基于項目學習的STEM整合課程內(nèi)涵與實施路徑研究

董澤華　卓澤林

摘要：STEM整合課程通過建立科學、技術(shù)、工程和數(shù)學之間的跨學科聯(lián)系，發(fā)展學生解決真實問題的能力，符合核心素養(yǎng)的落實要求。如何在課堂中有效地實施STEM整合課程是開展STEM教育的核心難題。該研究在梳理STEM整合課程內(nèi)涵的基礎(chǔ)上，提出以項目學習模式來實施STEM整合課程，包括設(shè)計真實的項目活動、運用指向?qū)W生參與的教學策略、為了學生跨學科學習的評價方式。基于此，該研究進一步通過分析《設(shè)計喂鳥器》STEM項目學習的三個教學片段，例舉了設(shè)計喂鳥器項目的活動引入、喂鳥器核心議題的師生深度課堂對話以及喂鳥器設(shè)計評價任務(wù)的開展，以期為實施STEM整合課程提供具體的案例參照。最后，該研究指出實施基于項目學習的STEM整合課程在促進學生學習的同時，也對教師的專業(yè)發(fā)展提出全新要求。

關(guān)鍵詞：項目學習;STEM整合課程;內(nèi)涵與實施

中圖分類號：G434 文獻標識碼：A

新世紀以來，整個世界的經(jīng)濟發(fā)展逐漸從以傳統(tǒng)制造業(yè)為主導(dǎo)轉(zhuǎn)向以知識、科技創(chuàng)新為核心，這使得科技創(chuàng)新人才成為國家和社會發(fā)展的源動力。而對科技人才的培養(yǎng)要求促使課堂必須深度發(fā)展學生的跨學科問題解決能力、批判性思維與合作交流能力等。但是，諸多學校課堂受制于外界的升學壓力，將應(yīng)試作為學校發(fā)展的重點，以分數(shù)驅(qū)動的教學模式取代了高質(zhì)量的促進學生真正學習的教學實踐。為了培養(yǎng)未來所需的科技人才，學校課程必須發(fā)生變革，越來越多的研究表明由科學（Science）、技術(shù)（Technology）、工程（Engineering）和數(shù)學（Mathematics）組合而成的STEM整合課程（Integrative STEM Curriculum）逐漸成為實現(xiàn)上述愿景的重要渠道?！吨袊鳶TEM教育白皮書》（2017）也提議將STEM教育發(fā)展納入國家創(chuàng)新人才培養(yǎng)戰(zhàn)略，構(gòu)建系統(tǒng)化、跨學段的STEM整合課程。這是因為STEM整合課程能讓學生在真實情境中，經(jīng)歷有意義的學習過程，擁有足夠的學習機會以來探索和發(fā)展科學技術(shù)，綜合運用多種學科知識以提升問題解決的能力，這符合創(chuàng)新人才培養(yǎng)的本質(zhì)要求。其中，以項目學習為載體的STEM整合課程是實現(xiàn)STEM育人目標、培養(yǎng)STEM創(chuàng)新型人才的一種重要模式。因此，如何基于項目學習來實施STEM整合課程，幫助學生跨學科進行跨學科學習，提升學生創(chuàng)新實踐能力成為本研究的重點。

一、基于項目學習的STEM整合課程

（一）STEM整合課程

科學、技術(shù)、工程和數(shù)學四門課程知識之間存在著普遍的交叉聯(lián)系，這為STEM整合課程的形成提供了必要條件。當前，學界對STEM整合課程的不同理解產(chǎn)生了不同的STEM整合課程內(nèi)涵。桑德斯（Sanders）將STEM整合課程定義為“探索STEM兩個或以上學科領(lǐng)域之間，或者任一STEM學科和其他學校學科之間的教與學的方法”。摩爾（Moore）等人將STEM整合課程界定為“基于學科和真實世界問題之間的聯(lián)系，將STEM的某些學科或所有學科內(nèi)容納入到某一課堂、某一單元或某一節(jié)課之中”。在這一定義中，摩爾特別重視教師通過STEM情境的整合來教授STEM中某門或多門學科內(nèi)容?；裟幔℉oney）等人將STEM整合課程概括為“在復(fù)雜現(xiàn)象或情境下，學生運用STEM各學科的知識和技能完成特定學習任務(wù)”。該定義與摩爾等人所界定的STEM整合課程有一定的相似性，都特別強調(diào)課程情境對于課程整合的重要作用。凱利（Kelley）和諾爾斯（Knowles）兩位研究者也將STEM整合課程理解為“在真實情境中結(jié)合STEM實踐，建立學科間的聯(lián)系以促進學生學習為目的，教授兩個或更多STEM領(lǐng)域內(nèi)容的方法”。上述STEM整合課程的定義，盡管表述各有不同，但都強調(diào)應(yīng)基于真實情境，打破STEM四門學科的界限，將各個學科建立知識聯(lián)系，以達成跨學科整合的效果。此外，STEM整合課程并不是簡單地將四門學科合并，更不是“一刀切”地將所有四門學科內(nèi)容都設(shè)計到某一節(jié)課當中，而是需要根據(jù)特定主題找到學科問的關(guān)聯(lián)點，實現(xiàn)STEM的跨學科整合?？傊xSTEM整合課程并不是一件難事，而實施STEM整合課程才是開展STEM教育的真正挑戰(zhàn)所在。

