芻議STEM項目量規(guī)的雙維設(shè)計

萬嵩海

中小學(xué)STEM教育往往以項目學(xué)習(xí)的形式展開，它通常要求學(xué)生以小組合作的方式來共同達(dá)成某個來自真實情境的較為復(fù)雜的任務(wù)。對于學(xué)生而言，他們將在STEM項目學(xué)習(xí)過程中，把任務(wù)轉(zhuǎn)化為各種明確的達(dá)成標(biāo)準(zhǔn)，并通過不斷解決標(biāo)準(zhǔn)所指向的若干難題，最終以完整的產(chǎn)品來考量自己對STEM所涉及的各個領(lǐng)域的知識掌握、應(yīng)用與聯(lián)結(jié)情況。對于教師而言，他們要幫助學(xué)生建構(gòu)用于評估產(chǎn)品以及實踐過程是否達(dá)成預(yù)期目標(biāo)的項目量規(guī)，并引導(dǎo)學(xué)生在量規(guī)支持下開展項目學(xué)習(xí)活動，從而深化學(xué)生對學(xué)科內(nèi)和學(xué)科間的知識理解和聯(lián)結(jié)，以及在項目學(xué)習(xí)中的參與度和在團(tuán)隊中的表現(xiàn)。STEM教育的愿景及其發(fā)展趨勢，決定了STEM項目需要有產(chǎn)品達(dá)成度量規(guī)和實踐參與度量規(guī)的共同支持。

產(chǎn)品達(dá)成度量規(guī)的設(shè)計

產(chǎn)品達(dá)成度量規(guī)，是指經(jīng)由STEM項目學(xué)習(xí)而產(chǎn)生的實物化產(chǎn)品所需滿足的各種限制與各項標(biāo)準(zhǔn)。比如，產(chǎn)品需要具有何種功能，產(chǎn)品必須具備何種結(jié)構(gòu)，材料使用有何限定，對產(chǎn)品安全性、實用性、美觀度有何要求等。

案例《建高塔》

任務(wù)：以小組為單位，用給定的材料制作一個不低于1.4米的高塔（底部不能粘在桌面上），要求高塔必須保證站立并能抵御一定強(qiáng)度的風(fēng)力。盡量節(jié)省材料的成本，看哪個組設(shè)計的作品能達(dá)到物美價廉的平衡。

實際上，STEM項目學(xué)習(xí)的任務(wù)是產(chǎn)品達(dá)成度量規(guī)的綜合表達(dá)。為了有效地提升學(xué)生的實踐能力，任務(wù)必須與相關(guān)學(xué)科建立聯(lián)結(jié)，并具備一定的挑戰(zhàn)性。當(dāng)我們深入思考學(xué)科聯(lián)結(jié)點和任務(wù)挑戰(zhàn)點時，就會逐漸形成用于評估各點達(dá)成度的指標(biāo)。因此，教師在構(gòu)建一個STEM項目時，首先要考慮該項目在不同學(xué)科領(lǐng)域中所要達(dá)成的一系列的目標(biāo)。比如，案例《建高塔》中與各學(xué)科相聯(lián)結(jié)的目標(biāo)分別是：

科學(xué)：知道上輕下重、上小下大的物體不容易倒。

技術(shù)：在設(shè)計和建造高塔中合理使用框架結(jié)構(gòu)。

工程：使用工程迭代過程來設(shè)計、建造、測試高塔。

數(shù)學(xué)：測量高塔的高度，核算所使用的材料成本。

藝術(shù)：在設(shè)計與建造過程中，考慮高塔造型與結(jié)構(gòu)的美觀。

為了讓學(xué)生在設(shè)計與建造高塔的過程中發(fā)揮自主性與創(chuàng)造性，教師接下來需要考慮的是如何用明確的量規(guī)來幫助學(xué)生達(dá)成這些與學(xué)科相聯(lián)結(jié)的目標(biāo)。上述目標(biāo)中，“不容易倒”是高塔穩(wěn)定性的外在表現(xiàn)，穩(wěn)定性是指高塔在自身重力以及外力作用下保持其原有形狀與結(jié)構(gòu)的能力。為了幫助學(xué)生有效利用學(xué)科知識與概念，教師應(yīng)該引導(dǎo)學(xué)生思考“怎樣的形狀與結(jié)構(gòu)具有穩(wěn)定性”“如何檢測高塔的穩(wěn)定性”，于是便形成了指向高塔“穩(wěn)定性”達(dá)成度的評估指標(biāo)——產(chǎn)品結(jié)構(gòu)性量規(guī)和產(chǎn)品功能性量規(guī)。

產(chǎn)品結(jié)構(gòu)性量規(guī)，主要考量學(xué)生在產(chǎn)品設(shè)計過程中能否充分利用已有知識來設(shè)計有用的結(jié)構(gòu)以實現(xiàn)產(chǎn)品的既定功能，并幫助學(xué)生在產(chǎn)品性能檢測中根據(jù)測試結(jié)果來反思、校正產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計。在案例《建高塔》中，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)性量規(guī)有“在設(shè)計中考慮到增強(qiáng)高塔穩(wěn)定性的外形與結(jié)構(gòu)”“塔的高度不低于1.4米”。

