基于設(shè)計(jì)思維的STEM教學(xué)模式研究

摘? ?要

設(shè)計(jì)思維是知識(shí)經(jīng)濟(jì)時(shí)代下的一種創(chuàng)造性地解決問(wèn)題的方法論體系，其為STEM教學(xué)的有效開(kāi)展提供了重要支持。從當(dāng)前STEM教學(xué)實(shí)踐中存在的主要問(wèn)題出發(fā)，通過(guò)厘清設(shè)計(jì)思維與STEM教學(xué)之間的內(nèi)在聯(lián)系，借鑒典型的設(shè)計(jì)思維實(shí)施模型，以培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力、探究能力和創(chuàng)新思維為根本目的，構(gòu)建了一個(gè)基于設(shè)計(jì)思維的STEM教學(xué)模式，以期為推動(dòng)STEM教學(xué)改革提供相應(yīng)的理論模型和實(shí)踐參考。

關(guān)鍵詞

設(shè)計(jì)思維? ?STEM教育? ?教學(xué)模式

近年來(lái)，強(qiáng)調(diào)跨學(xué)科融合、聚焦真實(shí)問(wèn)題解決的STEM教育已經(jīng)成為培養(yǎng)適應(yīng)社會(huì)發(fā)展的科技創(chuàng)新人才的重要方式，受到各國(guó)教育領(lǐng)域的廣泛關(guān)注。在全方位開(kāi)展STEM教育改革的大背景下，如何具體進(jìn)行教學(xué)實(shí)踐，探索其教學(xué)模式，是決定STEM教育能否進(jìn)一步深入應(yīng)用的根本性問(wèn)題。2016年，美國(guó)教育部與美國(guó)教育研究協(xié)會(huì)聯(lián)合發(fā)布的《STEM 2026：STEM教育中的創(chuàng)新愿景》報(bào)告將課堂教與學(xué)活動(dòng)的有效設(shè)計(jì)列為開(kāi)展STEM教育的8大重要挑戰(zhàn)之一[1]。美國(guó)白宮和STEM教育委員會(huì)于2018年12月發(fā)布的《制定成功路線：美國(guó)STEM教育戰(zhàn)略》報(bào)告指出，“促進(jìn)跨學(xué)科知識(shí)之間的融合，積極開(kāi)展STEM教育實(shí)踐”[2]。我國(guó)教育部頒布的《教育信息化“十三五”規(guī)劃》也明確強(qiáng)調(diào)，“探索信息技術(shù)在跨學(xué)科學(xué)習(xí)（STEAM教育）等新型教育模式中的應(yīng)用”[3]。教育部教育裝備研究與發(fā)展中心在其2017年至2019年的工作要點(diǎn)中，均指出STEM教育對(duì)中小學(xué)教育發(fā)展和人才培養(yǎng)的重要價(jià)值，要求積極創(chuàng)設(shè)STEM環(huán)境，開(kāi)展STEM教學(xué)。因此，積極探索面向STEM教育的教學(xué)模式，切實(shí)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐能力，已經(jīng)成為當(dāng)今教育領(lǐng)域的熱點(diǎn)議題。然而，隨著STEM教學(xué)實(shí)踐的深入開(kāi)展，一些主要問(wèn)題也逐漸凸顯。由于在教學(xué)中缺乏對(duì)學(xué)生思維過(guò)程的系統(tǒng)引導(dǎo)，導(dǎo)致他們沒(méi)有形成發(fā)散性的思考方式，不能設(shè)計(jì)出多樣化的問(wèn)題解決方案[4]。

設(shè)計(jì)思維，即一套科學(xué)的引導(dǎo)學(xué)生創(chuàng)造性地完成思考、設(shè)計(jì)以及解決問(wèn)題的系統(tǒng)方法和技能[5]。設(shè)計(jì)思維中強(qiáng)調(diào)的“以人為中心”“設(shè)計(jì)修正”“問(wèn)題解決”等內(nèi)容，同樣也是STEM教育所遵循的重要理念?；诖?，本研究將設(shè)計(jì)思維的方法作為STEM教學(xué)實(shí)施的具體路徑，嘗試構(gòu)建一個(gè)基于設(shè)計(jì)思維的STEM教學(xué)模式，以期為推動(dòng)STEM教學(xué)改革提供有價(jià)值的借鑒。