（二）基于項目學習的STEM整合課程

為了有效地實施STEM整合課程，大量的學習模式不斷涌現(xiàn)，包括項目學習、探究學習、問題學習以及設(shè)計學習等。其中，項目學習（Project-based Learning）旨在以真實項目為基礎(chǔ)，要求學生運用多種方法技能，解決一系列問題，進而來完成最終項目。高質(zhì)量的項目學習往往指向?qū)W生學習的本質(zhì)，成為發(fā)展學生跨學科素養(yǎng)最為重要的一種學習模式。穆斯塔法（Mustafa）等人對近十年STEM整合課程研究的元分析表明，項目學習是當前STEM整合課程開展數(shù)量最多的學習模式。這也在一定程度上佐證了基于項目學習開展STEM整合課程的高效性。基于項目學習的STEM整合課程，也即STEM項目學習，為學生提供開放式的真實項目任務(wù)，引導(dǎo)學生通過掌握和運用STEM跨學科知識和技能，解決多個相關(guān)問題，最終完成項目任務(wù)，達成所要求的項目學習目標。在STEM項目學習中，明確的STEM學習結(jié)果和開放的STEM項目任務(wù)是兩大核心要素。明確的學生STEM學習表現(xiàn)結(jié)果是指，通過實施STEM項目學習，學生實現(xiàn)所要求的STEM課程學習目標，也就是學生應(yīng)該在科學、技術(shù)、工程和數(shù)學等方面呈現(xiàn)怎樣的具體學習結(jié)果。開放的STEM項目任務(wù)則是借助項目解決方案的多種可能性，讓學生運用STEM學科知識自由地解讀項目相關(guān)的問題，以形成諸多解決方式?？梢?，基于項目學習的STEM整合課程旨在讓學生參與到真實的STEM項目任務(wù)當中，學習和調(diào)動科學、技術(shù)、工程和數(shù)學等學科知識，形成項目解決方案并予以實施，最終完成項目產(chǎn)品，實現(xiàn)所要求的學習期望。

二、基于項目學習的STEM整合課程實施路徑

如果將實施理解為預(yù)設(shè)的方案在實踐中的具體開展，那么學校課堂層面的課程實施則主要涉及到學習方案的設(shè)計、教學實踐的開展以及對學生學習達成情況的評價。因此，實施基于項目學習的STEM整合課程，也主要包括這三大關(guān)鍵議題，分別為設(shè)計STEM項目活動以最大化地為學生提供學習機會，落實指向?qū)W生深度參與STEM項目學習的教學實踐以及開展為了學生STEM學習的評價?；诖?，本研究從這三大議題出發(fā)，探索STEM項目學習的可能實施路徑。

三、案例分析

在這一部分，我們將呈現(xiàn)上海某小學STEM課堂的三個教學片段。這三個片段都是同一位教師在教授《設(shè)計喂鳥器》STEM項目的不同時間段所產(chǎn)生的師生對話，并且充分體現(xiàn)了項目學習視角下STEM整合課程的教學特點。整個《設(shè)計喂鳥器》項目學習貫穿一整個學期，在一般情況下，該教師每兩星期上一次課，每次都是連續(xù)兩個課時?！对O(shè)計喂鳥器》項目的最終目標是學生以小組為單位，經(jīng)過一系列STEM課程學習和動手實踐之后，運用科學、技術(shù)、工程和數(shù)學等知識，設(shè)計喂鳥器方案，并根據(jù)方案制作一個能夠適合鳥類居住的喂鳥器。其中，該教師所用到的課程材料主要是由其所在學校向國際培森（Person）教育公司購買的，目前，國內(nèi)不少學校也在用此課程材料。但在與教師的訪談中，該教師提及培森課程材料非常簡單，很難直接指導(dǎo)教學的具體開展，因此，每節(jié)課教案的具體設(shè)計成為該教師課前的必備核心工作。盡管這讓教師失去照搬教材的“機會”，但反而給教師設(shè)計和開展STEM項目學習提供了足夠的自由空間。在這一背景下，我們援引三個課堂師生對話的片段，來一窺該教師是如何來基于喂鳥器項目具體開展STEM整合課程的。

