境下的學(xué)習(xí)問(wèn)題，為方便學(xué)生理解和掌握，教師需要把一系列問(wèn)題轉(zhuǎn)化為一套完整的、可操作的項(xiàng)目，學(xué)習(xí)的過(guò)程就是尋求問(wèn)題解決方案并完成項(xiàng)目的過(guò)程。所以，項(xiàng)目的設(shè)計(jì)是STEM教育與具體學(xué)科融合的核心工作和著力點(diǎn)。在項(xiàng)目開(kāi)展的活動(dòng)過(guò)程中，師生雙方充分發(fā)揮其主觀能動(dòng)性，相互對(duì)話、相互討論、相互觀摩、相互促進(jìn)，他們協(xié)同探索，創(chuàng)造、設(shè)計(jì)、建構(gòu)、發(fā)現(xiàn)、合作并解決問(wèn)題。通用技術(shù)新課程標(biāo)準(zhǔn)指出，課程的開(kāi)展要以大項(xiàng)目加輔助案例的形式實(shí)施，大項(xiàng)目應(yīng)選擇基礎(chǔ)性好、綜合性強(qiáng)且貼近學(xué)生的實(shí)踐項(xiàng)目。以學(xué)生活動(dòng)為主，教師引入與課堂內(nèi)容相關(guān)的基于課程的項(xiàng)目，學(xué)生主動(dòng)查閱相關(guān)資料、設(shè)計(jì)制訂方案、實(shí)施項(xiàng)目，解決問(wèn)題，過(guò)程中不僅掌握了本學(xué)科的知識(shí)，學(xué)生的綜合能力以及STEM 綜合素養(yǎng)都會(huì)得到很大的提高。

3.生成學(xué)習(xí) 構(gòu)建基于設(shè)計(jì)的體驗(yàn)式課堂

通用技術(shù)課程學(xué)習(xí)的實(shí)質(zhì)在于對(duì)未知領(lǐng)域探索的體驗(yàn)、思考和感悟，是一個(gè)個(gè)體知識(shí)不斷動(dòng)態(tài)生成的過(guò)程。那么在通用技術(shù)課程與STEM教育結(jié)合的項(xiàng)目設(shè)計(jì)中，就要融入開(kāi)放性的、生成性的、設(shè)計(jì)性的活動(dòng)，包括實(shí)地調(diào)研、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)拼裝、小組競(jìng)賽等，注重學(xué)生的活動(dòng)體驗(yàn)與參與；有了參與就有了對(duì)話，有了對(duì)話也就有了知識(shí)的構(gòu)建與生成。STEM教育重視學(xué)習(xí)過(guò)程，而設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)通過(guò)為學(xué)生提供多種真實(shí)情景和先進(jìn)工具，加強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)體驗(yàn)—猶如STEM教育強(qiáng)調(diào)的是外化學(xué)習(xí)結(jié)果、產(chǎn)出設(shè)計(jì)作品，它注重學(xué)生主動(dòng)、積極參與到學(xué)習(xí)過(guò)程中，通過(guò)作品模型的設(shè)計(jì)制作使學(xué)生在操作體驗(yàn)中探究、反思與提高，實(shí)現(xiàn)理論知識(shí)與實(shí)踐技能的有效銜接，促進(jìn)STEM綜合素養(yǎng)的深層次建構(gòu)。

三、實(shí)踐探索：STEM教育與高中通用技術(shù)課程融合的案例分析

1.教學(xué)設(shè)計(jì)分析

基于STEM理念的通用技術(shù)課程教學(xué)設(shè)計(jì)旨在使學(xué)生在探究問(wèn)題解決方案的過(guò)程中，參與活動(dòng)，綜合運(yùn)用多種所學(xué)知識(shí)體驗(yàn)設(shè)計(jì)和操作過(guò)程，進(jìn)而培養(yǎng)創(chuàng)新能力和技術(shù)核心素養(yǎng)。本案例以蘇教版《技術(shù)與設(shè)計(jì)1》第三章第一節(jié)“設(shè)計(jì)的一般過(guò)程”為基礎(chǔ)，以具有一定的挑戰(zhàn)性和趣味性的“折疊式小板凳的設(shè)計(jì)與制作”為項(xiàng)目載體，符合學(xué)生的認(rèn)知水平，在實(shí)踐中較容易探究出不同的解決方案，讓學(xué)生充分體驗(yàn)設(shè)計(jì)的成功和喜悅，并且材料收集和加工處理難度相對(duì)較低，不需要專門(mén)的設(shè)備支持，有利于項(xiàng)目的開(kāi)展和實(shí)施。同時(shí)，此項(xiàng)目涉及的知識(shí)點(diǎn)較多，既有設(shè)計(jì)一般過(guò)程的了解和運(yùn)用，又包含了系統(tǒng)、流程類(lèi)知識(shí)，在教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)，可以打破后續(xù)章節(jié)的順序，將后續(xù)知識(shí)點(diǎn)融入此項(xiàng)目中。

