STEM教育中的支持性教學(xué)和學(xué)習(xí)策略

福建省科技館 福建 福州 350001

研究顯示，在堅(jiān)持學(xué)習(xí)SME學(xué)科的學(xué)生與放棄學(xué)習(xí)SME學(xué)科的學(xué)生群體之間，不存在明顯的學(xué)術(shù)差異。但是，兩組學(xué)生(無(wú)論種族和性別如何)都表示“冷酷的氛圍”和低質(zhì)量的學(xué)習(xí)環(huán)境最為令人擔(dān)憂。SME教育的質(zhì)量和特點(diǎn)是造成這些專業(yè)的學(xué)生流失的主要原因，而非學(xué)生的學(xué)術(shù)能力。Tinto的大學(xué)生輟學(xué)互動(dòng)理論也指出學(xué)習(xí)氛圍是導(dǎo)致學(xué)生離開(kāi)大學(xué)的主要原因。在研究學(xué)術(shù)和社會(huì)融合理論的過(guò)程中，Tinto指出學(xué)生在一所大學(xué)中堅(jiān)持學(xué)習(xí)的程度，與教育性和制度性承諾存在相關(guān)性。其他因素還包括學(xué)生的背景特點(diǎn)，以及學(xué)生在社交和學(xué)術(shù)方面與大學(xué)文化之間的融合程度等。在社交方面成功融入的學(xué)生更有可能堅(jiān)持在該機(jī)構(gòu)完成學(xué)業(yè)，這就是制度性承諾；如果學(xué)生能夠在學(xué)術(shù)方面成功融入，他們就更有可能在自己選擇的專業(yè)完成學(xué)業(yè)，這就是教育性承諾。關(guān)于學(xué)術(shù)融合的規(guī)范維度，與學(xué)生對(duì)教育機(jī)構(gòu)的學(xué)術(shù)氛圍的理解有關(guān)；當(dāng)學(xué)生的智力發(fā)展與機(jī)構(gòu)的崇智氣氛相一致時(shí)，就會(huì)表現(xiàn)出較高的學(xué)術(shù)融合度。很明顯，對(duì)于學(xué)生的學(xué)術(shù)體驗(yàn)而言，課堂處于核心位置。

學(xué)習(xí)框架及反向設(shè)計(jì)法

學(xué)習(xí)框架。通過(guò)分析我們希望學(xué)生了解的內(nèi)容和學(xué)習(xí)體驗(yàn)后能夠做到的事情，以此作為設(shè)計(jì)環(huán)境的基礎(chǔ)，幫助學(xué)生提升成功完成相關(guān)知識(shí)轉(zhuǎn)化所需的基礎(chǔ)且持久的學(xué)識(shí)、技能和態(tài)度。以學(xué)習(xí)者為中心的環(huán)境將學(xué)習(xí)者的體力、興趣和向前概念與目前的學(xué)術(shù)任務(wù)和學(xué)習(xí)目標(biāo)聯(lián)系在一起，幫助學(xué)生了解自己作為學(xué)習(xí)者的角色。以社群為中心的環(huán)境是指在課堂內(nèi)外提供一個(gè)支持性的、豐富且靈活的場(chǎng)景，讓所有學(xué)生都能夠參與學(xué)習(xí)、大膽提問(wèn)，共同合作。最后，以評(píng)估為中心的環(huán)境是指為監(jiān)督者提供各種機(jī)會(huì)，讓學(xué)生的進(jìn)步可視化，以便讓學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)度與學(xué)習(xí)目標(biāo)一目了然，使學(xué)生專注于自身的弱勢(shì)項(xiàng)目，改變思維方式。(見(jiàn)圖1)

圖1 構(gòu)成學(xué)習(xí)框架的四個(gè)鏡頭

反向設(shè)計(jì)過(guò)程。借助可接受的證據(jù)，尤其是憑借反饋和評(píng)估的手段，以學(xué)生學(xué)習(xí)成果為基礎(chǔ)反向回顧設(shè)計(jì)指導(dǎo)方案的方法理念，已經(jīng)被廣泛采用。