產(chǎn)品功能性量規(guī)，主要評估學(xué)生的實物化產(chǎn)品在性能檢測中能否滿足既定的功能，并幫助學(xué)生反思產(chǎn)品結(jié)構(gòu)中的冗余設(shè)計與容錯設(shè)計（表1中的“使用多種結(jié)構(gòu)來增強(qiáng)高塔的穩(wěn)定性”屬于冗余設(shè)計，“可以搬動”屬于容錯設(shè)計）。在案例《建高塔》中，產(chǎn)品功能性量規(guī)是“高塔能夠抵御一定強(qiáng)度的風(fēng)力”。

同理，教師可以為各學(xué)科聯(lián)結(jié)目標(biāo)設(shè)計出相應(yīng)的產(chǎn)品達(dá)成度量規(guī)。

需要說明的是：（1）表1所示的產(chǎn)品達(dá)成度量規(guī)僅用于支持相應(yīng)的觀點，而非該項目量規(guī)的最優(yōu)化設(shè)計;（2）教師在進(jìn)行STEM項目設(shè)計時，產(chǎn)品達(dá)成度量規(guī)和項目任務(wù)需要相互印證，同步調(diào)整;（3）教師在開展STEM項目教學(xué)時，產(chǎn)品達(dá)成度量規(guī)并不是緊隨“任務(wù)聚焦”直接呈現(xiàn)，而是需要引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)任務(wù)開展指向產(chǎn)品達(dá)成度量規(guī)的“頭腦風(fēng)暴”，從而共同研制出一套用于評估產(chǎn)品效果的標(biāo)準(zhǔn);（4）形成共識后的產(chǎn)品達(dá)成度量規(guī)，應(yīng)該出現(xiàn)在“方案設(shè)計”環(huán)節(jié)之前，并以可見的方式貫穿在后續(xù)的各個迭代環(huán)節(jié)之中。

實踐參與度量規(guī)的設(shè)計

實踐參與度量規(guī)，是指衡量學(xué)生個體及其團(tuán)隊在卷入STEM項目學(xué)習(xí)時的參與深度和參與廣度的各項標(biāo)準(zhǔn)。比如，學(xué)生在方案設(shè)計、產(chǎn)品展示等環(huán)節(jié)中分別需要達(dá)到怎樣的要求，他們在項目學(xué)習(xí)中的分工合作、個人貢獻(xiàn)應(yīng)該具有何種表現(xiàn)等。

上文所述的產(chǎn)品達(dá)成度量規(guī)，更多的是針對產(chǎn)品本身的結(jié)果性評估，由于產(chǎn)品的個體獨特性，因此每一種產(chǎn)品的達(dá)成度量規(guī)都會有較大差異，需要“一案一設(shè)計”。而實踐參與度量規(guī)，是對學(xué)生參與STEM項目各環(huán)節(jié)的過程性評估，考慮到項目學(xué)習(xí)過程的共通性，因此參與度量規(guī)的差異并不顯著，甚至在一定程度上可以實現(xiàn)通用。比如，我們可以為《雞蛋保護(hù)器》《橋》《建高塔》等案例設(shè)計出如下的實踐參與度量規(guī)（見表2）。

若對表2所示的“實踐參與度量規(guī)”詳加分析，不難發(fā)現(xiàn)涉及方案設(shè)計、產(chǎn)品制作、修正完善、展示交流的量規(guī)主要衡量學(xué)生在項目各環(huán)節(jié)中的參與深度，以幫助他們深入體驗工程實踐過程。而涉及分工合作、個人貢獻(xiàn)等方面的量規(guī)，主要考量學(xué)生在項目學(xué)習(xí)中的參與廣度，以幫助他們認(rèn)識并提升其在團(tuán)隊中的價值。

盡管表2所示的實踐參與度量規(guī)具有共通性，但并不意味著它通用于各個年齡段的學(xué)生?！读x務(wù)教育小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》指出，工程設(shè)計在不同年段有學(xué)習(xí)進(jìn)階，如“1—2年級：利用提供的材料和工具，通過口述、圖示等方式表達(dá)自己的設(shè)計與想法，并完成任務(wù);對自己和他人的作品提出改進(jìn)建議……5—6年級：根據(jù)設(shè)計意圖，分析可利用的資源;簡單評估完成一個產(chǎn)品或系統(tǒng)的可行性，預(yù)想使用效果;從經(jīng)濟(jì)效益、社會效益、環(huán)境效益等方面評價某個工程設(shè)計，并提出改進(jìn)和完善建議”。因此，教師在設(shè)計STEM項目學(xué)習(xí)參與度量規(guī)時，需要充分考慮到工程設(shè)計乃至STEM實踐活動的進(jìn)階性。