證據(jù)導(dǎo)向的STEM教學(xué)模式研究

余勝泉 吳斕

摘要：當(dāng)前我國STEM教育存在一些典型問題：過分關(guān)注技術(shù)而不遵循教育規(guī)律;學(xué)生只會模仿教師的操作，沒有真正體驗(yàn)知識獲得的過程;缺乏基于證據(jù)進(jìn)行推理的過程導(dǎo)致學(xué)生科學(xué)意識不強(qiáng);缺少過程性數(shù)據(jù)來驗(yàn)證學(xué)生的創(chuàng)新學(xué)習(xí)能力提升以及創(chuàng)新學(xué)習(xí)發(fā)生;缺少對學(xué)生知識掌握水平和能力素養(yǎng)評估導(dǎo)致STEM教育淪為一種職業(yè)技術(shù)培訓(xùn)。基于證據(jù)的學(xué)習(xí)理論為解決STEM教育問題提供了思路。它是為解決特定學(xué)習(xí)問題而運(yùn)用一些證據(jù)驗(yàn)證假設(shè)、發(fā)現(xiàn)并得出解決問題方案的一種學(xué)習(xí)范式;強(qiáng)調(diào)關(guān)注學(xué)生的學(xué)習(xí)過程，基于證據(jù)來呈現(xiàn)學(xué)習(xí)結(jié)果并由此證明學(xué)習(xí)活動及學(xué)習(xí)成效已經(jīng)發(fā)生?；谠摾砟顦?gòu)建的證據(jù)導(dǎo)向的STEM教學(xué)模式，強(qiáng)調(diào)在設(shè)計(jì)問題或項(xiàng)目時(shí)注重知識的內(nèi)在邏輯以及跨學(xué)科整合性;強(qiáng)調(diào)要以發(fā)展學(xué)生關(guān)鍵能力和核心素養(yǎng)為目標(biāo)，積極開展形成性評價(jià)和表現(xiàn)性評價(jià);強(qiáng)調(diào)要充分發(fā)揮大數(shù)據(jù)、人工智能等新一代信息技術(shù)的作用，創(chuàng)設(shè)良好的學(xué)習(xí)證據(jù)生成、采集、分析、利用的數(shù)據(jù)驅(qū)動的教學(xué)環(huán)境。實(shí)踐案例表明：基于證據(jù)的學(xué)習(xí)有助于推進(jìn)跨學(xué)科知識融合的 STEM 教育，幫助學(xué)生夯實(shí)科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)等知識基礎(chǔ)，提升其創(chuàng)新精神與實(shí)踐能力，實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新型、創(chuàng)業(yè)型人才的培養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：基于證據(jù)的學(xué)習(xí);證據(jù)導(dǎo)向;STEM教育;教學(xué)模式

一、當(dāng)前STEM教育中存在的典型問題

1.課堂上過分關(guān)注技術(shù)而不遵循教育規(guī)律

當(dāng)前，中小學(xué)校紛紛建設(shè)創(chuàng)客空間和手工作坊，大批量地引進(jìn)開源電路板、激光打印機(jī)、切割機(jī)、3D打印機(jī)、機(jī)器人套件等，在教育教學(xué)中過分關(guān)注各類技術(shù)和產(chǎn)品的炫酷、新穎程度，忽視教育教學(xué)規(guī)律，沒有從學(xué)生個(gè)體身心發(fā)展的教育規(guī)律出發(fā)，沒有遵循學(xué)生科學(xué)的認(rèn)知規(guī)律，導(dǎo)致STEM課堂缺乏科學(xué)的課程規(guī)劃和教學(xué)方案設(shè)計(jì)，STEM課程結(jié)構(gòu)和生態(tài)體系松散，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中只是體驗(yàn)了技術(shù)的新奇感，而沒有理解背后相關(guān)的科學(xué)原理，學(xué)完之后在知識和能力方面得不到提升，使得STEM教育變成華而不實(shí)的口號，對創(chuàng)新人才的培養(yǎng)未能起到應(yīng)有的作用。

2.學(xué)生只會模仿老師的操作而沒有真正體驗(yàn)到知識獲得的過程

由于STEM課程缺少基礎(chǔ)性學(xué)科知識的融合，沒有關(guān)聯(lián)學(xué)科的核心素養(yǎng)，學(xué)生只知道模仿老師、重復(fù)過程性操作，而不了解操作過程背后隱含的學(xué)科原理與知識背景。沒有掌握這些基礎(chǔ)的學(xué)科知識與原理，不能進(jìn)行知識的遷移和應(yīng)用，創(chuàng)新思維和實(shí)踐能力得不到發(fā)展，尤其是學(xué)生跨學(xué)科、情境性和社會化問題解決能力沒有獲得鍛煉的機(jī)會，只是簡單的技能熟練學(xué)習(xí)，使得STEM教育最后演化成職業(yè)教育早期階段，與其最初的教育理念背道而馳。

3.缺乏基于證據(jù)進(jìn)行推理的過程，學(xué)生的科學(xué)意識不強(qiáng)

STEM課程是圍繞解決問題開展的，在解決問題的過程中需要學(xué)生理解問題情境、尋找解決問題的一系列證據(jù)，并對證據(jù)作科學(xué)的分析，在理性的分析和推理之后提出一個(gè)或多個(gè)科學(xué)的解決問題方案。學(xué)生在這個(gè)過程中基于證據(jù)的推理，理解和掌握問題背后包含的學(xué)科知識和科學(xué)原理。然而，當(dāng)前STEM的教學(xué)仍停留在讓學(xué)生模仿操作的階段，缺少對學(xué)生解決問題過程中證據(jù)的關(guān)注。學(xué)生缺少主動探尋解決問題的證據(jù)以及分析、推理的經(jīng)驗(yàn)，導(dǎo)致科學(xué)意識不強(qiáng)，創(chuàng)新活動很難發(fā)生。因此，需要在STEM教育中滲透基于證據(jù)的思想，促進(jìn)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的提升。

4.缺少過程性數(shù)據(jù)來驗(yàn)證學(xué)生的創(chuàng)新學(xué)習(xí)能力提升以及創(chuàng)新學(xué)習(xí)的發(fā)生

大部分STEM課程都采用結(jié)果導(dǎo)向型評價(jià)，每門課程讓學(xué)生完成一件作品，基于最終的作品去評價(jià)。評價(jià)依據(jù)和評價(jià)方式比較單一，即使加上生生互評或?qū)W生自評的方式，但是這種評價(jià)方式往往較為主觀和具有不確定性。而STEM教育最關(guān)注的是學(xué)生對知識的理解和各種能力的發(fā)展水平。由于這些能力的發(fā)展是循序漸進(jìn)的，具有連續(xù)性和過程性，因此很難被表征和評估。只有一個(gè)最終作品或者問卷式的評價(jià)方式難以客觀地展示出學(xué)生的學(xué)習(xí)過程，以及在這個(gè)過程中學(xué)生的能力變化。當(dāng)前STEM教學(xué)中缺少過程性的評價(jià)和支持評價(jià)的學(xué)習(xí)證據(jù)。學(xué)生在STEM教育過程中到底學(xué)會了什么？能力上哪些方面得到了提升？這些都需要關(guān)注STEM教育的過程以及收集過程性的資料和數(shù)據(jù)去證明和評估。

5.缺少對知識掌握水平和能力素養(yǎng)的評估導(dǎo)致STEM教育淪為一種職業(yè)技術(shù)培訓(xùn)