一、設(shè)計(jì)思維支持STEM教學(xué)實(shí)施的方法

設(shè)計(jì)思維，源于英文單詞Design Thinking，中文也譯為設(shè)計(jì)思考。1969年，國(guó)際人工智能專(zhuān)家Simon在其出版的《人工科學(xué)》一書(shū)中指出，人工科學(xué)與自然科學(xué)的重要差別在于前者離不開(kāi)人的設(shè)計(jì)，而要將人工與自然相融合，則離不開(kāi)人的思維。Simon進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)，學(xué)習(xí)者通過(guò)思考之后所形成的理解性學(xué)習(xí)要遠(yuǎn)好于死記硬背的學(xué)習(xí)，更容易將所學(xué)知識(shí)應(yīng)用于新的情景中[6]。關(guān)于設(shè)計(jì)思維的具體內(nèi)涵，沒(méi)有統(tǒng)一的界定。目前，研究者主要從以下三種視角進(jìn)行闡釋?zhuān)旱谝唬椒ㄕ撜f(shuō)。設(shè)計(jì)思維是一套創(chuàng)造性地解決問(wèn)題的方法論體系[7]。第二，過(guò)程說(shuō)。設(shè)計(jì)思維是一個(gè)分析問(wèn)題、解決問(wèn)題、創(chuàng)新思考的過(guò)程，它包括對(duì)問(wèn)題的探索，以及對(duì)解決方案的構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)施與評(píng)價(jià)等內(nèi)容[8]。第三，思考方式說(shuō)。設(shè)計(jì)思維是設(shè)計(jì)師進(jìn)行思考、設(shè)計(jì)作品、解決復(fù)雜問(wèn)題的方式，它所體現(xiàn)的是設(shè)計(jì)的心理過(guò)程，而非設(shè)計(jì)的結(jié)果[9]?；谝陨纤伎?，本研究將設(shè)計(jì)思維界定為一種方法論。具體來(lái)說(shuō)，設(shè)計(jì)思維就是一套創(chuàng)造性地解決問(wèn)題的方法論體系。該體系包括相應(yīng)的啟發(fā)式規(guī)則，以及一系列的步驟、策略、方法和工具。通過(guò)實(shí)施以上具體的步驟，并為設(shè)計(jì)者（學(xué)生）提供相應(yīng)的方法、工具等，可以幫助他們?cè)凇霸O(shè)計(jì)—行動(dòng)—反思—再設(shè)計(jì)—再行動(dòng)—再反思”的循環(huán)迭代過(guò)程中提出具有創(chuàng)造性的解決問(wèn)題的方案，從而有效解決復(fù)雜的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題。設(shè)計(jì)思維本質(zhì)上是一種面向真實(shí)問(wèn)題解決、強(qiáng)調(diào)學(xué)生過(guò)程體驗(yàn)、關(guān)注技術(shù)創(chuàng)新的多元化思維方法。該方法對(duì)于支持STEM教學(xué)開(kāi)展、發(fā)揮其實(shí)際教學(xué)效能有著重要作用。

1.以真實(shí)問(wèn)題為任務(wù)驅(qū)動(dòng)，建立教育和生活之間的有機(jī)聯(lián)系

STEM教育強(qiáng)調(diào)“做中學(xué)”“學(xué)中做”的教學(xué)理念，重視教育和學(xué)生真實(shí)生活之間的聯(lián)系，從實(shí)際問(wèn)題出發(fā)，根據(jù)挑戰(zhàn)需求引導(dǎo)學(xué)生利用多學(xué)科知識(shí)和技能解決問(wèn)題、培養(yǎng)能力，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)知識(shí)的意義建構(gòu)。設(shè)計(jì)思維支持下的設(shè)計(jì)活動(dòng)以解決真實(shí)的劣構(gòu)性問(wèn)題為驅(qū)動(dòng)，通過(guò)為學(xué)生提供相應(yīng)的工具、方法和步驟，引導(dǎo)他們開(kāi)展探究、完成任務(wù)。這樣，不僅可以使學(xué)生從實(shí)質(zhì)上提高問(wèn)題解決的能力，有助于他們對(duì)知識(shí)體系的全面把握;而且能夠拉近教育和生活的有機(jī)聯(lián)系，形成對(duì)真實(shí)生活的完整體驗(yàn)，增加學(xué)習(xí)的趣味性和挑戰(zhàn)性，真正使學(xué)生熱愛(ài)學(xué)習(xí)、熱愛(ài)生活。

