基于問(wèn)題導(dǎo)向的STEM 課程“靶向設(shè)計(jì)”探究

中國(guó)福利會(huì)少年宮 鄭思晨

科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)及其他學(xué)科共同構(gòu)成了我們描述世界、認(rèn)識(shí)世界、改造世界的基石。從這個(gè)意義來(lái)說(shuō)，STEM 教育就是培養(yǎng)能夠運(yùn)用跨學(xué)科知識(shí)、進(jìn)行整合的能力，善于發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，并能夠分析與解決問(wèn)題的能力，以及適應(yīng)社會(huì)的能力。為此，需要基于STEM 課程的跨學(xué)科特征，不斷完善STEM 課程的主題內(nèi)容設(shè)計(jì)。

一、STEM 課程的跨學(xué)科特征

STEM 教育聚焦特定問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生跨越學(xué)科界限，綜合運(yùn)用多學(xué)科知識(shí)，解決真實(shí)世界的問(wèn)題，即強(qiáng)調(diào)以解決問(wèn)題為核心、以學(xué)科融合為關(guān)鍵、以思維整合為基礎(chǔ)、以創(chuàng)新創(chuàng)造為目標(biāo)?？鐚W(xué)科的STEM 課程，是將“有邊界”的學(xué)科知識(shí)融入一個(gè)“無(wú)邊界”的內(nèi)容主題之中，解決真實(shí)問(wèn)題。

以“水”這一主題為例，圍繞各自的學(xué)科知識(shí)，語(yǔ)文教師介紹與水有關(guān)的詩(shī)詞，物理教師介紹水的三態(tài)變化，生物教師介紹水與生物體，地理教師介紹地球系統(tǒng)中的水，未整合的各學(xué)科，是相互孤立的。而跨學(xué)科的STEM 課程則會(huì)形成如下主題：水，生命之源；水資源研究與管理；水與社會(huì)、經(jīng)濟(jì)；水與文化的共生。通過(guò)具體的選題，實(shí)現(xiàn)各學(xué)科的相互融合。

二、STEM 課程設(shè)計(jì)的關(guān)鍵因素

（一）價(jià)值認(rèn)同因素

要通過(guò)親歷活動(dòng)，讓學(xué)生獲得積極的價(jià)值體驗(yàn)，對(duì)中國(guó)文化有明顯認(rèn)同感；形成積極的實(shí)踐觀，根據(jù)自身興趣特長(zhǎng)，形成初步的生涯規(guī)劃意識(shí)和能力；體悟個(gè)人成長(zhǎng)與職業(yè)變革、社會(huì)進(jìn)步、國(guó)家發(fā)展和人類命運(yùn)共同體的關(guān)系，培養(yǎng)國(guó)際視野。

（二）學(xué)科融合因素

要體現(xiàn)多學(xué)科融合的特征，在情境中實(shí)現(xiàn)分科知識(shí)的整合；開(kāi)展問(wèn)題情境下的跨學(xué)科項(xiàng)目化活動(dòng)，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)真實(shí)問(wèn)題的探究以及學(xué)科知識(shí)的遷移，增強(qiáng)對(duì)學(xué)科學(xué)習(xí)的新穎理解與興趣。

（三）問(wèn)題能力因素

能激發(fā)學(xué)生從自然、學(xué)校、社區(qū)及社會(huì)、生活現(xiàn)象中，發(fā)現(xiàn)并提出感興趣的問(wèn)題，將問(wèn)題轉(zhuǎn)化為小課題、小項(xiàng)目，運(yùn)用科學(xué)方法開(kāi)展研究，并及時(shí)對(duì)研究過(guò)程及結(jié)果進(jìn)行反思與調(diào)整，最終形成比較規(guī)范的研究報(bào)告等成果。

（四）創(chuàng)意設(shè)計(jì)因素

能引發(fā)學(xué)生將富于創(chuàng)造性的思想、理念以設(shè)計(jì)的方式予以延伸與呈現(xiàn)，允許設(shè)計(jì)有可選擇的層次性、遞進(jìn)性，促使最終的設(shè)計(jì)作品具備不雷同的氣質(zhì)形態(tài)，可以給不同受眾以不同的美好聯(lián)想。