確認(rèn)希望獲得的成果。反向設(shè)計(jì)模型中的第一步就是要確定你想讓學(xué)生們通過(guò)課堂授課、學(xué)習(xí)模型、課程或?qū)W科了解到什么知識(shí)，獲得什么能力，甚至成為什么樣的人。換句話說(shuō)就是通過(guò)經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，社群成員所共享的價(jià)值觀和人生態(tài)度。Sullivan將這三個(gè)成果領(lǐng)域歸納為三種學(xué)徒制度。Wiggins和Mc Tighe建議確定(1)擁有超越課堂的持久價(jià)值的大概念、主題或流程；(2)存在于學(xué)科核心的概念、主題或流程；(3)復(fù)雜難于學(xué)習(xí)的并且需要教師指導(dǎo)和提供深刻見(jiàn)解的概念、主題或流程。最終，在規(guī)劃參與型教育學(xué)時(shí)，Wiggins和Mc Tighe建議應(yīng)當(dāng)考慮相關(guān)的概念、主題或流程可以幫助參與的學(xué)生獲得何種程度的潛能。評(píng)估模型中第二步就是確定可以接受的證據(jù)，以便確定學(xué)生是否已經(jīng)達(dá)到學(xué)習(xí)的目標(biāo)或達(dá)到的程度如何。通常，在Bloom分類法的低端使用內(nèi)容為中心的問(wèn)題評(píng)價(jià)成果：記憶、理解。為了在Bloom分類法的中端和高端評(píng)價(jià)學(xué)生的學(xué)習(xí)成果——應(yīng)用、分析、評(píng)估、創(chuàng)造——應(yīng)使用開(kāi)放式提問(wèn)和問(wèn)題進(jìn)行評(píng)價(jià)。目前，人們?cè)絹?lái)越多地采用模擬實(shí)踐的評(píng)測(cè)方法，以及更加真實(shí)和基于效果的評(píng)測(cè)方法。

除了對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況開(kāi)展總結(jié)性評(píng)估之外，為學(xué)生提供形成性的診斷評(píng)估同樣十分重要。除了總結(jié)性評(píng)估，形成性評(píng)估能夠幫助教師修正自己的教學(xué)實(shí)踐，確定并解決學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程中的潛在的問(wèn)題和阻礙，并在課程中了解學(xué)生學(xué)習(xí)情況的變化。對(duì)于學(xué)生而言，形成性的評(píng)估能夠幫助學(xué)生自行評(píng)估他們對(duì)學(xué)術(shù)內(nèi)容的了解程度，為以學(xué)生為中心的學(xué)習(xí)方法提供支持，提供記錄相關(guān)學(xué)習(xí)情況的額外方法。

在沒(méi)有技術(shù)支持的條件下，講師可以使用其他課堂評(píng)估技術(shù)，對(duì)學(xué)生開(kāi)展形成性評(píng)估工作。

方案指導(dǎo)。反向設(shè)計(jì)流程的第三步是方案指導(dǎo)。我們以參與型教學(xué)方法為重點(diǎn)——合作學(xué)習(xí)和問(wèn)題式學(xué)習(xí)——因?yàn)榇碇卮蟮乃枷氲膶W(xué)習(xí)成果位于學(xué)科的核心地位，需要進(jìn)行披露，同時(shí)也有助于學(xué)生參與。

落實(shí)合作學(xué)習(xí)和問(wèn)題式學(xué)習(xí)

包括合作學(xué)習(xí)和基于問(wèn)題的學(xué)習(xí)的課堂實(shí)踐，在設(shè)計(jì)時(shí)十分復(fù)雜，難于落實(shí)和管理。除了難于落實(shí)和其他問(wèn)題之外，合作學(xué)習(xí)和問(wèn)題式學(xué)習(xí)還沒(méi)有在STEM課堂中得到廣泛運(yùn)用。部分原因是因?yàn)樵O(shè)計(jì)、落實(shí)和管理困難，但是更重要的原因是，大部分教師在本科教育或研究生教育階段未曾體驗(yàn)過(guò)任何形式的合作學(xué)習(xí)和問(wèn)題式學(xué)習(xí)。

主動(dòng)學(xué)習(xí)。非正式合作學(xué)習(xí)小組(通常指主動(dòng)學(xué)習(xí))、正式合作學(xué)習(xí)小組和合作基礎(chǔ)小組是工程學(xué)院最廣泛運(yùn)用的學(xué)習(xí)形式。每種學(xué)習(xí)小組形式都為學(xué)生提供了多種機(jī)會(huì)，讓他們?cè)谡n堂內(nèi)外都能保持思維活躍，加強(qiáng)人際溝通。非正式合作學(xué)習(xí)通常用于主修講座類課程，在此僅做簡(jiǎn)要介紹。正式合作學(xué)習(xí)可以用于內(nèi)容集中型課程，對(duì)這類課程而言，掌握概念或程序化材料至關(guān)重要；但是很多教師發(fā)現(xiàn)，從背誦開(kāi)始，或從實(shí)驗(yàn)課或設(shè)計(jì)項(xiàng)目課開(kāi)始著手會(huì)比較容易?；A(chǔ)小組是長(zhǎng)期合作學(xué)習(xí)小組，主要職責(zé)是為所有小組成員提供支持和鼓勵(lì)，確保每位成員都能獲得所需的幫助，以便在所學(xué)課程中和大學(xué)生活中獲得成功。