2.融合教學(xué)目標(biāo)

在2017年版《普通高中通用技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)》中可以發(fā)現(xiàn)，課程在三維目標(biāo)的基礎(chǔ)上凝練了5個(gè)方面的學(xué)科核心素養(yǎng)：技術(shù)意識(shí)、工程思維、創(chuàng)新設(shè)計(jì)、圖樣表達(dá)、物化能力。因此。在設(shè)定一個(gè)單元、一個(gè)項(xiàng)目的學(xué)習(xí)目標(biāo)時(shí)既要依據(jù)核心素養(yǎng)，也要結(jié)合STEM教育理念，進(jìn)行知識(shí)、技能、情感的融合。例如，在《設(shè)計(jì)的一般過(guò)程》一節(jié)當(dāng)中，根據(jù)課本給出的3個(gè)方面的學(xué)習(xí)目標(biāo)[3]在開(kāi)展STEM教育的通用技術(shù)課程中，可以有針對(duì)性地以小項(xiàng)目的形式開(kāi)展本節(jié)課的教學(xué)，學(xué)習(xí)目標(biāo)可以根據(jù)通用技術(shù)核心素養(yǎng)，結(jié)合STEM教育理念進(jìn)行設(shè)定(如圖2所示)。

圖2 《設(shè)計(jì)的一般過(guò)程》學(xué)習(xí)目標(biāo)

3.綜合教學(xué)內(nèi)容

STEM教育理念下的通用技術(shù)課程的課堂教學(xué)要進(jìn)一步體現(xiàn)出綜合性，在教學(xué)過(guò)程中要能夠系統(tǒng)地融合科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)領(lǐng)域的知識(shí)和技能。使學(xué)生在整體中獲得對(duì)技術(shù)的深入理解，并能從對(duì)通用技術(shù)的深入理解延伸到對(duì)學(xué)科的理解和綜合運(yùn)用。在此理念引導(dǎo)下的教學(xué)內(nèi)容要在原有教材基礎(chǔ)上進(jìn)行重新組合設(shè)計(jì)，圖3為《設(shè)計(jì)的一般過(guò)程》中教學(xué)內(nèi)容的組織，既有設(shè)計(jì)，也有操作；既有實(shí)驗(yàn)，也有總結(jié)。同時(shí)，結(jié)合《普通高中通用技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)》(2017年版)以大項(xiàng)目帶動(dòng)小案例的方式開(kāi)展教學(xué)，可以有效地將STEM教育理念融入通用技術(shù)課程，以小組合作、探究學(xué)習(xí)的教學(xué)方式開(kāi)展教學(xué)，課程的內(nèi)容在融合了技術(shù)內(nèi)容的基礎(chǔ)上可以進(jìn)一步融合工程與數(shù)學(xué)的部分，并更多地考慮實(shí)踐性的內(nèi)容，進(jìn)而體現(xiàn)知識(shí)之間的聯(lián)系性，也給學(xué)生提供更多的機(jī)會(huì)應(yīng)用所學(xué)知識(shí)。在設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容的過(guò)程中，有對(duì)設(shè)計(jì)方案的權(quán)衡、有對(duì)結(jié)構(gòu)穩(wěn)固的實(shí)驗(yàn)、有對(duì)材料連接的選擇、有對(duì)構(gòu)件比例的計(jì)算、有對(duì)受力特點(diǎn)的分析、有對(duì)制作流程的設(shè)計(jì)……綜合的教學(xué)內(nèi)容將縱向展開(kāi)的書(shū)本知識(shí)結(jié)構(gòu)化、網(wǎng)絡(luò)化，這有利于學(xué)生對(duì)知識(shí)的綜合運(yùn)用，有利于對(duì)問(wèn)題的系統(tǒng)分析，有利于綜合素質(zhì)的提升。