（一）教學片段一：喂鳥器項目活動的引入

教師：剛剛通過視頻了解到如果一個地方的花朵枯萎了，如果一個地方的環(huán)境變得非常惡劣了，鳥類會通過遷徙的方式遷到其它地方來尋求更多的食物來源。那在我們上海地區(qū)也有很多的鳥類。據(jù)相關(guān)研究表明，這些鳥類數(shù)量也是在不斷減少的。除了城市森林面積少之外，還有一些比較極端惡劣的天氣，比如冬天異常的寒冷，夏天異常的酷熱，都會影響他們的覓食。那大家作為上海的一份子，你們可以為鳥類做些什么？幫助鳥類能做什么？

學生A：我們要保護綠化。

學生B：我們可以做個籠子，籠子里面給鳥兒放一些食物，讓它們在里面生存下去。

教師：你要把鳥捉到籠子里嗎？

學生B：不是，放些食物引誘它，讓它好好活下來。

教師：噢，我領(lǐng)會你的意思了。就是做一個籠子，用這個籠子來讓鳥兒休息。這個籠子叫什么？

學生（所有）：喂鳥器。（注：因為在前面的視頻已經(jīng)有提到喂鳥器的概念，學生就大膽說出了這個專業(yè)術(shù)語）

學生C：我可以自己動手做一個喂鳥器，然后做一個鳥巢，在鳥巢中放些食物，這樣小鳥就不用擔心沒有地方住了。

教師：非常有愛心，大家都想到了做一個喂鳥器，幫助小鳥度過寒冷的冬季。

……

教師：那么制作喂鳥器對我們來說是一個很大的什么？

學生D：哦……困難。

學生（部分）：工程。

學生（部分）：項目。

教師：對的，是很大的項目，工程。我們在做這項工程的時候，我們需要做哪些事情呢？

……

由于《設(shè)計喂鳥器》的項目情境是以國外生態(tài)環(huán)境為背景，這樣的情境設(shè)計就很難直接讓上海的小學生產(chǎn)生代入感，為了更好地把學生帶入到周圍生活中，在情境導(dǎo)入方面，該教師做了如下的本土化調(diào)整：首先通過網(wǎng)絡(luò)資源，特別是視頻資源介紹南美洲常見的蜂鳥在冬天時南遷覓食，南方的居民會為蜂鳥提供保暖的窩。然而，這樣的情境還是不容易讓學生真實體驗鳥窩對于鳥的重要性，也就難以讓學生置身其中去解決問題。教師進而以上海為真實背景，介紹上海地區(qū)的不同種類的鳥，指出上海并沒有太多森林綠化的前提下，呼吁學生為鳥類建造喂鳥器。于是，發(fā)生了上述引出《設(shè)計喂鳥器》項目活動的相關(guān)對話。

這段課堂對話發(fā)生在《設(shè)計喂鳥器》STEM項目的第二次課程教學中，教師在經(jīng)過良好的情境引入之后，引發(fā)學生對項目的初步認知，進而慢慢地呈現(xiàn)本學期所要解決的STEM核心問題，即“如何幫助鳥兒度過寒冷的冬季？”，解決這一問題就是需要開展相應(yīng)的STEM項目。此時，教師鼓勵讓學生提出可解決該問題的項目方案，也就是設(shè)計一個適合鳥類生活的“籠子”。在這里，這一項目是真實的，設(shè)計真正能夠適合鳥類生活的“籠子”，把學生帶入到真實情境中，而且核心問題是明確的，但具體如何實現(xiàn)喂鳥器的設(shè)計，教師在這堂課中并沒有直接說，而是讓學生盡其所能地發(fā)散思維。同時，教師也在注重盡可能為學生營造可以大膽表達、貼近現(xiàn)實生活的學習環(huán)境，面對學生各種類型的回答，教師都給予不同程度地回應(yīng)。最終，我們看到學生的回答從“籠子”到“喂鳥器”，再到“工程項目”，呈現(xiàn)遞進式的STEM概念轉(zhuǎn)化。