如上所述，在STEM教育評價(jià)過程中常常以學(xué)生的作品為主要評價(jià)依據(jù)，缺少學(xué)生學(xué)習(xí)的過程性數(shù)據(jù)，不能做到證據(jù)支持的學(xué)習(xí)評價(jià)。評價(jià)只注重單一學(xué)科知識的獲得，沒有包含對知識掌握水平的評價(jià)，只關(guān)注學(xué)生解決問題的結(jié)果，不關(guān)注學(xué)生在此過程中是否真正理解了問題背后包含的科學(xué)原理和學(xué)科知識，更沒有關(guān)注學(xué)生的交叉學(xué)科知識應(yīng)用水平。學(xué)生在綜合應(yīng)用各種知識解決問題的過程中會鍛煉各種能力，如邏輯思維能力、抽象思維能力、判斷能力、問題解決能力等，而這種基于結(jié)果的評價(jià)不能評估學(xué)生能力素養(yǎng)的發(fā)展水平。只關(guān)注學(xué)生是否解決問題或完成作品，而忽視學(xué)生知識理解水平和能力素養(yǎng)發(fā)展?fàn)顩r，導(dǎo)致STEM教育淪為一種職業(yè)技術(shù)培訓(xùn)。

其實(shí)STEM課程不需要過于復(fù)雜的科學(xué)知識去包裝，也不需要高科技的元素去修飾，它的重心在于課程內(nèi)容的設(shè)計(jì)。也許只需要一些樸素的材料，簡單的活動就能幫助學(xué)生理解復(fù)雜的科學(xué)知識并鍛煉跨學(xué)科解決問題的思維。而我們的學(xué)生花了不少時(shí)間去學(xué)習(xí)STEM課程，但他們只知道模仿，不明白其中的科學(xué)道理，創(chuàng)新能力也較差。這需要我們將關(guān)注的視線從STEM教育的外觀、形式、結(jié)果轉(zhuǎn)移到內(nèi)容、設(shè)計(jì)和過程中，關(guān)注學(xué)生在STEM課堂中究竟學(xué)到了什么，是否真正理解了科學(xué)原理，跨學(xué)科解決問題的能力是否真正得到了鍛煉，有哪些能力得到了提升，這些能力發(fā)展的程度又是如何等。這些都需要在STEM教育過程中尋找證據(jù)，精準(zhǔn)地表征STEM教育的教學(xué)效果，關(guān)注STEM教育取得的實(shí)際成效，使學(xué)生的學(xué)習(xí)效率真正得到提升。因此，“基于證據(jù)的學(xué)習(xí)”這一理念為STEM教育的健康發(fā)展提供了科學(xué)的方向。

二、基于證據(jù)的學(xué)習(xí)內(nèi)涵與特征

“基于證據(jù)”理論起源于醫(yī)學(xué)，最初只是教授醫(yī)學(xué)的一種方法，意指通過各種科學(xué)手段獲得可見的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和結(jié)果以指導(dǎo)醫(yī)學(xué)行為的實(shí)施和相關(guān)政策的生成（Ková?ová? et al.，2014）。進(jìn)入本世紀(jì)后，“基于證據(jù)”理論迅速為人們尤其是政府組織所認(rèn)可，并將之推廣到眾多領(lǐng)域，包括政治學(xué)、犯罪學(xué)、社會保障和教育等。教育作為一種專業(yè)實(shí)踐，應(yīng)該基于證據(jù)（Evidence-Based）或者至少從證據(jù)中獲取信息（Evidence-Informed），并將之應(yīng)用在學(xué)生學(xué)習(xí)、教師教學(xué)以及教育政策制定等方面（楊文登等，2012）?！盎谧C據(jù)”的思想指導(dǎo)教育教學(xué)實(shí)踐，并由此催生出新的學(xué)習(xí)文化——基于證據(jù)的學(xué)習(xí)（Evidence-Based Learning，簡稱EBL）。

1.基于證據(jù)的學(xué)習(xí)內(nèi)涵

基于證據(jù)的學(xué)習(xí)是為解決特定學(xué)習(xí)問題而運(yùn)用一些證據(jù)驗(yàn)證假設(shè)、發(fā)現(xiàn)并得出解決問題方案的一種學(xué)習(xí)范式。該范式同時(shí)強(qiáng)調(diào)基于證據(jù)來呈現(xiàn)學(xué)習(xí)結(jié)果并由此證明學(xué)習(xí)活動及學(xué)習(xí)成效已經(jīng)發(fā)生（Laibhen-Parkes et al.，2015）。學(xué)習(xí)過程中一切可以證明和反映學(xué)習(xí)活動得以發(fā)生的學(xué)習(xí)過程數(shù)據(jù)、事實(shí)性材料和學(xué)習(xí)者的外在表達(dá)都可以作為學(xué)習(xí)證據(jù)。學(xué)習(xí)證據(jù)的表現(xiàn)形式有很多，如作品實(shí)物、海報(bào)、書面報(bào)告、口頭報(bào)告、表演、概念圖或思維導(dǎo)圖、項(xiàng)目設(shè)計(jì)、制作發(fā)明和研究報(bào)告、自我評價(jià)報(bào)告、他人評價(jià)報(bào)告等，還包括學(xué)習(xí)過程中采集到的數(shù)據(jù)以及在數(shù)字化學(xué)習(xí)系統(tǒng)中產(chǎn)生的各種交互數(shù)據(jù)和日志數(shù)據(jù)（楊明全等，2017）。

基于證據(jù)的學(xué)習(xí)包含兩層涵義：一是指通過運(yùn)用各種證據(jù)來反映學(xué)習(xí)過程并呈現(xiàn)學(xué)習(xí)結(jié)果，通過證據(jù)的呈現(xiàn)幫助教師判斷學(xué)生是否真正發(fā)生了有效的學(xué)習(xí)，通過證據(jù)的運(yùn)用幫助教師及時(shí)調(diào)整教學(xué)以提升學(xué)生的學(xué)習(xí)結(jié)果，通過動態(tài)、長期的過程性證據(jù)證明個(gè)體的能力和學(xué)習(xí)績效的持續(xù)性變化過程，由此發(fā)現(xiàn)教育教學(xué)規(guī)律。二是它強(qiáng)調(diào)學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中運(yùn)用一系列證據(jù)完成科學(xué)探究任務(wù)和解決實(shí)際問題。學(xué)生需要運(yùn)用證據(jù)去支持每一個(gè)觀點(diǎn)的提出，在探究的過程中理解每一個(gè)步驟背后支持的證據(jù)以及該證據(jù)背后的學(xué)科知識或科學(xué)原理;基于證據(jù)運(yùn)用理性的思維去分析、判斷、推理、假設(shè)和創(chuàng)新，獲得情境性知識并提升問題解決能力，體驗(yàn)獲得知識的真實(shí)過程。

2.基于證據(jù)的學(xué)習(xí)特征

（1）注重培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)意識和科學(xué)素養(yǎng)