圖3 《設(shè)計(jì)的一般過(guò)程》教學(xué)內(nèi)容組織圖

4.滲透教學(xué)過(guò)程

之所以要提倡滲透性教育，是因?yàn)榻逃凉B透可以把教育目的意圖隱藏起來(lái)，在不知不覺(jué)中達(dá)到教育目的。正如蘇聯(lián)教育家蘇霍姆林斯基所言：教育者的教育意圖越是隱蔽，就越是能為教育的對(duì)象所接受，就越能轉(zhuǎn)化成教育對(duì)象自己的內(nèi)心要求[4]。黨的十九大的召開(kāi)讓中國(guó)更多舉世矚目的科技成果呈現(xiàn)在世界面前，在教學(xué)過(guò)程中可選擇一組學(xué)生進(jìn)行技術(shù)意識(shí)的綜合教育。近年來(lái)，我國(guó)在航天事業(yè)取得的卓越成就可為通用技術(shù)課程的教學(xué)提供良好的素材。在教學(xué)過(guò)程中通過(guò)精彩的圖片、視頻等形式呈現(xiàn)如中國(guó)天眼、北斗衛(wèi)星、神舟飛船、大飛機(jī)等內(nèi)容，展現(xiàn)中國(guó)的先進(jìn)科學(xué)技術(shù)。學(xué)生在學(xué)習(xí)的過(guò)程中認(rèn)識(shí)到每一項(xiàng)航天事業(yè)取得的輝煌成就都是技術(shù)的體現(xiàn)，包括了從設(shè)計(jì)到實(shí)踐完成的工程項(xiàng)目，而項(xiàng)目中又融合了科學(xué)、數(shù)學(xué)和工程領(lǐng)域的研究成果。通過(guò)這些教學(xué)內(nèi)容的滲透，學(xué)生在無(wú)形中加深了學(xué)科知識(shí)綜合運(yùn)用的意識(shí)。

四、總結(jié)反思：STEM教育與高中通用技術(shù)課程融合的建議

1.培養(yǎng)STEM專業(yè)教師

教師作為學(xué)生學(xué)習(xí)的重要引路人，更要走在STEM教育改革的前列。2017年9月，中國(guó)教育科學(xué)研究院STEM教育研究中心組織召開(kāi)了《STEM教師能力等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(征求意見(jiàn)稿)》專家論證會(huì)，指出STEM教師是STEM教育活動(dòng)的策劃、設(shè)計(jì)、組織和實(shí)施者，直接影響到STEM教育的發(fā)展?！痘谥袊?guó)知網(wǎng)的教師專業(yè)成長(zhǎng)路徑的文獻(xiàn)計(jì)量學(xué)研究》[5]一文也提出，教師的專業(yè)發(fā)展不僅要有學(xué)科知識(shí)，更要掌握多種學(xué)科綜合教學(xué)的系統(tǒng)理論，懂得如何應(yīng)用科學(xué)技術(shù)改善教學(xué)。然而當(dāng)前各校從事STEM教學(xué)的教師多數(shù)由物理、化學(xué)、數(shù)學(xué)等學(xué)科教師兼任，在學(xué)科背景、實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)、基礎(chǔ)水平等因素的影響下，教師對(duì)整合學(xué)科的STEM教育理解不盡相同。因此，培養(yǎng)STEM專業(yè)教師，提高教師的綜合素養(yǎng)也就成為推進(jìn)STEM教育的重點(diǎn)，成為建構(gòu)高中通用技術(shù)STEM課程的首要因素。

2.整合STEM課程設(shè)置

我國(guó)目前的高中教育多采用分科教學(xué)模式，各學(xué)段、各單元之間學(xué)科界限清晰，未真正考慮到學(xué)科之間的聯(lián)系。STEM教育為整合通用技術(shù)課程提供了好的參考，但是在具體實(shí)施過(guò)程中，還要就課程之間的融合設(shè)置、項(xiàng)目的選擇等方面進(jìn)行綜合考慮，各教育部門(mén)、各學(xué)校行政部門(mén)、一線教師要進(jìn)行各級(jí)的統(tǒng)籌安排，在認(rèn)真研讀通用技術(shù)新課程標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，打破學(xué)科界限，開(kāi)發(fā)、編寫(xiě)、研制適合當(dāng)?shù)亟虒W(xué)實(shí)際的科學(xué)教材，真正讓學(xué)生實(shí)現(xiàn)跨學(xué)科學(xué)習(xí)，跨學(xué)科發(fā)展，跨學(xué)科應(yīng)用知識(shí)。

3.優(yōu)化STEM教育項(xiàng)目

就現(xiàn)有通用技術(shù)教學(xué)課程而言，并不是所有知識(shí)點(diǎn)都適合采用STEM的形式開(kāi)展教學(xué)，因此在實(shí)施通用技術(shù)STEM課程的過(guò)程中要堅(jiān)持因地制宜、自主開(kāi)發(fā)的原則，最大限度地進(jìn)行兩者的整合，最大化地融合多門(mén)課程，依據(jù)科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)等標(biāo)準(zhǔn)解決不同的挑戰(zhàn)，設(shè)計(jì)有助于培養(yǎng)學(xué)生問(wèn)題解決能力的綜合性主題，從而優(yōu)化STEM教育項(xiàng)目，潛移默化地發(fā)展STEM教育。

高中通用技術(shù)的課程理念使得它可以較好地承載STEM教育的實(shí)施與發(fā)展。通用技術(shù)課程應(yīng)充分發(fā)揮自身的課程優(yōu)勢(shì)，借鑒國(guó)外STEM教育的發(fā)展經(jīng)驗(yàn)，立足培養(yǎng)學(xué)生的技術(shù)核心素養(yǎng)，實(shí)現(xiàn)通用技術(shù)課程的目標(biāo)和理念，從而有力推動(dòng)STEM 教育在中國(guó)的開(kāi)展。