2.以多樣化方式解決問(wèn)題，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神

設(shè)計(jì)思維強(qiáng)調(diào)設(shè)計(jì)活動(dòng)本身就是一個(gè)創(chuàng)造性的過(guò)程，該過(guò)程充滿了探究和思考，需要利用多種思維方式去探索和感悟，并創(chuàng)造出更多全新的形式。也就是說(shuō)，學(xué)生在具體實(shí)踐過(guò)程中，隨著思考的不斷加深，會(huì)因人而異地產(chǎn)生不同的、獨(dú)到的觀點(diǎn)和思路。在設(shè)計(jì)思維方法支持下的活動(dòng)過(guò)程中，通過(guò)引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行小組協(xié)作、頭腦風(fēng)暴，積極探究和動(dòng)手實(shí)踐，從多個(gè)角度思考問(wèn)題需求，設(shè)計(jì)出不同的解決方案，創(chuàng)設(shè)出更多的可能性，從而制作出創(chuàng)造性的作品。這種多樣化的思考方式有助于突破學(xué)生之前的思維定式，引導(dǎo)他們?cè)诓粩嗟膰L試中，逐漸提高創(chuàng)新意識(shí)和能力。

3.以非線性形式展開(kāi)教學(xué)實(shí)踐，重視對(duì)學(xué)習(xí)過(guò)程的體驗(yàn)

設(shè)計(jì)思維作為一種植根于創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)的方法論體系，為學(xué)生提供了一套切實(shí)可行的、具有創(chuàng)造性的實(shí)施路徑和方法工具。整合設(shè)計(jì)活動(dòng)的開(kāi)展并不是一蹴而就的，可以根據(jù)需要重復(fù)整個(gè)過(guò)程或者回到某個(gè)環(huán)節(jié)。比如，學(xué)生根據(jù)問(wèn)題和任務(wù)，展開(kāi)探究調(diào)查，運(yùn)用相應(yīng)的知識(shí)和技能完成實(shí)踐作品。之后，根據(jù)對(duì)作品功能的測(cè)試情況，識(shí)別出需要改善設(shè)計(jì)的新信息，重新進(jìn)行探究調(diào)查，對(duì)作品、方案進(jìn)行再次優(yōu)化和完善。這種非線性的實(shí)施方式，能夠有效地保證作品的質(zhì)量，提升學(xué)生的動(dòng)手能力，并確保了學(xué)生對(duì)過(guò)程的深入感悟。

4.以思考為學(xué)習(xí)支架，助力學(xué)生思維能力的養(yǎng)成

在STEM教學(xué)中，學(xué)生不僅要利用多學(xué)科知識(shí)解決問(wèn)題，更要能夠?qū)⑺鶎W(xué)知識(shí)轉(zhuǎn)化為技能，形成自身的能力。設(shè)計(jì)思維包括一系列的策略步驟、方法工具，通過(guò)為學(xué)生提供相應(yīng)的思考支架，有助于將原有隱藏在設(shè)計(jì)活動(dòng)中的思維經(jīng)驗(yàn)外顯化為一系列簡(jiǎn)單、系統(tǒng)、容易上手的實(shí)踐過(guò)程。教師引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)任務(wù)需求，進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)或者解決復(fù)雜問(wèn)題。學(xué)生在參與實(shí)踐的過(guò)程中，通過(guò)對(duì)各個(gè)環(huán)節(jié)中的現(xiàn)象進(jìn)行感悟，形成了相應(yīng)的思維方式，真正學(xué)會(huì)如何去思考，以創(chuàng)造出新穎的作品，解決復(fù)雜問(wèn)題，鍛煉能力。

二、基于設(shè)計(jì)思維的STEM教學(xué)模式構(gòu)建

根據(jù)設(shè)計(jì)思維與STEM教學(xué)之間的內(nèi)在聯(lián)系，借鑒典型的設(shè)計(jì)思維實(shí)施模型，構(gòu)建具體的教學(xué)模式。