基于證據(jù)的學(xué)習(xí)強(qiáng)調(diào)讓學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中利用一系列證據(jù)進(jìn)行科學(xué)探究和解決問題。每個(gè)問題的解決都要有相應(yīng)的學(xué)科知識或科學(xué)原理支撐，在問題解決過程中學(xué)生需要在理解相關(guān)學(xué)科知識或科學(xué)原理的基礎(chǔ)上找到一系列關(guān)鍵證據(jù)去解開一道道問題大門的鎖，這需要學(xué)生像工程師或科學(xué)家一樣的思考、探究、假設(shè)和驗(yàn)證。解決問題的過程常常不是一蹴而就的，而是一個(gè)螺旋上升、不斷循環(huán)迭代的過程。學(xué)生需要利用一系列證據(jù)探尋問題的解決思路，為提出的每一個(gè)觀點(diǎn)都找到證據(jù)的支持，驗(yàn)證問題解決方案的可行性也需要找尋相關(guān)的證據(jù)。在基于證據(jù)解決問題的過程中，學(xué)生尋找證據(jù)、解決問題和驗(yàn)證結(jié)果，真實(shí)地體驗(yàn)工程師或科學(xué)家解決實(shí)際問題的過程。這不僅可以帶給學(xué)生學(xué)習(xí)的樂趣和增加對科學(xué)的興趣，而且可以培養(yǎng)他們樂于探究和勇于探索的科學(xué)意識。此外，學(xué)生通過自己尋找、發(fā)現(xiàn)的一系列證據(jù)解決問題，而不是被動被灌輸一堆枯燥的理論知識，能夠讓他們深入理解問題或任務(wù)中所包含的學(xué)科知識或科學(xué)原理，并且通過分析、綜合、應(yīng)用、判斷、推理、假設(shè)和創(chuàng)新等活動，體驗(yàn)獲得知識的真實(shí)過程（李雪飛，2014）?；谧C據(jù)的學(xué)習(xí)使得學(xué)生不再只是機(jī)械記憶、生搬硬套和模仿重復(fù)，而是積極探究、主動思考、認(rèn)真嚴(yán)謹(jǐn)?shù)貙Υ恳粋€(gè)問題，這些經(jīng)歷帶給他們的不僅是知識和行為的變化，更是科學(xué)意識的強(qiáng)化和科學(xué)素養(yǎng)的不斷提升。通過一次次類似的活動，不僅可以讓學(xué)生熟練掌握科學(xué)知識、科學(xué)技能和科學(xué)方法，而且有助于形成良好的科學(xué)素養(yǎng)，嚴(yán)謹(jǐn)、認(rèn)真和創(chuàng)新的科學(xué)精神，進(jìn)而為國家培養(yǎng)高素質(zhì)創(chuàng)新型科技人才奠定基礎(chǔ)。

（2）關(guān)注對學(xué)生能力層面的評價(jià)

傳統(tǒng)的教育評估方式主要考察學(xué)生對學(xué)科知識點(diǎn)的掌握情況，以紙筆測評為主要形式，評估形式較為單一，只注重學(xué)生的學(xué)習(xí)結(jié)果，偏向?qū)W(xué)生知識層面的評價(jià)，常常忽視對學(xué)生能力層面的關(guān)注。受到這種教育評估方式的影響，學(xué)生在課堂中只知道模仿教師操作，死記硬背與考試內(nèi)容相關(guān)的學(xué)科知識點(diǎn)，缺少分析、推斷、總結(jié)和反思等活動，因而導(dǎo)致學(xué)生缺少創(chuàng)新能力和實(shí)踐精神，實(shí)際問題解決能力較差。與傳統(tǒng)的學(xué)習(xí)方式不同，基于證據(jù)的學(xué)習(xí)旨在借助一切技術(shù)手段采集學(xué)生學(xué)習(xí)全過程數(shù)據(jù)，基于各種各樣的學(xué)習(xí)證據(jù)反映學(xué)生的學(xué)習(xí)過程和呈現(xiàn)學(xué)習(xí)結(jié)果，努力突破傳統(tǒng)教學(xué)中僅對知識層面評價(jià)的局限性，通過證據(jù)科學(xué)客觀地表征和評估學(xué)生內(nèi)在思維和內(nèi)隱能力的發(fā)展水平與變化趨勢，例如創(chuàng)新思維能力、類比推理能力、協(xié)作問題解決能力和批判性思維能力等。能力的發(fā)展常常是一種連續(xù)的、動態(tài)變化的過程，傳統(tǒng)的測評方式難以實(shí)現(xiàn)對其實(shí)時(shí)監(jiān)控和客觀呈現(xiàn)，而基于證據(jù)的學(xué)習(xí)注重收集學(xué)生學(xué)習(xí)的過程性數(shù)據(jù)，通過連續(xù)實(shí)時(shí)地收集各種能夠更加微觀具體表征學(xué)生內(nèi)隱行為和心理狀態(tài)的學(xué)習(xí)證據(jù)，讓師生能夠更加全面深入地了解每一個(gè)學(xué)生個(gè)體的知識技能、情感態(tài)度、能力素養(yǎng)的當(dāng)前水平和變化發(fā)展過程，總結(jié)學(xué)生能力發(fā)展變化的規(guī)律，為評價(jià)和甄別各種教育創(chuàng)新的有效性提供了新的視角（陳寶琪，2018）。

（3）強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)結(jié)果的可檢驗(yàn)性

基于證據(jù)的學(xué)習(xí)通過采集學(xué)生學(xué)習(xí)過程中生成的各種類型數(shù)據(jù)，將學(xué)生的思維過程和問題解決過程外顯化，生成可觀測的證據(jù)并動態(tài)地展示學(xué)生的學(xué)習(xí)過程和呈現(xiàn)學(xué)習(xí)結(jié)果。學(xué)習(xí)過程中學(xué)生的心理過程、情感態(tài)度價(jià)值觀的發(fā)展、知識能力的遷移應(yīng)用、反思能力和創(chuàng)新思維的發(fā)展等，以及用傳統(tǒng)測評方式無法測量與評估且總處在一個(gè)持續(xù)動態(tài)變化過程中的復(fù)雜能力，需要關(guān)注學(xué)生的學(xué)習(xí)過程，發(fā)現(xiàn)、收集與評價(jià)相關(guān)的證據(jù)，將內(nèi)隱的狀態(tài)或能力通過可視化、可量化的證據(jù)表征，使得抽象、宏觀的對核心素養(yǎng)的評估能夠落實(shí)到具體、細(xì)微的教學(xué)實(shí)踐層面?；谧C據(jù)的學(xué)習(xí)強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)結(jié)果是有據(jù)可循、具有可檢驗(yàn)性的，使得STEM教育教學(xué)的評價(jià)不再是教師主觀的判斷和模糊的界定，而是一種能夠基于證據(jù)的精確客觀的“量“上的描述和分析，促進(jìn)教育教學(xué)評價(jià)走向精準(zhǔn)化。

（4）符合大數(shù)據(jù)和人工智能時(shí)代的發(fā)展方向

隨著移動互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等新技術(shù)的發(fā)展，借助各類移動終端、傳感器等可以實(shí)時(shí)、持續(xù)地采集教師教學(xué)和學(xué)生學(xué)習(xí)全過程中各種類型的數(shù)據(jù)。例如，實(shí)時(shí)捕捉學(xué)生聽課時(shí)的面部表情、眼部動作，以及學(xué)生答題時(shí)的一系列行為動作，包括查找資料、查看課件、探究的路徑、答題時(shí)間等。在這些技術(shù)的支持下，可以采集更加微觀、具體、連續(xù)和形式豐富的數(shù)據(jù)。基于這些數(shù)據(jù)能夠更為全面直觀地反映學(xué)生的學(xué)習(xí)過程，不僅能幫助教師及時(shí)了解學(xué)生學(xué)習(xí)狀態(tài)和準(zhǔn)確定位問題，還可以幫助研究者深入挖掘教育教學(xué)規(guī)律。更為重要的是，可以更個(gè)性化地支持學(xué)生自主開展科學(xué)探究活動，為學(xué)生解決問題提供有效證據(jù)，幫助學(xué)生體驗(yàn)獲取知識的過程，更好地理解和掌握學(xué)科知識或科學(xué)原理。技術(shù)的飛速發(fā)展能夠更好地服務(wù)于教育教學(xué)的開展，而基于證據(jù)的學(xué)習(xí)強(qiáng)調(diào)要采集教育教學(xué)全過程數(shù)據(jù)促進(jìn)學(xué)生的科學(xué)探究和教師的課堂教學(xué)，關(guān)注學(xué)生面向未來的各項(xiàng)能力的發(fā)展。大數(shù)據(jù)和人工智能時(shí)代的到來為基于證據(jù)的學(xué)習(xí)的開展提供了良好的技術(shù)支持條件和實(shí)施環(huán)境，而基于證據(jù)的學(xué)習(xí)則順應(yīng)了智能時(shí)代發(fā)展的趨勢且滿足了教育創(chuàng)新的需要（余勝泉等，2017）。