（二）教學片段二：小組深度討論喂鳥器的設(shè)計要點

教師：哪一個組，先到前面來匯報？對，你們小組，全部上來，每人說一條哦。

小組1（學生E）：我是認為給麻雀的食物要多，因為我經(jīng)?？吹铰槿冈诘厣铣詠沓匀?。

教師：你的意思是給鳥的食物要多樣化。

小組1（學生F）：麻雀要飛來飛去，要給它有地方飛。

教師：就是這個喂鳥器要大。

小組1（學生G）：高度要適合，高度要很高的話，就會很寒冷，麻雀就會凍死。

小組1（學生H）：還有，我們認為環(huán)境也要好，環(huán)境不好的話，會污染食物。

教師：都說好了吧？很棒。這一小組對喂鳥器的要求給出了他們的理由。

小組2（學生I）：如果喂鳥器食物過多的話，食物就會過期了。

小組2（學生J）：喂鳥器的高度，有的鳥兒習慣飛得很高，有的鳥兒習慣飛得很低，所以要確保麻雀飛行的高度，才能確保喂鳥器的高度。

教師：好，非常棒，繼續(xù)。

小組2（學生K）：喂鳥器口的大小，因為有的鳥很大，有的鳥很小，所以我們從體積、面積來設(shè)計的。

小組2（學生L）：還有，如果食物太少的話，鳥之間就會爭搶，有些鳥就會受傷了。

……

教師：接下來的小組講的盡量不要和他們重復(fù)哦。

……

該片段主要是在學生小組合作討論設(shè)計喂鳥器方案所應(yīng)注意的事項之后發(fā)生的課堂對話。STEM項目學習強調(diào)工程設(shè)計對于項目完成的重要意義。因此，在讓學生完成喂鳥器這一工程時，教師首先要求學生進行頭腦風暴，相互合作來對喂鳥器的設(shè)計規(guī)范進行討論，然后對所討論的內(nèi)容進行小組匯報。在這一堂課中，小組討論匯報幾乎占了整整一節(jié)課的時間，教師讓學生以小組為單位深度挖掘設(shè)計喂鳥器應(yīng)該注意的事項，這體現(xiàn)了對STEM項目中核心話題的深度探索。其中，教師持續(xù)地引導(dǎo)小組學生產(chǎn)生更為多樣的問題，并不斷讓學生從不同角度提出自己不同的觀點，盡可能地讓每個學生都“有話可說”。在這樣的情形下，學生擁有足夠多的機會參與STEM項目討論，每個人都有表達的機會。盡管我們看到在這一對話片段中，教師的話語數(shù)量很少，更多地是學生在匯報交流，但實際上，該教師在行為動作上，卻是在經(jīng)常地鼓勵、引導(dǎo)、規(guī)范學生的表達，不斷地去發(fā)現(xiàn)學生的閃光點，而這反而要求教師比傳統(tǒng)課堂教學需要投入更多的精力。正如前面所提到，在STEM項目學習中，教師是學生學習的引導(dǎo)者和促進者。

（三）教學片段三：喂鳥器項目評價任務(wù)的開展

教師：請你在拿到這張設(shè)計單時，馬上把你要喂的鳥的種類填上去。要注意哦，填上海地區(qū)比較常見的鳥。最好不可以出現(xiàn)上海或者中國沒有的鳥兒，不然的話，你設(shè)計的喂鳥器就沒有鳥來吃（里面的食物）。

學生M：好的！

教師：大家在設(shè)計喂鳥器之前，你們要看下我這邊的評分標準。請你們按照這樣的評分標準來設(shè)計，第一條布局要合理，書寫要清晰，字跡工整。第二條，團隊合作。第三條設(shè)計要貼合實際。第四條，喂鳥器的功能要盡可能齊全……（注：接下去老師闡述評分標準的內(nèi)容及要求，并自己展示較好的作品，體現(xiàn)評分標準所要求的）