1.典型的設(shè)計(jì)思維實(shí)施模型

設(shè)計(jì)思維作為一種培養(yǎng)學(xué)生探究思考的方法論體系，在具體的操作層面，學(xué)者們開(kāi)發(fā)出不同的實(shí)施模型，可以有效開(kāi)展相應(yīng)的設(shè)計(jì)活動(dòng)。具體來(lái)說(shuō)，設(shè)計(jì)思維的最初模型是由Simon提出的單向線性模型，包括分析、綜合和評(píng)價(jià)三個(gè)階段[10]。Candy認(rèn)為，設(shè)計(jì)工作和思維的培養(yǎng)，應(yīng)該是一個(gè)循環(huán)往復(fù)的過(guò)程。通過(guò)對(duì)方案和作品的評(píng)估，發(fā)現(xiàn)需要進(jìn)一步修正的地方，為設(shè)計(jì)者提出新的改進(jìn)思路，從而開(kāi)展更深入的設(shè)計(jì)工作，不斷完善。所以，在單向模式的基礎(chǔ)上，增加了循環(huán)模式，提出了包括探索、生成、評(píng)價(jià)三個(gè)階段的設(shè)計(jì)思維模型，評(píng)價(jià)階段結(jié)束后，再次回到探索階段和生成階段[11]。之后，在以上思路的指導(dǎo)下，更多的設(shè)計(jì)思維實(shí)施模型不斷涌現(xiàn)。Hurson提出了包括移情、目標(biāo)、提問(wèn)、解釋、原型、調(diào)配六個(gè)實(shí)施步驟[12]。Glen等人提出了包括問(wèn)題發(fā)現(xiàn)、觀察、可視化和意義的形成、構(gòu)思、原型和測(cè)試六個(gè)階段的設(shè)計(jì)思維過(guò)程[13]。

目前，使用最為廣泛的是由斯坦福設(shè)計(jì)研究院開(kāi)發(fā)的EDIPT模型，見(jiàn)圖1[14]。該模型包括同理心、定義、創(chuàng)想、原型、 測(cè)試五個(gè)循環(huán)往復(fù)的階段，每個(gè)階段又包含具體的目標(biāo)、實(shí)施原則、操作方法和使用工具等。階段一，同理心，也稱(chēng)為換位思考，設(shè)計(jì)者站在應(yīng)用者的角度思考，去感受對(duì)方的態(tài)度和想法。其核心目標(biāo)在于深入了解用戶的具體需求，搜集具體的信息，為接下來(lái)問(wèn)題的定義和認(rèn)識(shí)奠定基礎(chǔ)。該階段常用的方法工具有觀察、傾聽(tīng)、訪談、問(wèn)卷調(diào)查、KANO模型、搜索工具等。階段二，定義，在搜集信息的基礎(chǔ)上，對(duì)其進(jìn)行系統(tǒng)的整理和加工，從而定義出具體的、可操作的問(wèn)題。該階段常用的方法工具有五問(wèn)法、知識(shí)地圖、書(shū)寫(xiě)繪畫(huà)工具、思維導(dǎo)圖工具等。階段三，創(chuàng)想，該階段是解決問(wèn)題的關(guān)鍵。根據(jù)定義的問(wèn)題，通過(guò)思考、討論和調(diào)查，探索解決問(wèn)題需要的知識(shí)，并從多個(gè)角度去提出不同的問(wèn)題解決方法，制定具體方案，這可以很好地培養(yǎng)設(shè)計(jì)者的發(fā)散思維。通過(guò)討論的形式，對(duì)多個(gè)方案進(jìn)行比較、修正，以形成最佳方案。該階段常用的方法工具有頭腦風(fēng)暴法、九宮格法、訪談、書(shū)寫(xiě)繪畫(huà)工具、白板等。階段四，原型，根據(jù)解決方案，制作出簡(jiǎn)單的、具有基本功能的原始產(chǎn)品或者是具有產(chǎn)品某項(xiàng)功能的模型。該階段為方案的測(cè)試和修正提供了一個(gè)可以參照的原始作品雛形。該階段常用的方法工具有程序設(shè)計(jì)、3D打印、智能機(jī)器人、卡板、制作材料等。階段五，測(cè)試，該階段不僅包括測(cè)試功能，還包括優(yōu)化功能。具體來(lái)說(shuō)，首先是測(cè)試產(chǎn)品和方案的有效性，即判斷是否解決了相應(yīng)的問(wèn)題。之后，根據(jù)測(cè)試的結(jié)果，識(shí)別出需要修正的新信息，或者是產(chǎn)生出新的問(wèn)題和想法。此時(shí)，修改內(nèi)容并重新開(kāi)展頭腦風(fēng)暴，建立新的修正模型，并進(jìn)一步測(cè)試和優(yōu)化。由此多輪迭代，最終形成科學(xué)、有效的作品和方案。該階段常用的方法工具有工程測(cè)試方法、測(cè)試原型、模型檢驗(yàn)等。需要指出，除了EDIPT模型的整體過(guò)程是一個(gè)循環(huán)模式以外，其中的五個(gè)步驟之間呈現(xiàn)出一個(gè)非線性關(guān)系。也就是說(shuō)，使用者可以根據(jù)需要重復(fù)整個(gè)過(guò)程或者是某些特定的階段。