三、證據(jù)導(dǎo)向的STEM教學(xué)模式

基于證據(jù)的學(xué)習(xí)理論構(gòu)建的證據(jù)導(dǎo)向的STEM教學(xué)模式旨在解決當(dāng)前STEM教育發(fā)展中存在的問題，并形成一套科學(xué)的解決思路，以供STEM教育實(shí)踐活動借鑒。

1.證據(jù)導(dǎo)向的STEM教學(xué)模式構(gòu)建

在基于證據(jù)的學(xué)習(xí)理論指導(dǎo)下，結(jié)合STEM教育的跨學(xué)科整合特征構(gòu)建證據(jù)導(dǎo)向的STEM教學(xué)模式（見圖1），注重STEM課堂上問題或項(xiàng)目中所包含的學(xué)科知識內(nèi)在聯(lián)系，關(guān)注學(xué)生在解決問題和完成任務(wù)過程中的認(rèn)知活動，強(qiáng)調(diào)對學(xué)習(xí)過程中一切證據(jù)的收集和利用，促進(jìn)教學(xué)活動中發(fā)展性、診斷性評估方式的開展，提高學(xué)生對知識的理解水平，發(fā)展其核心素養(yǎng)和關(guān)鍵能力。

從解決一個(gè)問題或進(jìn)入一個(gè)項(xiàng)目開始，到找到該問題的解決方案或者完成一件最終的“人工制品”，在這個(gè)過程中反映學(xué)生學(xué)習(xí)過程和成果的所有數(shù)據(jù)、材料等都可以作為學(xué)習(xí)的證據(jù)。學(xué)習(xí)證據(jù)既是學(xué)生解決問題的線索，也是評價(jià)學(xué)生學(xué)習(xí)過程的依據(jù)。

對于教師，根據(jù)STEM教育的跨學(xué)科整合性和基于證據(jù)的學(xué)習(xí)理論，在設(shè)計(jì)“問題或項(xiàng)目”時(shí)應(yīng)注重知識的內(nèi)在邏輯以及證據(jù)的意識，即注重“問題或項(xiàng)目”背后所包含的多門學(xué)科知識之間的聯(lián)系，新知識與學(xué)習(xí)者已有的先驗(yàn)知識之間的聯(lián)系，以及與真實(shí)問題或項(xiàng)目之間的聯(lián)系，幫助學(xué)生對知識進(jìn)行生活化、情境化和社會化，使得其學(xué)到的知識不是孤立、僵化的，而是靈活、有關(guān)聯(lián)的。同時(shí)，根據(jù)課程的評價(jià)方案規(guī)定每個(gè)學(xué)習(xí)活動中收集的證據(jù)的形式、類型和內(nèi)容，并思考如何利用這些證據(jù)幫助學(xué)習(xí)者理解知識并發(fā)展能力，如何通過數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)挖掘找尋教育中存在的問題和規(guī)律。此外，教師基于證據(jù)開展形成性評價(jià)和表現(xiàn)性評價(jià)，利用證據(jù)對學(xué)生的過程性表現(xiàn)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)學(xué)生不同維度的能力水平隨著STEM教學(xué)活動推進(jìn)而展現(xiàn)出的動態(tài)發(fā)展水平，及時(shí)了解學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況并調(diào)整教學(xué)內(nèi)容與進(jìn)度。

對于學(xué)生，在學(xué)習(xí)STEM課程期間需要有深度認(rèn)知投入的學(xué)習(xí)，包括理解不同知識之間內(nèi)在的邏輯關(guān)系，理解問題和邏輯背后所包含的學(xué)科知識和科學(xué)原理，綜合運(yùn)用多學(xué)科的知識進(jìn)行推理、論證、假設(shè)和驗(yàn)證等。通過這些高級思維活動主動發(fā)現(xiàn)知識，構(gòu)建起不同知識之間的聯(lián)系以及知識與情境、知識與生活之間的聯(lián)系。此外，學(xué)生從進(jìn)入問題或項(xiàng)目到最終形成問題解決方案或“人工制品”，整個(gè)過程是由不同的環(huán)節(jié)構(gòu)成，每個(gè)環(huán)節(jié)有階段性子問題或子任務(wù)。而只有尋著這些環(huán)節(jié)的脈絡(luò)，一步一步地解決每個(gè)子問題或完成每個(gè)子任務(wù)，找到一連串的證據(jù)，并根據(jù)這些證據(jù)得到整個(gè)問題的解決方案或完成“人工制品”，真正地體驗(yàn)獲取知識的過程，而不是機(jī)械模仿和重復(fù)教師的操作，才能有效促進(jìn)學(xué)生關(guān)鍵能力和核心素養(yǎng)的發(fā)展（段金菊等，2013）。

2.證據(jù)導(dǎo)向的STEM教學(xué)模式實(shí)施建議

（1）設(shè)計(jì)問題或項(xiàng)目時(shí)要重點(diǎn)關(guān)注跨學(xué)科整合性，注重知識的內(nèi)在邏輯，以促進(jìn)學(xué)生的深度學(xué)習(xí)

很多STEM課程的設(shè)計(jì)表面上融入了多門學(xué)科，然而學(xué)生的學(xué)習(xí)始終停留在淺層，表現(xiàn)為機(jī)械記憶、模仿練習(xí)和重復(fù)操作。這是因?yàn)榻處熢谠O(shè)計(jì)問題或項(xiàng)目時(shí)常常沒有關(guān)注知識的內(nèi)在邏輯，缺少對知識進(jìn)行整合的意識，所以學(xué)生學(xué)到的知識是碎片化、割裂、未成體系的。由于沒有理解知識的內(nèi)在邏輯，無法對接收到的知識進(jìn)行分類、加工、關(guān)聯(lián)和整合，無法構(gòu)建起知識之間、知識與問題之間、知識與生活之間的聯(lián)系，導(dǎo)致學(xué)生沒有真正理解問題背后所蘊(yùn)含的科學(xué)原理，只知道機(jī)械地模仿教師進(jìn)行重復(fù)操作，無法將習(xí)得的知識遷移到真實(shí)生活情境中解決實(shí)際問題。

中國學(xué)生常常在計(jì)算、閱讀、解題方面能力較強(qiáng)，但是批判性思維、創(chuàng)新思維水平較低。要想提高這些高階思維水平就需要盡可能多地參與高級認(rèn)知活動，進(jìn)行深度學(xué)習(xí)，鍛煉高階思維能力（王崢，2018）。根據(jù)布盧姆的教育目標(biāo)分類理論，學(xué)生的認(rèn)知過程由低到高可分為記憶/回憶、理解、應(yīng)用、分析、評價(jià)和創(chuàng)造（Anderson et al.，2001）。深度學(xué)習(xí)對應(yīng)的學(xué)習(xí)目標(biāo)是分析、評價(jià)與創(chuàng)新，體現(xiàn)了高階思維能力，需要情感、行為的高度投入，通過復(fù)雜問題解決而使學(xué)習(xí)者獲得認(rèn)知深度與廣度的提升以及認(rèn)知結(jié)構(gòu)的改變。而淺層學(xué)習(xí)指向的是認(rèn)知中的識記、理解與應(yīng)用，情感與行為投入低，知識間沒有產(chǎn)生聯(lián)系（段金菊等，2013）。

