基于STEM理念的主題課程案例分析

◇（江蘇：常熟國際學(xué)校）

隨著人類社會進入“互聯(lián)網(wǎng)+”時代，人工智能、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、區(qū)塊鏈等現(xiàn)代信息技術(shù)迅速發(fā)展，并廣泛應(yīng)用于社會各個領(lǐng)域。傳統(tǒng)社會中大量勞動密集型的日常任務(wù)早已由各種自動化機器完成，一些傳統(tǒng)的認知任務(wù)逐漸被人工智能所取代。人們在高度智慧的社會中需要完成的認知任務(wù)越來越復(fù)雜和多變，這對未來的社會勞動力提出了新的要求。為此，許多國家和國際組織已經(jīng)制定并發(fā)布了未來的關(guān)鍵能力框架。

一、小學(xué)階段STEM 課程開發(fā)現(xiàn)狀及分析

與傳統(tǒng)學(xué)科相比，STEM 教育將STEM 教育理念融入初級科學(xué)課堂，目前受到一線老師的高度重視和支持。然而，中國缺乏相應(yīng)的STEM 課程標準、實施策略和評估標準，STEM 教育發(fā)展仍處于探索階段。

STEM 起源于20世紀80年代的美國，是科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)的首字母縮寫。自2007年以來，越來越多的基于STEM 教育的課程開始出現(xiàn)。近年來，STEM 教育已經(jīng)進入校園，STEM 教育的基礎(chǔ)開始在社會中出現(xiàn)。在STEM 課程中，教師根據(jù)自己的興趣和需求設(shè)計課程，讓學(xué)生參與學(xué)習(xí)主題的學(xué)習(xí)活動，成為課堂的主體。這種重新體驗和重塑課程保護了學(xué)生的好奇心，激發(fā)了學(xué)生的興趣，使學(xué)生能夠在做中學(xué)，并最終在實踐中提高。

中國整合STEM 課程開發(fā)，主要側(cè)重于類似的Maker 活動，如，機器人技術(shù)、3D 打印、創(chuàng)意編程、小規(guī)模技術(shù)制作、創(chuàng)意小玩意等。它主要以原創(chuàng)綜合實踐課程或制作者活動的形式進行。在一定程度上，比較注重學(xué)生的積極參與和經(jīng)驗，強調(diào)學(xué)生的主觀地位以及多學(xué)科知識的學(xué)習(xí)和應(yīng)用。但也存在不少問題。

二、STEM課程設(shè)計的特點及分析

（一）STEM課程教學(xué)目標的確立

基礎(chǔ)科學(xué)的目標是培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，為今后的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。學(xué)生了解物理科學(xué)、生命科學(xué)、地球和空間科學(xué)、技術(shù)和工程科學(xué)的知識，形成分析問題、制訂計劃、開展研究、評估和交換信息的能力，培養(yǎng)尊重客觀事實、解決問題和創(chuàng)新意識的科學(xué)態(tài)度，加強對環(huán)境的保護和對科學(xué)技術(shù)、社會和環(huán)境的理解。與此同時，美國的《新一代科學(xué)教育標準》要求，從科學(xué)和工程實踐、學(xué)科核心概念和跨學(xué)科概念三個方面，以績效期望的形式實現(xiàn)STEM 課程的開發(fā)目標?？茖W(xué)和工程實踐強調(diào)讓更多的學(xué)生參與工程設(shè)計和實踐。學(xué)生在K-12 階段學(xué)習(xí)并掌握四門獨立的學(xué)科知識，跨學(xué)科概念是四個學(xué)科的共同概念，有助于跨學(xué)科學(xué)習(xí)。從新的基礎(chǔ)科學(xué)課程標準中選擇四個學(xué)科的部分內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究精神和科學(xué)態(tài)度，為理解科學(xué)、技術(shù)、社會和環(huán)境之間的關(guān)系奠定基礎(chǔ)。

（二）STEM課程教學(xué)內(nèi)容的選擇

1.體現(xiàn)跨學(xué)科的整合性

STEM 不僅僅指四門單獨學(xué)科，還包括問題解決方法和教師資源整合等?；赟TEM 理念的小學(xué)科學(xué)課程內(nèi)容選擇，要體現(xiàn)跨學(xué)科的整合性，即多學(xué)科或跨學(xué)科或?qū)W科間的整合，同時也要求教育工作者具備跨學(xué)科的學(xué)習(xí)經(jīng)驗和教學(xué)經(jīng)驗。

2.探究主題與標準相關(guān)聯(lián)

新的初級科學(xué)課從四個領(lǐng)域（物理科學(xué)、生命科學(xué)、地球和空間科學(xué)以及技術(shù)和工程科學(xué)）中選擇了18 個關(guān)鍵概念，通過科學(xué)探究或工程實踐，引導(dǎo)學(xué)生探索與小學(xué)新科學(xué)相對應(yīng)的主題。