2.基于設(shè)計(jì)思維的STEM教學(xué)模式

本研究根據(jù)設(shè)計(jì)思維和STEM教學(xué)之間的內(nèi)在聯(lián)系，以及STEM教學(xué)模式的一般構(gòu)成要素，借鑒EDIPT實(shí)施模型，構(gòu)建出基于設(shè)計(jì)思維的STEM教學(xué)模式（見(jiàn)圖2）。從圖2可以看出，在對(duì)學(xué)情特征分析的基礎(chǔ)上，進(jìn)行包括教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)環(huán)境、教學(xué)活動(dòng)和教學(xué)評(píng)價(jià)五個(gè)核心要素的詳細(xì)設(shè)計(jì)。

（1）學(xué)情特征

學(xué)情特征的分析是教學(xué)模式構(gòu)建的基礎(chǔ)性工作，教師需要全面了解學(xué)生的年齡特點(diǎn)、原有知識(shí)水平、基本學(xué)習(xí)能力和學(xué)習(xí)風(fēng)格等要素，把握其基本學(xué)習(xí)特征。這些有助于教師為學(xué)生準(zhǔn)備更加合適的問(wèn)題、內(nèi)容和資源。

（2）教學(xué)目標(biāo)

在學(xué)情分析的基礎(chǔ)上，需要制定教學(xué)目標(biāo)，也就是學(xué)生通過(guò)課程參與所要達(dá)到的具體結(jié)果。在充分考慮三維目標(biāo)和21世紀(jì)核心素養(yǎng)的基礎(chǔ)上，結(jié)合STEM教育的核心教學(xué)理念，基于設(shè)計(jì)思維的STEM教學(xué)目標(biāo)應(yīng)該包括認(rèn)知、能力和情感三個(gè)方面。認(rèn)知目標(biāo)主要是指學(xué)生對(duì)學(xué)科核心知識(shí)的掌握和跨學(xué)科綜合概念的理解，能力目標(biāo)主要是指培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力、創(chuàng)新探究能力、問(wèn)題解決能力、創(chuàng)新思維的形成等，情感目標(biāo)主要是指要讓學(xué)生養(yǎng)成敢于動(dòng)手、勇于創(chuàng)新、吃苦耐勞的精神。

（3）教學(xué)內(nèi)容

教學(xué)內(nèi)容是整個(gè)模式的重要載體，向上承接教學(xué)目標(biāo)， 向下決定教學(xué)環(huán)境的設(shè)計(jì)、教學(xué)活動(dòng)的組織等。不同于傳統(tǒng)的分科式教育，STEM教育的教學(xué)內(nèi)容來(lái)源于真實(shí)生活，建立教育和生活之間的聯(lián)系，給予學(xué)生完整的生活體驗(yàn)。通過(guò)引導(dǎo)學(xué)生綜合利用多學(xué)科的知識(shí)與技能，解決劣構(gòu)性問(wèn)題。其中，問(wèn)題的科學(xué)設(shè)計(jì)成為決定教學(xué)內(nèi)容質(zhì)量的關(guān)鍵。在設(shè)計(jì)具體問(wèn)題時(shí)，應(yīng)該注意以下幾個(gè)方面：第一，問(wèn)題要源于真實(shí)生活;第二，問(wèn)題要有一定的趣味性，激發(fā)學(xué)生的興趣;第三，問(wèn)題要有一定的難度，可以引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行探究，利用多學(xué)科知識(shí)來(lái)解決;第四，可以將大問(wèn)題細(xì)分為一個(gè)個(gè)具體的小問(wèn)題，各個(gè)小問(wèn)題之間要有一定的梯度。