而證據(jù)導(dǎo)向的STEM教學(xué)模式強(qiáng)調(diào)要關(guān)注學(xué)生的學(xué)習(xí)過程，評估學(xué)生的學(xué)習(xí)成效以及創(chuàng)新學(xué)習(xí)是否有效發(fā)生。其中創(chuàng)新學(xué)習(xí)的有效發(fā)生包括了學(xué)生是否發(fā)生高級認(rèn)知活動，是否運(yùn)用高階思維能力等。這些都需要在學(xué)生學(xué)習(xí)過程中收集一系列的證據(jù)去表征，并基于這些證據(jù)客觀反映和評價(jià)學(xué)生的學(xué)習(xí)過程與學(xué)習(xí)成效。

因此，教師在設(shè)計(jì)STEM課程時(shí)，不僅需要打破不同學(xué)科之間的界限，彌補(bǔ)分科課程教學(xué)所帶來的不足，更重要的是需注重知識的內(nèi)在邏輯和具有證據(jù)意識。首先要分析各門學(xué)科最基本的學(xué)科知識結(jié)構(gòu)以及知識的內(nèi)在邏輯，找到不同知識之間、知識與問題之間、知識與生活之間的整合點(diǎn)，并將不同知識按跨學(xué)科的問題邏輯結(jié)構(gòu)化，基于知識的內(nèi)在邏輯設(shè)計(jì)問題或項(xiàng)目，細(xì)化每個(gè)問題或項(xiàng)目以形成序列化的子問題或子任務(wù)，通過讓學(xué)生解決不同的子問題或完成一系列子任務(wù)來掌握其中蘊(yùn)含的科學(xué)原理及學(xué)科知識。這些序列化的子問題或子任務(wù)的完成為學(xué)生提供了解決問題或完成任務(wù)的證據(jù)。基于證據(jù)學(xué)生逐漸理清問題的解決線索或形成任務(wù)的完成思路，幫助學(xué)生真正體驗(yàn)知識獲得、掌握和遷移應(yīng)用的過程，促進(jìn)有意義學(xué)習(xí)的發(fā)生和高階思維能力的發(fā)展。此外，設(shè)計(jì)STEM課程時(shí)還需要考慮學(xué)習(xí)證據(jù)的形式和作用，如在不同的子問題或子任務(wù)中產(chǎn)生的哪些過程性材料能夠客觀地反映學(xué)生的學(xué)習(xí)過程以及作為評估學(xué)生學(xué)習(xí)過程與成效的依據(jù)，并且教師在教學(xué)過程中如何利用這些證據(jù)動態(tài)、持續(xù)地了解學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況，以及時(shí)調(diào)整教學(xué)進(jìn)度或改變教學(xué)策略。

（2）發(fā)展學(xué)生的關(guān)鍵能力與核心素養(yǎng)，支持教師基于證據(jù)開展形成性評價(jià)和表現(xiàn)性評價(jià)

未來的社會充滿著復(fù)雜性和不確定性，面臨的問題或任務(wù)也是未知、劣構(gòu)的，沒有清晰的目標(biāo)，也沒有給定條件，需要學(xué)習(xí)者主動介入到實(shí)際的問題情境中，通過一系列探究、發(fā)現(xiàn)、假設(shè)、驗(yàn)證或創(chuàng)造等活動，找尋問題解決方案。這完全顛覆了我們傳統(tǒng)課堂上教給學(xué)生的解題模式和思維方式。STEM教育強(qiáng)調(diào)的正是培養(yǎng)學(xué)生面向未來的能力和素養(yǎng)。它以類似的真實(shí)問題或者項(xiàng)目為基礎(chǔ)，讓學(xué)生通過學(xué)習(xí)、探究、合作、設(shè)計(jì)、實(shí)踐和驗(yàn)證等過程解決問題或完成“人工制品”，體驗(yàn)知識獲取、內(nèi)化和外化的過程，并在過程中鍛煉問題解決能力、合作能力、表達(dá)能力、溝通能力和創(chuàng)新能力等。

因此，在設(shè)計(jì)問題或項(xiàng)目時(shí)，教師需要思考如何將學(xué)術(shù)性的學(xué)科知識轉(zhuǎn)化為可解決實(shí)際問題的生活性知識。通過知識的社會屬性和生活屬性將設(shè)計(jì)的“問題或項(xiàng)目”與人類社會、真實(shí)生活緊密聯(lián)系起來，為學(xué)生提供生活化問題，創(chuàng)設(shè)社會化情境。依照生活常識以及解決真實(shí)問題的方式，基于知識的內(nèi)在邏輯細(xì)化并組織子問題或子任務(wù)，讓學(xué)生在解決一系列子問題或完成子任務(wù)后，除了理解知識內(nèi)在邏輯外，還能夠感受生活中的科學(xué)，真正體驗(yàn)知識遷移到實(shí)際生活中解決問題的過程，主動建立起知識與情境、知識與個(gè)體、知識與生活、知識與社會之間的關(guān)系，豐富他們的生活經(jīng)驗(yàn)和實(shí)際問題解決的經(jīng)歷，幫助學(xué)生為未來的學(xué)習(xí)、生活和工作做好準(zhǔn)備。

但是，學(xué)生面向未來的種種能力素養(yǎng)的發(fā)展總是循序漸進(jìn)的，具有動態(tài)性、發(fā)展性和連續(xù)性。要促進(jìn)這些能力素養(yǎng)持續(xù)不斷的提高，還需要有過程性的評估和反饋幫助學(xué)生了解自己的發(fā)展?fàn)顩r和需要調(diào)整的地方。但是目前大多數(shù)的STEM課程評價(jià)都是結(jié)果導(dǎo)向，常?；趯W(xué)生最終的作品進(jìn)行評估，依賴的評價(jià)依據(jù)和評價(jià)工具比較單一，即使有些課程中會增加生生互評、學(xué)生自評等方式，但是這些評價(jià)方式的主觀性較強(qiáng)，無法客觀地表征出學(xué)生的各項(xiàng)關(guān)鍵能力和核心素養(yǎng)的動態(tài)發(fā)展過程。所以需要收集學(xué)生學(xué)習(xí)過程中的各種證據(jù)去支持評估，促進(jìn)學(xué)生關(guān)鍵能力和核心素養(yǎng)的發(fā)展。

證據(jù)導(dǎo)向的STEM教學(xué)模式強(qiáng)調(diào)基于證據(jù)促進(jìn)學(xué)生關(guān)鍵能力和核心素養(yǎng)的發(fā)展。當(dāng)學(xué)生進(jìn)入到STEM課程時(shí)，從接觸到一個(gè)綜合問題或項(xiàng)目到最終形成問題解決方案或完成一件“人工制品”，這期間會發(fā)現(xiàn)、生成或運(yùn)用各種各樣的證據(jù)。通過這些證據(jù)學(xué)生不僅能體驗(yàn)到獲取知識的過程，更重要的是發(fā)展了其關(guān)鍵能力和核心素養(yǎng)。因?yàn)橥ㄟ^收集各種各樣的證據(jù)，會實(shí)時(shí)客觀地記錄下學(xué)生的知識理解水平、行為表現(xiàn)、情感狀態(tài)、心理過程、能力素養(yǎng)的動態(tài)變化過程。通過這種客觀的過程性表征方式，師生不再需要憑借主觀的感覺或判斷去預(yù)估學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)，而能夠多維度、多方位地觀察學(xué)生的能力素養(yǎng)的變化，根據(jù)學(xué)生的問題和需求及時(shí)采取教學(xué)干預(yù)手段，以促進(jìn)學(xué)生各項(xiàng)能力素養(yǎng)的發(fā)展。同時(shí)，基于這些證據(jù)還可以幫助教師開展形成性評價(jià)和表現(xiàn)性評價(jià)。