非正式合作學(xué)習(xí)是指組織學(xué)生共同合作，臨時(shí)達(dá)到學(xué)習(xí)目標(biāo)，特別是指那些組隊(duì)時(shí)間在數(shù)分鐘或一節(jié)課時(shí)長(zhǎng)的學(xué)習(xí)小組。非正式合作學(xué)習(xí)小組還需確保小組中的錯(cuò)誤想法、錯(cuò)誤理解，以及理解偏差得到確定和糾正。這種學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)是個(gè)性化的。在非正式合作學(xué)習(xí)模式中，每隔十到十五分鐘，就會(huì)要求學(xué)生們針對(duì)他們?cè)谡n堂書擋中所學(xué)到的相關(guān)知識(shí)開(kāi)展討論并進(jìn)行處理(圖2)。

圖2 課堂上的書擋

將課程分割為數(shù)個(gè)較短的合作處理時(shí)間段，導(dǎo)致上課時(shí)間有所縮短，但能夠讓學(xué)生及時(shí)參與。在講課和直接教學(xué)的過(guò)程中，講師應(yīng)確保學(xué)生保持腦力勞動(dòng)狀態(tài)，例如組織材料、解釋材料、總結(jié)材料，并將目前所學(xué)與現(xiàn)有的概念網(wǎng)絡(luò)相融合。普通的非正式合作學(xué)習(xí)技術(shù)包括課前和課后(擋書板)進(jìn)行集中討論，并在上課過(guò)程中穿插進(jìn)行同伴討論。雖然圖2.2展示的是三到四分鐘的同伴討論案例，但很多教師僅僅提供一到兩分鐘的討論時(shí)間，有些甚至只給三十秒。

隨著教師對(duì)實(shí)時(shí)評(píng)估和非正式合作學(xué)習(xí)逐漸熟悉，他們通常會(huì)對(duì)格式進(jìn)行修改。舉例來(lái)說(shuō)，如果大部分學(xué)生對(duì)某一概念問(wèn)題選擇了正確的答案，教師可以要求學(xué)生對(duì)答案所含的基本原理進(jìn)行思考，并與鄰桌進(jìn)行討論；如果大部分學(xué)生對(duì)某一概念問(wèn)題都選擇了錯(cuò)誤的答案，那么教師可以試著重新解釋，或許還會(huì)換一種解釋方法；如果對(duì)概念問(wèn)題的回答正誤參半，教師可以要求學(xué)生與鄰桌對(duì)比一下各自的答案，看看是否能夠針對(duì)答案達(dá)成一致意見(jiàn)。

非正式合作學(xué)習(xí)能夠確保學(xué)生積極理解他們所學(xué)的內(nèi)容。非正式合作學(xué)習(xí)也讓教師可以收集大家的想法，整理筆記，獲得片刻休息并在課堂里邊走動(dòng)邊聆聽(tīng)學(xué)生們的討論。教師可以從討論中洞察學(xué)生對(duì)于所受教材和概念的理解程度。

正式合作學(xué)習(xí)小組。正式合作學(xué)習(xí)小組比非正式合作學(xué)習(xí)小組更有組織性，任務(wù)也更復(fù)雜，通常合作學(xué)習(xí)的時(shí)間也更長(zhǎng)。社會(huì)互賴?yán)碚摵秃献鲗W(xué)習(xí)研究確定了正式合作學(xué)習(xí)小組成功實(shí)施的五個(gè)基本要素：積極互賴、面對(duì)面的激勵(lì)互動(dòng)、團(tuán)體歸屬感和個(gè)人責(zé)任感、團(tuán)隊(duì)合作能力和團(tuán)隊(duì)運(yùn)作：

· 積極互賴。合作學(xué)習(xí)的核心是積極互賴。學(xué)生們必須相信自己與其他組員之間的關(guān)系是單打獨(dú)斗是無(wú)法成功的，只有團(tuán)隊(duì)協(xié)作才能成功(反之亦然)。學(xué)生們互相協(xié)作才能完成這項(xiàng)工作。換言之，他們必須意識(shí)到要一起往前游才不會(huì)集體沉下去。在正式合作學(xué)習(xí)小組中，積極互賴關(guān)系可以通過(guò)讓小組成員就小組的答案達(dá)成共識(shí)(小組產(chǎn)品-目標(biāo)互賴)，確保每個(gè)成員都能解釋小組的答案(學(xué)習(xí)目標(biāo)互賴)，并履行分配的角色職責(zé)(角色互賴)等方法來(lái)建立。構(gòu)建積極互賴關(guān)系的其他方式包括獲得共同的獎(jiǎng)勵(lì)，例如團(tuán)體評(píng)分(獎(jiǎng)勵(lì)互賴)，資源共享(資源互賴)或勞動(dòng)分工(任務(wù)互賴)。