3.基于真實或現(xiàn)實問題情境

設(shè)計活動的主題時，應(yīng)根據(jù)實際或現(xiàn)實的問題情境，選擇與學(xué)生生活經(jīng)驗密切相關(guān)的內(nèi)容。學(xué)生應(yīng)通過科學(xué)課的學(xué)習(xí)獲得某些知識、技能、過程和方法，以形成某種情感和態(tài)度。價值觀也可以與現(xiàn)實生活聯(lián)系起來，并應(yīng)用于現(xiàn)實生活，以促進學(xué)生的可持續(xù)發(fā)展。

4.體現(xiàn)STEM 的開放性

STEM 的發(fā)展源于科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)，并且不斷擴展。例如，STEM 和藝術(shù)整合（STEAM）。其他學(xué)科可以促進科學(xué)發(fā)展，科學(xué)也可以促進其他學(xué)科發(fā)展，同時，學(xué)科知識不斷更新和發(fā)展，組織物理科學(xué)、生命科學(xué)、地球與空間科學(xué)、技術(shù)和工程科學(xué)四個領(lǐng)域的18 個主要概念，實現(xiàn)科學(xué)知識、科學(xué)探究和工程實踐的統(tǒng)一。

（三）STEM教學(xué)方法的構(gòu)建

通過對比分析，基于項目的學(xué)習(xí)（以下簡稱PBL）的應(yīng)用更適合于高水平的課程，相比之下，PBL 的知識結(jié)構(gòu)開始于組織基礎(chǔ)和較低水平的預(yù)先知識和技能，國內(nèi)小學(xué)科學(xué)課堂推動探究式教學(xué)。PBL 根據(jù)主題的性質(zhì)，也可用于不同層次的學(xué)生。同時基于項目的學(xué)習(xí)方法在工程教育中可能更為合適和被接受，基于工程的設(shè)計廣泛應(yīng)用于整合性STEM教育中。

基于探究的學(xué)習(xí)是積極的教學(xué)策略，培養(yǎng)學(xué)生提出問題、設(shè)計調(diào)查、解決問題、解釋數(shù)據(jù)和證據(jù)、形成解釋和論證以及交流發(fā)現(xiàn)的能力。

PBL的主要原則是通過調(diào)查、解釋和解決問題，來最大限度地學(xué)習(xí)和解決問題。因此，PBL 培養(yǎng)了學(xué)生有效解決問題、自我指導(dǎo)、終身學(xué)習(xí)的技能。它的目標是通過識別并為學(xué)習(xí)者提供解決特定問題所需的所有步驟，從而實現(xiàn)更高層次的結(jié)果。

PBL 是組織學(xué)習(xí)有形項目的模型。它是基于一個學(xué)習(xí)過程，即學(xué)習(xí)者正在研究真實的問題，從而在較長時間內(nèi)產(chǎn)生一種有形的產(chǎn)品。學(xué)習(xí)者專注于研究學(xué)科的核心概念和原則，并在最終生產(chǎn)出一種有形產(chǎn)品之前，對活動進行更多的操作。

（四）STEM課程教學(xué)評價的實施

STEM 項目學(xué)習(xí)評價主要概括為：場景、內(nèi)容；對結(jié)果的期望；指定的時間框架；學(xué)生開展活動花費的時間；初期設(shè)計的制約因素。標準STEM 項目學(xué)習(xí)與傳統(tǒng)學(xué)習(xí)各具特點，同時也有共同特征。STEM 課程缺乏相應(yīng)的評價手段及STEM教育評估系統(tǒng)。

三、結(jié)語

具有STEM 特征的學(xué)校對于融入STEM 理念的小學(xué)科學(xué)的評價，可以采取學(xué)習(xí)生態(tài)觀的標準，從個體、項目、課程、區(qū)域等幾個方面進行評價。關(guān)注與STEM 課程相關(guān)的學(xué)習(xí)環(huán)境、學(xué)習(xí)目標、課程內(nèi)容、學(xué)生完成情況、活動的時間、制約因素等。在具體的評價方法方面，鼓勵以學(xué)生為主體的形成性評價，有效的課堂觀察、項目展示、檔案袋記錄、作業(yè)檢查（實驗報告、實驗設(shè)計、實驗記錄）等多種測量方式結(jié)合，對STEM 課堂環(huán)境、教學(xué)評估、學(xué)生綜合性STEM 素養(yǎng)、跨學(xué)科能力和創(chuàng)新進行評價。終結(jié)性評價側(cè)重于學(xué)生對課程目標的完成度，強調(diào)從科學(xué)概念理解、科學(xué)探究能力、科學(xué)態(tài)度等維度進行評價和測量。實施評估主體的多樣化，即不僅以老師評價為主體，而且還要學(xué)生進行自我評價、相互評價，以及學(xué)生家長的評價，從不同角度對科學(xué)知識、科學(xué)探究、科學(xué)態(tài)度、科學(xué)技術(shù)社會和環(huán)境進行評估。