（3）充分發(fā)揮大數(shù)據(jù)、人工智能等新一代信息技術(shù)的作用

證據(jù)導(dǎo)向的STEM教育強(qiáng)調(diào)關(guān)注教與學(xué)的全過程，需要采集教育全過程所有數(shù)據(jù)以反映學(xué)習(xí)過程和驗(yàn)證有效學(xué)習(xí)的發(fā)生。而在傳統(tǒng)的教育教學(xué)環(huán)境中由于技術(shù)手段有限采集到的證據(jù)數(shù)量少且質(zhì)量不高，不利于該教學(xué)模式的實(shí)施與推進(jìn)。因此，中小學(xué)校需要根據(jù)STEM教學(xué)特點(diǎn)和師生的實(shí)際需求創(chuàng)設(shè)數(shù)據(jù)驅(qū)動的證據(jù)導(dǎo)向的STEM教育環(huán)境，在物理空間設(shè)計(jì)、硬件環(huán)境建設(shè)和軟件環(huán)境搭建方面融入大數(shù)據(jù)和人工智能技術(shù)，創(chuàng)設(shè)情境式、智慧型的教學(xué)環(huán)境。在完全不干涉教師和學(xué)生正常教與學(xué)活動的情況下，借助各類先進(jìn)的技術(shù)手段和智能移動終端實(shí)現(xiàn)自然地、連續(xù)地采集教與學(xué)全過程數(shù)據(jù)，獲取更精細(xì)化呈現(xiàn)師生活動行為、心理狀態(tài)和情感情緒，反映隱性學(xué)習(xí)過程的各類學(xué)習(xí)證據(jù)。

利用大數(shù)據(jù)和人工智能領(lǐng)域已有的完備的數(shù)據(jù)分析技術(shù)處理采集到的學(xué)習(xí)證據(jù)，在良好的大數(shù)據(jù)生態(tài)體系的支持下，結(jié)合人工智能領(lǐng)域的深度學(xué)習(xí)、自然語言處理、知識圖譜、知識推理、語義搜索、智能推薦等技術(shù)對采集到的大量過程性數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，例如語義關(guān)聯(lián)，提取認(rèn)知、情感等關(guān)鍵特征，構(gòu)建學(xué)習(xí)者模型?；谀Ｐ途珳?zhǔn)掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)需求和定位問題，實(shí)現(xiàn)智能化推送個(gè)性化的學(xué)習(xí)支持服務(wù)（余勝泉等，2019）?；趯W(xué)習(xí)過程性證據(jù)的分析和判斷，為學(xué)生的探究活動和問題解決提供自適應(yīng)的認(rèn)知工具和相關(guān)性強(qiáng)的學(xué)習(xí)資源，幫助學(xué)生找到解決問題的證據(jù)，真正理解問題背后蘊(yùn)含的學(xué)科知識或科學(xué)原理，促進(jìn)有效學(xué)習(xí)的發(fā)生。

STEM跨學(xué)科整合的課程，由于強(qiáng)調(diào)跨學(xué)科整合性，難以系統(tǒng)、連貫地介紹某一門學(xué)科的知識，有時(shí)會重復(fù)介紹某些知識點(diǎn)，有時(shí)則會遺漏某些基礎(chǔ)性知識點(diǎn)。這種知識結(jié)構(gòu)不均衡式的課程設(shè)計(jì)容易造成學(xué)生基礎(chǔ)教育領(lǐng)域知識的結(jié)構(gòu)性缺失，對學(xué)生后續(xù)的生活、學(xué)習(xí)和創(chuàng)新能力發(fā)展產(chǎn)生負(fù)面影響。因此，需要借助知識地圖技術(shù)幫助教師合理設(shè)計(jì)“問題或項(xiàng)目”，以全面覆蓋基礎(chǔ)教育領(lǐng)域所需掌握的知識點(diǎn)，幫助學(xué)生建立起立體化的知識網(wǎng)絡(luò)，不但形成關(guān)于某門學(xué)科的基礎(chǔ)性知識體系，而且建立起跨學(xué)科知識點(diǎn)之間的聯(lián)系。傳統(tǒng)的教學(xué)設(shè)計(jì)工具和技術(shù)難以實(shí)現(xiàn)這樣復(fù)雜的工程，因此需要借助大數(shù)據(jù)、人工智能等新一代技術(shù)為師生提供支持。借助技術(shù)提取不同學(xué)科的關(guān)鍵知識點(diǎn)，定義不同知識點(diǎn)的性質(zhì)、概念和語義關(guān)系等，形成不同知識點(diǎn)之間的邏輯關(guān)系網(wǎng)，為師生呈現(xiàn)一個(gè)立體化的知識網(wǎng)絡(luò)。教師在借助該技術(shù)設(shè)計(jì)課程時(shí)可以與知識地圖進(jìn)行關(guān)聯(lián)，以實(shí)時(shí)查看某個(gè)問題或項(xiàng)目覆蓋了哪些知識點(diǎn)，覆蓋的跨學(xué)科知識點(diǎn)之間是否存在關(guān)聯(lián);也可以查看到不同知識點(diǎn)被覆蓋的頻次和關(guān)聯(lián)的強(qiáng)度，智能化地向教師推薦有關(guān)聯(lián)的未覆蓋的知識點(diǎn)。另外，當(dāng)學(xué)生學(xué)完課程以后，可以實(shí)時(shí)查看個(gè)體知識體系的構(gòu)建情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)薄弱或缺失的知識點(diǎn)并進(jìn)行補(bǔ)充，以保證學(xué)生能夠掌握基礎(chǔ)教育領(lǐng)域完整的知識結(jié)構(gòu)，同時(shí)發(fā)展跨學(xué)科創(chuàng)新能力（余勝泉等，2015）。

四、證據(jù)導(dǎo)向的STEM教學(xué)模式實(shí)踐案例

1.大數(shù)據(jù)技術(shù)支持下的證據(jù)導(dǎo)向的STEM教學(xué)模式實(shí)踐流程

（3）開展證據(jù)導(dǎo)向的STEM教育實(shí)踐，完成對學(xué)習(xí)證據(jù)收集-分析-推理-報(bào)告，驗(yàn)證學(xué)習(xí)結(jié)果并進(jìn)行教學(xué)反饋

根據(jù)證據(jù)導(dǎo)向的STEM教學(xué)模式，在學(xué)生的整個(gè)學(xué)習(xí)過程中融入數(shù)據(jù)收集-分析-推理-報(bào)告-驗(yàn)證-反饋的完整過程，將基于學(xué)習(xí)證據(jù)的思想貫穿于STEM教育教學(xué)活動的始終（見圖6）。