（五）實(shí)踐物化因素

能引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用各種工具、工藝（包括信息技術(shù)），將創(chuàng)意方案付諸現(xiàn)實(shí)，轉(zhuǎn)化為物品或作品。設(shè)計(jì)主題能夠鼓勵(lì)學(xué)生動(dòng)手動(dòng)腦，靈活運(yùn)用相關(guān)知識(shí)和技巧，提高知識(shí)遷移能力、技術(shù)實(shí)踐水平，體會(huì)工匠精神。

以上關(guān)鍵因素如何在課程內(nèi)容中進(jìn)行呈現(xiàn)，見(jiàn)下述案例所示。

三、STEM 課程的“靶向設(shè)計(jì)”模式

本文提出的STEM 課程“靶向設(shè)計(jì)”模式，是基于教學(xué)分析，圍繞“項(xiàng)目或問(wèn)題”，對(duì)完成項(xiàng)目或解決問(wèn)題所需要的學(xué)習(xí)資源、學(xué)習(xí)支架、探究活動(dòng)、項(xiàng)目評(píng)價(jià)等環(huán)節(jié)進(jìn)行設(shè)計(jì)，之后，再通過(guò)強(qiáng)化練習(xí)進(jìn)行總結(jié)提升，系統(tǒng)化鞏固學(xué)生獲得的知識(shí)，并關(guān)注知識(shí)的結(jié)構(gòu)化遷移。

（一）主題設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)

1.教學(xué)分析

首先，需要分析教學(xué)目標(biāo)，確定學(xué)習(xí)主題，闡述三維目標(biāo)。其次，需要分析學(xué)情，確保項(xiàng)目設(shè)計(jì)符合學(xué)生的認(rèn)知與能力水平，充分了解學(xué)生的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)、學(xué)習(xí)需求。再次需要分析學(xué)習(xí)內(nèi)容，將跨學(xué)科知識(shí)之間的關(guān)系通過(guò)知識(shí)地圖的形式進(jìn)行呈現(xiàn)，從而能夠確保在課程實(shí)施過(guò)程中圍繞主題準(zhǔn)確將相關(guān)知識(shí)進(jìn)行遷移。

2.項(xiàng)目任務(wù)

STEM 教學(xué)的核心，是需要基于現(xiàn)實(shí)情境，設(shè)計(jì)真實(shí)的項(xiàng)目學(xué)習(xí)任務(wù)。圍繞需要解決的實(shí)際項(xiàng)目或問(wèn)題設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)任務(wù)，一定要放在特定情境中進(jìn)行具體化。因此，這就要求教師要做好充分的教學(xué)分析，通過(guò)學(xué)習(xí)情境的設(shè)計(jì)，將學(xué)習(xí)問(wèn)題與學(xué)習(xí)情境進(jìn)行融合，避免兩者出現(xiàn)割裂。

（二）過(guò)程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)

1.資源設(shè)計(jì)

為學(xué)生設(shè)計(jì)適合的學(xué)習(xí)環(huán)境，包括教學(xué)設(shè)備、器材和所需的信息化工具，還需要一些用來(lái)支持或指引擴(kuò)充思維過(guò)程的認(rèn)知工具。另外，還要提供豐富的學(xué)習(xí)資源與工具，教師要了解學(xué)習(xí)問(wèn)題的所有細(xì)節(jié)，儲(chǔ)備必要的相關(guān)知識(shí)；在解決問(wèn)題的過(guò)程中，學(xué)生需要查閱相關(guān)信息；強(qiáng)化練習(xí)、鞏固拓展的學(xué)習(xí)材料等。

2.學(xué)習(xí)支架

典型的支架包括情境型支架、問(wèn)題型支架、實(shí)驗(yàn)型支架、信息型支架、知識(shí)型支架、程序型支架、策略型支架、范例型支架、訓(xùn)練性支架等。不同類型和功能的支架，不僅能幫助學(xué)生經(jīng)歷有經(jīng)驗(yàn)的學(xué)習(xí)者（如教師、專家等）的思維過(guò)程，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)一些隱性知識(shí)的理解與體悟；還能夠提高學(xué)生的能力水平以達(dá)到任務(wù)要求，當(dāng)學(xué)生不能獨(dú)立完成任務(wù)時(shí)，為其提供支持，助其獲得成功，從而挖掘自身的潛在發(fā)展空間，收獲更大的進(jìn)步。