（4）教學(xué)環(huán)境

教學(xué)環(huán)境一般包括物理環(huán)境和社會(huì)心理環(huán)境兩部分。物理環(huán)境進(jìn)一步可以分為教學(xué)場(chǎng)所、教學(xué)工具和教學(xué)資源三方面。教學(xué)場(chǎng)所方面，STEM教學(xué)需要在具體的工作坊或者實(shí)驗(yàn)空間中進(jìn)行。教學(xué)工具方面，包括Scratch可視化編程軟件、知識(shí)地圖、思維導(dǎo)圖等軟件工具，以及3D打印機(jī)、電路板、智能機(jī)器人、單片機(jī)、計(jì)算機(jī)、平板電腦、書(shū)寫(xiě)繪畫(huà)等硬件工具。教學(xué)資源方面，包括網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)、電子課件、微視頻、導(dǎo)學(xué)案、練習(xí)題、課程教材等資源。社會(huì)心理環(huán)境主要是指為學(xué)生創(chuàng)設(shè)自由、平等、和諧的學(xué)習(xí)氛圍，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)參與探究，并對(duì)學(xué)生進(jìn)行鼓勵(lì)。

（5）教學(xué)活動(dòng)

教學(xué)活動(dòng)作為具體實(shí)施部分，是落實(shí)教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)內(nèi)容的關(guān)鍵。在本模式中，整個(gè)教學(xué)活動(dòng)環(huán)節(jié)包括問(wèn)題識(shí)別、方案制定與作品生成、綜合評(píng)估三個(gè)循環(huán)往復(fù)的階段，每個(gè)階段都有對(duì)應(yīng)的支持工具。在此基礎(chǔ)上，教學(xué)活動(dòng)進(jìn)一步從教師和學(xué)生兩方面展開(kāi)。教師活動(dòng)包括學(xué)情分析、描述情境、確定問(wèn)題、細(xì)化問(wèn)題、組織實(shí)踐、學(xué)習(xí)引導(dǎo)和評(píng)價(jià)反思七個(gè)方面。其中，學(xué)情分析、描述情境與確定問(wèn)題對(duì)應(yīng)整體教學(xué)環(huán)節(jié)的問(wèn)題識(shí)別階段。問(wèn)題細(xì)化、組織實(shí)踐與學(xué)習(xí)引導(dǎo)對(duì)應(yīng)整體教學(xué)環(huán)節(jié)的方案制定與作品生成階段。評(píng)價(jià)反思對(duì)應(yīng)整體教學(xué)環(huán)節(jié)的“綜合評(píng)估”階段。學(xué)生活動(dòng)包括調(diào)查與識(shí)別、創(chuàng)想與修正、評(píng)價(jià)與深化三個(gè)方面。這三個(gè)方面分別對(duì)應(yīng)整體教學(xué)環(huán)節(jié)的問(wèn)題識(shí)別、方案制定與作品生成、綜合評(píng)估三個(gè)階段。

①教師層面

學(xué)生的科學(xué)探究離不開(kāi)教師的引導(dǎo)和支持。具體來(lái)說(shuō)，第一步，學(xué)情分析。教師要把握學(xué)生的基本情況，包括學(xué)習(xí)興趣、年齡特點(diǎn)、基本能力，以及之前所學(xué)習(xí)的內(nèi)容。第二步，描述情境。教師創(chuàng)設(shè)情境，引導(dǎo)學(xué)生回憶之前所學(xué)知識(shí)。之后，讓學(xué)生在情境中思考，并進(jìn)行調(diào)查探究、搜集資料和篩選信息。第三步，確定問(wèn)題。通過(guò)對(duì)資料信息的分析，教師引導(dǎo)學(xué)生尋找實(shí)際生活中的任務(wù)需求。在此基礎(chǔ)上，確定需要解決的具體問(wèn)題。第四步，細(xì)化問(wèn)題。進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生對(duì)問(wèn)題進(jìn)行思考，細(xì)致定義問(wèn)題需求，即把大問(wèn)題轉(zhuǎn)化為一個(gè)個(gè)可操作的小問(wèn)題。第五步，組織實(shí)踐。在明確問(wèn)題的基礎(chǔ)上，教師指導(dǎo)學(xué)生以小組為單位，通過(guò)調(diào)查探究、深入思考、動(dòng)手實(shí)踐設(shè)計(jì)出問(wèn)題解決方案，制作具體的作品或者模型。根據(jù)對(duì)作品功能的測(cè)試結(jié)果，進(jìn)行不斷優(yōu)化和完善。第六步，學(xué)習(xí)引導(dǎo)。在教學(xué)過(guò)程中，教師需要為學(xué)生提供適當(dāng)?shù)膶W(xué)習(xí)支持服務(wù)，以幫助學(xué)生提出創(chuàng)造性方案，設(shè)計(jì)出相應(yīng)的作品。第七步，評(píng)價(jià)反思。良好的評(píng)價(jià)體系有助于提高教學(xué)質(zhì)量。教師要對(duì)學(xué)生的表現(xiàn)進(jìn)行評(píng)價(jià)，還要引導(dǎo)學(xué)生對(duì)他人的作品和表現(xiàn)進(jìn)行評(píng)價(jià)，激發(fā)學(xué)生之間的討論，進(jìn)一步完善作品。最后，教師還需要進(jìn)行反思，思考在教學(xué)過(guò)程中取得的成績(jī)與存在的不足，以便下次改進(jìn)。