在證據(jù)導(dǎo)向的STEM教育實(shí)踐過程中，基于大數(shù)據(jù)技術(shù)收集學(xué)生學(xué)習(xí)過程中各種類型的數(shù)據(jù)，首先需要對數(shù)據(jù)進(jìn)行清洗，然后根據(jù)事先定義好的評估方案對數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)化，形成量化、可分析的數(shù)據(jù)格式。例如對學(xué)生課堂行為表現(xiàn)的評估是基于教師評價(jià)、學(xué)生評價(jià)、學(xué)生回答問題表現(xiàn)、生生討論交流等學(xué)習(xí)證據(jù)，這些證據(jù)的形式多樣，有問卷、客觀題、文本類信息等。因此，在數(shù)據(jù)分析階段，需要將不同類型的證據(jù)轉(zhuǎn)換成格式統(tǒng)一、可作量化處理的數(shù)據(jù)格式，比如主觀題或交互題的得分可以利用某些特定的算法轉(zhuǎn)化成與客觀題相似的具體分值。

接著，對數(shù)據(jù)處理的結(jié)果進(jìn)行分析、判斷和推理，通過對數(shù)據(jù)聚類、分類、關(guān)聯(lián)、判別、比較、偏差等參數(shù)的分析，判斷學(xué)生某項(xiàng)技能發(fā)展的情況，推論出學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、學(xué)習(xí)風(fēng)格，精準(zhǔn)定位學(xué)生學(xué)習(xí)中存在的問題，充分挖掘?qū)W生隱性思維過程和內(nèi)部心理狀態(tài)等，發(fā)現(xiàn)教育教學(xué)規(guī)律，做出一些前瞻性的判斷和預(yù)測，例如發(fā)現(xiàn)學(xué)生在面對某類問題會做出什么選擇、根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和風(fēng)格推薦適合的學(xué)習(xí)資源、預(yù)測學(xué)生某項(xiàng)能力的未來發(fā)展?fàn)顩r等。

最后，基于數(shù)據(jù)分析結(jié)果自動生成一系列可視化報(bào)告。報(bào)告有多種形式，根據(jù)評價(jià)對象不同有個(gè)人報(bào)告、班級報(bào)告、年級報(bào)告、全校報(bào)告、全區(qū)報(bào)告等;根據(jù)單位不同有針對單次課程的報(bào)告、整門課程報(bào)告、學(xué)期報(bào)告、學(xué)段報(bào)告、過程階段性報(bào)告等;根據(jù)時(shí)段會有過程性報(bào)告或結(jié)果性報(bào)告，發(fā)送給學(xué)生、教師、家長和管理者等。學(xué)生既可以及時(shí)查看每節(jié)課學(xué)習(xí)過程中和之后的知識、技能、素養(yǎng)等方面的發(fā)展?fàn)顩r，也可以了解一段時(shí)間內(nèi)自己各項(xiàng)能力的變化情況，看到自己的優(yōu)勢和不足并進(jìn)行調(diào)整。教師可以通過學(xué)生過程性報(bào)告了解學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況，根據(jù)學(xué)生的問題或需求及時(shí)調(diào)整自己的教學(xué)。不僅可以看到某個(gè)學(xué)生的情況，還可以看到班級的整體水平等，方便教師開展各種教學(xué)評估。家長可以及時(shí)查看孩子的發(fā)展?fàn)顩r，了解學(xué)生的興趣愛好和情感行為狀態(tài)，以更好地了解孩子的性格特點(diǎn)，幫助他們培養(yǎng)興趣和進(jìn)行職業(yè)發(fā)展規(guī)劃。管理者可以站在全區(qū)的視角觀察STEM教育教學(xué)水平，為制定教學(xué)管理決策、規(guī)劃科技創(chuàng)新人才培養(yǎng)方案奠定基礎(chǔ)。

通過對學(xué)習(xí)過程中的證據(jù)進(jìn)行收集-分析-推理-報(bào)告的過程，可以更精確地收集反映學(xué)生學(xué)習(xí)過程的有效學(xué)習(xí)證據(jù)，一方面讓學(xué)生更好地了解自己的學(xué)習(xí)狀況進(jìn)行自我調(diào)節(jié)，促進(jìn)元認(rèn)知能力發(fā)展，為未來做好準(zhǔn)備;另一方面教師可以及時(shí)診斷學(xué)習(xí)過程中出現(xiàn)的問題并進(jìn)行精準(zhǔn)干預(yù)，讓家長能夠更科學(xué)地關(guān)心孩子，管理者更高效地進(jìn)行教育管理?？傊谧C據(jù)導(dǎo)向的STEM教學(xué)模式開展實(shí)踐活動有利于STEM教育的持續(xù)不斷向前發(fā)展和教育教學(xué)的創(chuàng)新。

以基于大數(shù)據(jù)的STEM測評系統(tǒng)為例，每次課程結(jié)束以后，系統(tǒng)基于學(xué)習(xí)證據(jù)和評估方案會自動生成班級報(bào)告（見圖7）和學(xué)生個(gè)人報(bào)告（見圖8）。班級報(bào)告形象直觀地為教師呈現(xiàn)本節(jié)課的課堂概況以及整個(gè)班級群體在課堂行為、知識掌握，以及能力素養(yǎng)方面的水平表現(xiàn)，方便教師掌握學(xué)情和進(jìn)行課后反思。個(gè)人報(bào)告可以幫助學(xué)生快速了解自己本堂課的參與情況、課堂表現(xiàn)、知識掌握水平、工程思維和核心素養(yǎng)的發(fā)展情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)不足和需要補(bǔ)習(xí)的地方，以針對性地進(jìn)行課后復(fù)習(xí)和專項(xiàng)提升。

2.基于大數(shù)據(jù)的STEM測評系統(tǒng)的教學(xué)案例

下面介紹一個(gè)典型的證據(jù)導(dǎo)向的STEM教學(xué)案例——“遠(yuǎn)古武器”。在課堂實(shí)施過程中，教師和學(xué)生使用了基于大數(shù)據(jù)的STEM測評系統(tǒng)作為教學(xué)輔助工具，實(shí)時(shí)采集了學(xué)生學(xué)習(xí)過程中的各種學(xué)習(xí)證據(jù)。

本節(jié)課面向小學(xué)三年級的學(xué)生，前一節(jié)課學(xué)習(xí)了杠桿的相關(guān)知識，本節(jié)課則要求利用杠桿原理設(shè)計(jì)一個(gè)投石器，不僅考查學(xué)生對杠桿原理的掌握情況，還包括對學(xué)生的合作能力、動手能力、創(chuàng)新能力等的評估，共計(jì)7個(gè)學(xué)習(xí)活動：課堂簽到、課前回顧、導(dǎo)入新課、方案設(shè)計(jì)、方案實(shí)施、展示分享和課堂小結(jié)。這7個(gè)學(xué)習(xí)活動環(huán)環(huán)相扣，體現(xiàn)出解決問題的思路;同時(shí)注重知識的內(nèi)在邏輯，幫助學(xué)習(xí)者理解任務(wù)背后的學(xué)科原理，以及建立起知識與生活之間的聯(lián)系。首先教師通過課前回顧幫助學(xué)生回憶先前學(xué)到的知識與問題解決的經(jīng)驗(yàn)，對本堂課的學(xué)習(xí)起支持作用。然后引入本課主題——制作投石器。具體的方法是：第一步，介紹其包含的學(xué)科知識——杠桿原理，在了解該原理的基礎(chǔ)上，又帶領(lǐng)學(xué)生認(rèn)識投石器的關(guān)鍵部件，即體現(xiàn)杠桿原理的結(jié)構(gòu);第二步，學(xué)生分組設(shè)計(jì)投石器的草圖，根據(jù)草圖制作實(shí)物;第三步，測試改進(jìn)，在制作和測試過程進(jìn)一步熟練運(yùn)用所學(xué)的杠桿原理，加深對其理解;第四步，展示匯報(bào)，促進(jìn)學(xué)生對杠桿原理和投石器之間聯(lián)系的建立;最后，在教師的引導(dǎo)下，思考并總結(jié)杠桿原理與投石器之間的關(guān)系，同時(shí)主動尋找和發(fā)現(xiàn)生活中應(yīng)用了杠桿原理的物體，以期在所學(xué)知識與生活之間建立聯(lián)系（見圖9）。