教師：接下來我想問同學們一個問題，如果我們小組里三名同學，在設(shè)計的過程當中，比如對于采用什么零件啊、什么材料啊，有爭議，遇到這種情況怎么辦？

學生N：那每個人都可以說說為什么這個好，然后呢，最終看最好的材料來做。

教師：對，我們可以采取小組討論、投票的結(jié)果來決定用什么材料來做。如果你們小組只有兩名同學的話，可以找我，我來幫你們投投票，哪一個材料更棒。

該教學片段主要關(guān)于教師對喂鳥器方案設(shè)計評價任務(wù)的開展，包括以評分規(guī)則引導(dǎo)學生完成項目以及小組評議促進學生學習，體現(xiàn)了為了學生學習的評價理念。我們看到教師首先提出了課堂中學生所應(yīng)完成的評價任務(wù)，也就是畫好喂鳥器的設(shè)計圖紙，并且應(yīng)像工程師設(shè)計專業(yè)圖紙一般，對方案注明所用的材料、尺寸等，這就要求學生綜合應(yīng)用科學、數(shù)學、技術(shù)、工程甚至藝術(shù)學科的知識。開放式的評價任務(wù)讓學生不再局限于回答某一問題，或者完成某一些試題，而是讓學生放手大膽地設(shè)計喂鳥器圖紙。為了使得學生的表現(xiàn)變得可見，從而變得可測評，對應(yīng)這一評價任務(wù)，教師設(shè)計了學生能夠理解的具體評分規(guī)則。這一方面幫助教師評價學生的任務(wù)完成度，另一方面，學生也可對照評分規(guī)則來完成喂鳥器圖紙的設(shè)計。而這正是體現(xiàn)了指向?qū)W生學習的評價思想。此外，教師在具體實施評價時，針對“有爭議”的議題，采取的策略是鼓勵學生相互討論、相互評價，同時要求小組成員經(jīng)過科學地論證，得出小組最為理想的結(jié)果。更值得注意的是，該教師將自己教師角色適時地轉(zhuǎn)為學生的同伴，鼓勵學生讓自己參與到學生的設(shè)計活動評價中去，將教師評價作為學生的同伴評價，讓學生感受到教師同樣是他們的合作伙伴。這與傳統(tǒng)的教師絕對評價中心有著鮮明的區(qū)別。

四、結(jié)語

STEM整合課程為學生學習21世紀關(guān)鍵知識和技能提供了足夠的學習機會，并能顯著提升學生的跨學科學習態(tài)度。學生運用跨學科知識投身于STEM項目進而完成STEM項目，在這一過程中，他們擁有更多機會產(chǎn)生深度學習，實現(xiàn)跨學科問題解決和創(chuàng)新能力的發(fā)展。從前文所展示的三個教學片段中，我們可以清楚地看到STEM項目學習的課堂畫面，從項目設(shè)計、實施到評價，始終以項目解決為中心。本文詳細論述了項目學習視角下STEM整合課程的可能實施路徑，并為其提供了具體的課堂案例參照，以期幫助教師更好地理解STEM整合課程以及基于項目來開展STEM整合課程。很顯然，STEM項目學習的出現(xiàn)也給理科教師的專業(yè)發(fā)展帶來了諸多挑戰(zhàn)。首先，教師需要對項目學習和STEM整合課程有充分的認識。如果教師所經(jīng)歷的課程學習很少有跨學科內(nèi)容的聯(lián)系，那么他們對STEM項目學習的理解也就會出現(xiàn)偏頗，課堂的跨學科學習也就名不副實。其次，教師必須要有意識、有能力來引導(dǎo)學生積極參與課堂合作與討論之中，甚至放下身段參與到學生的解決項目工作中。這是因為STEM項目的解決關(guān)鍵在于團隊的合作交流，學生在合作中才能實現(xiàn)跨學科學習，這也是STEM項目學習育人目標的本質(zhì)所在。最后，為了能夠讓STEM項目學習變得有效果，教師還應(yīng)善于調(diào)動STEM相關(guān)的課程資源，以為學生盡可能地提供腳手架，支持學生學習。目前，盡管已有不少課程公司開發(fā)STEM課程材料，由于地方、學校情境的差異性，學生群體的獨特性，因此，照搬課程材料內(nèi)容并不是實施STEM項目學習的明智選擇，如何用活已有資源甚至創(chuàng)造新的課程資源的關(guān)鍵仍然在于教師本身。

STEM整合課程可以作為一個打破中國分科教學模式的突破口，但這需要從根本上加強教師的STEM整合教學專業(yè)發(fā)展。對STEM整合課程全新理念的認識、STEM整合教學變革的理解，都是有志于投身STEM教育的中國教師所需面對的挑戰(zhàn)。STEM整合課程源于國外，如何在中國本土課堂情境中開展，并在課堂中不斷追尋、完善STEM整合課程實施模式，還需要更多的教師和教育研究者一起加入實踐探索。