②學(xué)生層面

首先，調(diào)查與識(shí)別階段。該階段是整個(gè)學(xué)生活動(dòng)框架的基礎(chǔ)，主要任務(wù)是確定實(shí)際需求和問(wèn)題。第一步，調(diào)查探究。學(xué)生根據(jù)教師描述的情景，以小組為單位，開(kāi)展多方面的實(shí)踐調(diào)查，獲取相應(yīng)的信息和資料。第二步，整理信息。在調(diào)查的基礎(chǔ)上，對(duì)收集到的信息進(jìn)行系統(tǒng)整理和歸類(lèi)。第三步，識(shí)別需求。對(duì)整理的信息進(jìn)行詳細(xì)分析，形成相應(yīng)的真實(shí)任務(wù)，識(shí)別具體需求。第四步，定義問(wèn)題。在對(duì)需求理解的基礎(chǔ)上，確定待解決的問(wèn)題。在學(xué)生定義問(wèn)題的過(guò)程中，會(huì)因人而異地生成新的思考和疑惑，需要重新開(kāi)展調(diào)查，進(jìn)一步探究。

其次，創(chuàng)想與修正階段。該階段是整個(gè)學(xué)生活動(dòng)框架的主體，主要任務(wù)是設(shè)計(jì)方案，制作出模型或者作品，并對(duì)方案和作品不斷修正。第一步，問(wèn)題聚焦。在確定問(wèn)題的基礎(chǔ)上，學(xué)生以小組為單位，通過(guò)進(jìn)一步思考，細(xì)化問(wèn)題需求進(jìn)行聚焦，把大問(wèn)題轉(zhuǎn)化為具體的、可以解決的小問(wèn)題。第二步，思考問(wèn)題。學(xué)生思考問(wèn)題需求，把握其要點(diǎn)，以小組為單位通過(guò)調(diào)查實(shí)踐、頭腦風(fēng)暴、討論互動(dòng)、探索解決問(wèn)題所需要的多學(xué)科知識(shí)和方法。第三步，創(chuàng)想方案。學(xué)生根據(jù)問(wèn)題和討論結(jié)果，利用獲得的知識(shí)和技能初步設(shè)計(jì)出多樣化的問(wèn)題解決方案。第四步，制作作品。學(xué)生進(jìn)行小組內(nèi)部討論，通過(guò)思維碰撞篩選出相應(yīng)的方案。之后，學(xué)生根據(jù)方案，利用STEM跨學(xué)科知識(shí)，以及相應(yīng)的工具資源，完成初步的作品。第五步，功能測(cè)試。將制作好的作品或者模型進(jìn)行應(yīng)用，測(cè)試其功能，并實(shí)時(shí)記錄相應(yīng)的數(shù)據(jù)，包括測(cè)試時(shí)間、使用工具、測(cè)試內(nèi)容、功能模塊、測(cè)試結(jié)果、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、存在問(wèn)題等。第六步，修正優(yōu)化。根據(jù)測(cè)試結(jié)果，發(fā)現(xiàn)需要進(jìn)一步修正設(shè)計(jì)的新信息，此時(shí)，再次回到第一步（問(wèn)題聚焦），生成新的想法，開(kāi)展新一輪的設(shè)計(jì)和探究，繼續(xù)完善方案、優(yōu)化作品，并重新測(cè)試作品功能。由此進(jìn)行多次循環(huán)，直到達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。