課前教師在基于大數(shù)據(jù)的STEM測評系統(tǒng)上創(chuàng)建課堂，設(shè)置好7個(gè)學(xué)習(xí)活動，并在每個(gè)活動中添加相應(yīng)的學(xué)習(xí)內(nèi)容和任務(wù)。課中包括了線上和線下兩種形式的活動。學(xué)習(xí)證據(jù)的收集有兩個(gè)渠道：線下活動中，師生手動將各種學(xué)習(xí)證據(jù)上傳到系統(tǒng)中;線上活動中，系統(tǒng)實(shí)時(shí)采集學(xué)生學(xué)習(xí)過程中的所有學(xué)習(xí)證據(jù)。具體活動、每個(gè)子活動蘊(yùn)含的知識內(nèi)在邏輯關(guān)系，以及要收集的學(xué)習(xí)證據(jù)見圖9。

通過收集學(xué)習(xí)活動中各種學(xué)習(xí)證據(jù)，最后生成可視化的學(xué)生個(gè)人報(bào)告。圖10是某位學(xué)生的個(gè)人報(bào)告，可以看到該學(xué)生在本課中的課堂行為表現(xiàn)、知識掌握水平以及能力素養(yǎng)表現(xiàn)。

五、小結(jié)

STEM教育旨在培養(yǎng)科技創(chuàng)新人才，強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)具備跨學(xué)科、趣味性、體驗(yàn)性、情境性、協(xié)作性、設(shè)計(jì)性、實(shí)證性等特征（余勝泉等，2015），讓學(xué)生能夠真實(shí)地體驗(yàn)問題解決和獲取知識的過程。而現(xiàn)實(shí)中的STEM教育大多數(shù)還一直沿用傳統(tǒng)的教育思維和教學(xué)方式，只求一味追求教學(xué)形式的新奇感而沒有真實(shí)變革教育教學(xué)模式，學(xué)生仍處于一種被動的學(xué)習(xí)狀態(tài)，只會模仿教師的操作，沒有發(fā)現(xiàn)問題的機(jī)會，沒有解決問題的動機(jī)和主動探究的興趣。長此以往，造成學(xué)生“囫圇吞棗”“照貓畫虎”，學(xué)生不僅不理解背后的科學(xué)知識原理，更不會進(jìn)行知識的遷移和應(yīng)用，無法提升問題解決能力和創(chuàng)新實(shí)踐能力。

基于證據(jù)的學(xué)習(xí)強(qiáng)調(diào)讓學(xué)生主動探尋一系列證據(jù)去解決問題并運(yùn)用學(xué)習(xí)證據(jù)去證明學(xué)生學(xué)習(xí)的有效發(fā)生，關(guān)注學(xué)生學(xué)習(xí)的過程。這意味著在教學(xué)中必須以學(xué)生為中心，設(shè)計(jì)一系列學(xué)習(xí)活動讓學(xué)生通過探究、動手和思考產(chǎn)生外顯的學(xué)習(xí)證據(jù)，這些學(xué)習(xí)證據(jù)也是對學(xué)生內(nèi)部思維過程和心理活動的外部表征。基于這些學(xué)習(xí)證據(jù)能夠多角度、多維度、多方面地對學(xué)生的情況進(jìn)行評價(jià)，表征學(xué)生核心素養(yǎng)的發(fā)展，關(guān)注學(xué)生的個(gè)性、創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的發(fā)展。同時(shí)過程性的學(xué)習(xí)證據(jù)更能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)教育教學(xué)中難以察覺的問題以及學(xué)生日常行為和情感狀態(tài)的變化，有利于教育問題的精確診斷和有效干預(yù)，打破了傳統(tǒng)教育的評價(jià)維度、方式和依據(jù)過于單一的局限性。

證據(jù)導(dǎo)向的STEM教育以學(xué)習(xí)者為中心，圍繞真實(shí)問題情境和評價(jià)目標(biāo)設(shè)計(jì)一系列證據(jù)導(dǎo)向的學(xué)習(xí)活動，注重學(xué)習(xí)者的自主探究和積極實(shí)踐，促進(jìn)學(xué)習(xí)者在學(xué)習(xí)過程中產(chǎn)生學(xué)習(xí)證據(jù)，利用學(xué)習(xí)證據(jù)幫助學(xué)習(xí)者解決問題。基于學(xué)習(xí)證據(jù)學(xué)習(xí)者能夠理解與問題解決相關(guān)的學(xué)科知識和科學(xué)原理，建構(gòu)起自己的知識結(jié)構(gòu)，鍛煉了問題解決能力和創(chuàng)新能力?；趯W(xué)習(xí)過程中生成的一系列學(xué)習(xí)證據(jù)，能更為客觀全面地反映學(xué)習(xí)結(jié)果，提升了學(xué)習(xí)的信度和成效。教育教學(xué)過程是一個(gè)非常復(fù)雜、精細(xì)的過程，要想全面、客觀地反映學(xué)習(xí)過程和動態(tài)呈現(xiàn)學(xué)習(xí)結(jié)果需要收集大量的學(xué)習(xí)證據(jù)。而由于受到當(dāng)前技術(shù)所限，現(xiàn)已開展的相關(guān)實(shí)踐性研究還不能完全在一種非常自然的狀態(tài)下自動收集全過程數(shù)據(jù)，目前能收集到的證據(jù)類型比較簡單和浮于表面，例如學(xué)生的實(shí)物作品圖片、學(xué)生一些簡單的課堂表現(xiàn)和答題情況等，而能夠表征學(xué)生創(chuàng)新思維、協(xié)作問題解決能力等復(fù)雜的學(xué)習(xí)證據(jù)卻難以獲得。此外，如何將采集到的不同類型的學(xué)習(xí)證據(jù)轉(zhuǎn)換成后續(xù)用于數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)挖掘的有效數(shù)據(jù)也面臨巨大的技術(shù)挑戰(zhàn)。因此迫切需要大數(shù)據(jù)和人工智能技術(shù)進(jìn)一步的突破性進(jìn)展，采集、轉(zhuǎn)化和處理更加精細(xì)化、復(fù)雜和內(nèi)隱的學(xué)習(xí)過程數(shù)據(jù)。

基于證據(jù)的學(xué)習(xí)推進(jìn)了跨學(xué)科知識融合的 STEM 教育，有助于學(xué)生夯實(shí)科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)知識基礎(chǔ)，提升其創(chuàng)新精神與實(shí)踐能力，也有利于創(chuàng)新型、創(chuàng)業(yè)型人才的培養(yǎng)。證據(jù)導(dǎo)向的STEM教育應(yīng)順應(yīng)時(shí)代發(fā)展的需要，關(guān)注學(xué)習(xí)過程，注重證據(jù)和應(yīng)用證據(jù)，幫助教師改變傳統(tǒng)教學(xué)方式，實(shí)現(xiàn)每一個(gè)學(xué)生的成長和發(fā)展，這對于面向未來的教育教學(xué)創(chuàng)新與變革具有重要的借鑒意義。

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收稿日期 2019-07-14

責(zé)任編輯 汪燕