· 面對(duì)面的激勵(lì)互動(dòng)一旦教授建立了積極互賴關(guān)系，他/她必須確保學(xué)生之間進(jìn)行互動(dòng)，彼此幫助，完成任務(wù)。鼓勵(lì)學(xué)生之間用語(yǔ)言講解如何解決問(wèn)題，互相討論所學(xué)的概念和策略，向同學(xué)傳授他們的知識(shí)，互相解釋當(dāng)前所學(xué)內(nèi)容和過(guò)去所學(xué)之間的聯(lián)系，并幫助、鼓勵(lì)、支持彼此努力學(xué)習(xí)。沉默的學(xué)生缺乏參與度，他們當(dāng)然對(duì)他人的學(xué)習(xí)沒(méi)有幫助，也可能對(duì)自己的學(xué)習(xí)沒(méi)有任何幫助。

· 團(tuán)體歸屬感和個(gè)人責(zé)任感合作學(xué)習(xí)小組的目的之一是使每個(gè)成員都有機(jī)會(huì)成為一個(gè)更強(qiáng)大的人。學(xué)生們一起學(xué)習(xí)，這樣他們以后作為個(gè)體也可以表現(xiàn)得更好。為了確保每個(gè)成員都得到提升，學(xué)生要承擔(dān)各自的責(zé)任，完成分發(fā)給他們的任務(wù)。每個(gè)學(xué)生的表現(xiàn)都會(huì)得到評(píng)估，評(píng)估結(jié)果會(huì)反饋給個(gè)人或小組。小組成員需要知道誰(shuí)在完成任務(wù)時(shí)需要他人的幫助，他們也需要知道他們不能借著其他人的成果“搭便車”。構(gòu)建個(gè)人責(zé)任感的常見(jiàn)方法包括個(gè)人考試、自我評(píng)估和互相評(píng)估，以及隨機(jī)點(diǎn)名個(gè)別學(xué)生對(duì)小組工作進(jìn)行匯報(bào)。

· 團(tuán)隊(duì)合作能力合作的成功需要團(tuán)隊(duì)合作能力，包括領(lǐng)導(dǎo)力、決策力、建立信任、協(xié)調(diào)溝通和管理沖突的能力。這些技能必須像學(xué)習(xí)技能一樣精準(zhǔn)有目的地傳授。許多學(xué)生從未在學(xué)習(xí)中合作過(guò)，因此缺乏提升團(tuán)隊(duì)合作效率所需的團(tuán)隊(duì)合作技能。教師通常常通過(guò)給每個(gè)小組成員分配不同角色介紹和強(qiáng)調(diào)團(tuán)隊(duì)合作技能。例如，學(xué)生通過(guò)擔(dān)任工作記錄員來(lái)學(xué)習(xí)如何記錄小組工作，通過(guò)擔(dān)任內(nèi)過(guò)程記錄員來(lái)制定學(xué)習(xí)方案并監(jiān)控小組的完成情況，通過(guò)擔(dān)任協(xié)調(diào)員來(lái)指導(dǎo)小組成員，擔(dān)任確認(rèn)員來(lái)確保小組中的每個(gè)人都已理解并能夠轉(zhuǎn)述。企業(yè)雇主和《2000年ABET工程標(biāo)準(zhǔn)》都強(qiáng)調(diào)團(tuán)隊(duì)合作技能，一些書籍和文章也可以幫助培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作技能。

在選擇和實(shí)施正式合作學(xué)習(xí)策略之前，應(yīng)評(píng)估以下幾個(gè)條件，以確定它是否是針對(duì)目前情況的最好方案：學(xué)生應(yīng)在課堂內(nèi)外有足夠時(shí)間進(jìn)行小組學(xué)習(xí)；任務(wù)應(yīng)該足夠復(fù)雜，足以構(gòu)成一個(gè)正式小組；而教師的目標(biāo)應(yīng)包含開(kāi)發(fā)學(xué)生在合作學(xué)習(xí)中可以提升的技能類型，如批判性思維、高層次的推理和團(tuán)隊(duì)合作能力等已證實(shí)可以被合作學(xué)習(xí)積極影響的技能。Johnson、Johnson和Smith(1998)的研究中詳細(xì)描述了教師在構(gòu)建正式合作學(xué)習(xí)小組中的作用：(1)