3.探究活動(dòng)

有效的STEM 項(xiàng)目，關(guān)鍵在于設(shè)計(jì)有效的探究活動(dòng)，提高學(xué)習(xí)效率，促進(jìn)知識(shí)內(nèi)化。這就要求教師基于教學(xué)目標(biāo)，圍繞教學(xué)內(nèi)容，進(jìn)行教學(xué)情境和學(xué)習(xí)活動(dòng)的設(shè)計(jì)，帶領(lǐng)學(xué)生在活動(dòng)中學(xué)習(xí)。但是，教學(xué)模式不同，教學(xué)環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)也有所差異，尤其是活動(dòng)步驟和階段任務(wù)都需要做相應(yīng)的調(diào)整。

（三）評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)

1.項(xiàng)目評(píng)價(jià)

STEM 課程的評(píng)價(jià)方式比傳統(tǒng)的紙筆測(cè)試更加靈活多樣，強(qiáng)調(diào)形成性評(píng)價(jià)和過(guò)程性評(píng)價(jià)、自評(píng)與他評(píng)等不同評(píng)價(jià)方式的結(jié)合，對(duì)學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中，呈現(xiàn)的學(xué)習(xí)態(tài)度、興趣點(diǎn)、參與度、任務(wù)完成度，以及學(xué)生的作品等進(jìn)行多方面評(píng)估。我們可以通過(guò)知識(shí)和能力的雷達(dá)圖來(lái)展示評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)。

圖2 雷達(dá)圖

2.總結(jié)拓展

教學(xué)總結(jié)可以由教師獨(dú)立完成，也可以在教師指導(dǎo)下，由學(xué)生分小組進(jìn)行合作匯報(bào)。目的是促進(jìn)學(xué)習(xí)者將零散的知識(shí)系統(tǒng)化，幫助學(xué)生梳理知識(shí)結(jié)構(gòu)、促進(jìn)知識(shí)內(nèi)化。最后，教師根據(jù)學(xué)生小組評(píng)價(jià)和自我評(píng)價(jià)的結(jié)果，提供補(bǔ)充學(xué)習(xí)材料和拓展性、強(qiáng)化類的練習(xí)，供學(xué)生自主選擇，借助有針對(duì)性的學(xué)習(xí)材料和鞏固練習(xí)，對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程中產(chǎn)生的片面認(rèn)識(shí)或錯(cuò)誤理解進(jìn)行完善和調(diào)整，從而確保教學(xué)目標(biāo)的達(dá)成。

3.完善優(yōu)化

為實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目的不斷改進(jìn)與優(yōu)化，不僅要規(guī)范執(zhí)行既定的教學(xué)方案，進(jìn)行項(xiàng)目實(shí)施，也要基于靈活、開(kāi)放的原則，根據(jù)實(shí)際教學(xué)條件和形成性評(píng)價(jià)的反饋，對(duì)教學(xué)方案進(jìn)行調(diào)整。在不斷完善中優(yōu)化方案，最終促成創(chuàng)新作品的達(dá)成。

STEM 課程的核心特點(diǎn)，是基于問(wèn)題情境的跨學(xué)科探究。如何發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，如何聯(lián)系實(shí)際、圍繞問(wèn)題，設(shè)計(jì)具體項(xiàng)目來(lái)分析與解決問(wèn)題，關(guān)鍵在于融合各學(xué)科知識(shí)，引導(dǎo)跨學(xué)科的思維。因此，正確認(rèn)識(shí)STEM 融合相關(guān)學(xué)科知識(shí)的特征，設(shè)計(jì)跨學(xué)科的STEM 課程主題內(nèi)容系列等，是成功開(kāi)展STEM 教育的關(guān)鍵。