最后，評(píng)價(jià)與深化階段。該階段是整個(gè)學(xué)生活動(dòng)框架的保障，主要任務(wù)是對(duì)學(xué)生的綜合表現(xiàn)進(jìn)行評(píng)價(jià)，通過(guò)開(kāi)展反思，加以深化改進(jìn)。第一步，作品討論。學(xué)生將小組的作品向老師、同學(xué)展示，全班開(kāi)展討論，進(jìn)行頭腦風(fēng)暴，針對(duì)作品的基本情況、具體功能和測(cè)試情況展開(kāi)交流。第二步，作品評(píng)價(jià)。評(píng)價(jià)包括教師評(píng)價(jià)、學(xué)生之間的同伴評(píng)價(jià)和自我評(píng)價(jià)三種形式，評(píng)價(jià)內(nèi)容主要針對(duì)學(xué)生的過(guò)程性表現(xiàn)，以及結(jié)果性表現(xiàn)（設(shè)計(jì)的方案，完成的作品等）。第三步，作品完善。綜合教師評(píng)價(jià)與學(xué)生評(píng)價(jià)結(jié)果，進(jìn)一步深化完整方案和作品，并修正相關(guān)結(jié)論。第四步，深化理解。學(xué)生進(jìn)行反思，明確取得的成績(jī)和存在的不足，產(chǎn)生新的認(rèn)識(shí)。進(jìn)一步深化理解，開(kāi)展新一輪設(shè)計(jì)工作，不斷對(duì)作品進(jìn)行完善，并開(kāi)發(fā)出更多的功能。

需要注意的是，除了調(diào)查與識(shí)別、創(chuàng)想與修正、評(píng)價(jià)與深化三個(gè)階段各自是一個(gè)循環(huán)外，在實(shí)際教學(xué)過(guò)程中，可以根據(jù)任務(wù)需要，三個(gè)階段之間可以任意跳轉(zhuǎn)、互相融合、彼此補(bǔ)充，共同助力學(xué)生創(chuàng)新思維的培養(yǎng)。

（6）教學(xué)評(píng)價(jià)

教學(xué)評(píng)價(jià)可以從評(píng)價(jià)內(nèi)容、評(píng)價(jià)方式和評(píng)價(jià)主體三方面考慮。第一，評(píng)價(jià)內(nèi)容。根據(jù)本研究的教學(xué)目標(biāo)（包括認(rèn)知、能力和情感三個(gè)部分），將評(píng)價(jià)內(nèi)容分為智力因素（針對(duì)認(rèn)知、能力）和非智力因素（針對(duì)情感）。智力因素主要包括學(xué)生對(duì)學(xué)科核心知識(shí)點(diǎn)、跨學(xué)科知識(shí)的掌握，以及學(xué)生實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力等方面的養(yǎng)成情況。非智力因素主要是指學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度、學(xué)習(xí)意志力等方面的體現(xiàn)情況。第二，評(píng)價(jià)方式。采用過(guò)程性評(píng)價(jià)和結(jié)果性評(píng)價(jià)相結(jié)合的方式。第三，評(píng)價(jià)主體。包括教師評(píng)價(jià)、學(xué)生互評(píng)和學(xué)生自評(píng)三種形式。綜合以上三方面，對(duì)于智力因素，過(guò)程性評(píng)價(jià)包括學(xué)習(xí)行為記錄、大數(shù)據(jù)分析、課堂實(shí)錄等方面;結(jié)果性評(píng)價(jià)包括學(xué)生設(shè)計(jì)的方案、完成的作品或者模型、問(wèn)卷調(diào)查、訪談等方面。對(duì)于非智力因素，過(guò)程性評(píng)價(jià)包括視頻觀察、課堂觀察等方面;結(jié)果性評(píng)價(jià)包括問(wèn)卷調(diào)查、訪談等方面。上面每一個(gè)環(huán)節(jié)的內(nèi)容，均包括教師評(píng)價(jià)、學(xué)生互評(píng)和學(xué)生自評(píng)三種形式。這樣能夠更加客觀、全面地對(duì)學(xué)生進(jìn)行評(píng)價(jià)。

目前，如何有效設(shè)計(jì)STEM教學(xué)模式，促進(jìn)跨學(xué)科教育改革，已經(jīng)成為教育領(lǐng)域關(guān)注的重點(diǎn)話題。本研究以培養(yǎng)學(xué)生的探究能力、實(shí)踐能力、創(chuàng)新思維為核心目標(biāo)，將設(shè)計(jì)思維的方法作為開(kāi)展STEM教學(xué)的具體路徑，構(gòu)建出基于設(shè)計(jì)思維STEM教學(xué)模式。通過(guò)對(duì)該模式的分析與描述，以期為推動(dòng)STEM教學(xué)改革，將其理念真正落地提供相應(yīng)的理論模型與實(shí)踐參考。

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[作者：秦瑾若（1990-），男，陜西西安人，陜西科技大學(xué)教育學(xué)院，講師，博士。]

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