明確課程目標(biāo)，(2)制定教學(xué)決策(例如，確定小組規(guī)模和確定學(xué)生分組的方法)，(3)解釋任務(wù)和積極互賴關(guān)系，(4)監(jiān)督學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，并在小組內(nèi)進(jìn)行干預(yù)，以提供任務(wù)協(xié)助或提高學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作能力；(5)評(píng)估學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，幫助學(xué)生內(nèi)省小組的運(yùn)作情況。設(shè)計(jì)正式合作學(xué)習(xí)課程計(jì)劃指南可以在許多書籍和文章中找到。

實(shí)施基礎(chǔ)合作小組?；A(chǔ)合作小組是長(zhǎng)期的且種類繁多的小組，其小組成員較穩(wěn)定，成員的主要職責(zé)是為每個(gè)學(xué)生提供其取得學(xué)習(xí)進(jìn)步所需的支持，鼓勵(lì)和幫助?；A(chǔ)小組是將所需完成的任務(wù)和課程學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)個(gè)性化。這些小組在整個(gè)課程中，甚至課程后都會(huì)保持不變?；拘〗M的成員應(yīng)該交換郵箱地址、電話號(hào)碼以及相關(guān)的日程安排，因?yàn)樗麄兛赡芟Ｍ谡n外會(huì)面。當(dāng)學(xué)生有想要討論的成功經(jīng)驗(yàn)，見(jiàn)解，問(wèn)題或疑慮時(shí)，他們可以聯(lián)系其基礎(chǔ)小組的其他成員?；A(chǔ)小組通常通過(guò)使用小組文件夾或線上討論小組來(lái)管理日常課程文檔?；A(chǔ)小組學(xué)習(xí)的模式被許多工程系的本科生用于課程和項(xiàng)目學(xué)習(xí)中，部分原因是因?yàn)樗鼈兎浅Ｓ行乙子趯?shí)施。此種模式還常被用于專業(yè)學(xué)校的研究生課程，例如工商管理和技術(shù)管理碩士。這種情況下，他們通常被稱為同類小組，由五到六名學(xué)生組成，這些學(xué)生們?cè)谘芯可n程期間會(huì)一直在一起。

實(shí)施基于問(wèn)題的學(xué)習(xí)?；趩?wèn)題的學(xué)習(xí)適用于工程學(xué)，醫(yī)學(xué)和其他STEM學(xué)科，因?yàn)樗兄谔嵘龑W(xué)生在構(gòu)思從未見(jiàn)過(guò)的問(wèn)題時(shí)的技能和信心。基于問(wèn)題的學(xué)習(xí)，更廣泛來(lái)說(shuō)是挑戰(zhàn)性學(xué)習(xí)(例如，基于案例的學(xué)習(xí)，基于問(wèn)題的學(xué)習(xí)，基于項(xiàng)目的學(xué)習(xí)和基于探究的學(xué)習(xí))，已經(jīng)在大量參考文獻(xiàn)中得到了描述，它們是STEM學(xué)科中實(shí)施參與式教學(xué)法的極好途徑。

結(jié)論

提高STEM學(xué)生之間以及STEM課堂內(nèi)學(xué)生與講師之間的團(tuán)體意識(shí)至關(guān)重要，因?yàn)楹献鲗W(xué)習(xí)的研究人員和實(shí)踐者已經(jīng)證實(shí)積極的同伴關(guān)系對(duì)于大學(xué)的成功至關(guān)重要。

學(xué)生的參與，老師的鼓勵(lì)以及學(xué)生們之間的互動(dòng)，與改進(jìn)批判性思維存在正相關(guān)的關(guān)系。這三項(xiàng)活動(dòng)與其他研究和理論相一致，強(qiáng)調(diào)思維能力和其他技能中積極實(shí)踐、激勵(lì)和反饋的重要性。這證實(shí)了討論在改善思維和解決問(wèn)題方面優(yōu)于講座。

更加積極和易于投入的學(xué)習(xí)環(huán)境可以幫助STEM畢業(yè)生取得最重要成果：較強(qiáng)的思考和推理能力、問(wèn)題解決能力、與他人合作的能力，尤其是在復(fù)雜環(huán)境和情況下解決問(wèn)題的能力和信心。我們需要勇氣來(lái)放下我們的說(shuō)教沖動(dòng)，轉(zhuǎn)而吸引和鼓勵(lì)學(xué)生參與到他們的學(xué)習(xí)中。