以“工程”為中心的STEM課程驅(qū)動問題設(shè)計研究 *

孫妍妍 何灃燊

（華東師范大學(xué)教育信息技術(shù)學(xué)系，上海，200062）

STEM（Science、Technology、Engineering、Math）教育源于美國20世紀(jì)80年代基于實用主義的國策，經(jīng)歷30余年的發(fā)展，目前已成為世界多國培養(yǎng)新世紀(jì)創(chuàng)新人才、提高公民綜合素質(zhì)的戰(zhàn)略性教育政策選擇（祝智庭 & 雷云鶴，2018）。在我國2016年發(fā)布的《教育信息化“十三五”規(guī)劃》中，STEM教育首次被納入國家戰(zhàn)略發(fā)展政策，成為我國培養(yǎng)面向未來高素質(zhì)人才的重要手段。

STEM教育是一種跨學(xué)科的學(xué)習(xí)方式，它消除了科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)4個學(xué)科之間的傳統(tǒng)障礙（Vasquez & Sneider，2013），通過聚焦于真實世界的問題來培養(yǎng)學(xué)生解決實際問題的綜合能力，如知識遷移能力、團(tuán)隊協(xié)作能力及科學(xué)探究精神等（余勝泉 & 胡翔，2015）。近年來，STEM教育在我國蓬勃發(fā)展，多個省市（江蘇省、深圳市、成都市等）正式發(fā)文支持STEM課程建設(shè)，STEM課程的設(shè)計也逐漸成為教育實踐與研究的焦點。

然而，與傳統(tǒng)課程相比，中小學(xué)STEM課程建設(shè)仍缺乏成熟的科學(xué)體系，經(jīng)常存在偏離STEM教學(xué)理念的課程設(shè)計（余勝泉 & 吳斕，2019）。這種偏離主要源于兩類理解上的不足：一是對STEM教育中學(xué)科融合的學(xué)習(xí)方式理解不足。如果教師將跨學(xué)科學(xué)習(xí)等同于不同學(xué)科知識的簡單疊加，就會產(chǎn)生在授課過程中強調(diào)單獨的學(xué)科知識、過于關(guān)注結(jié)果的問題。例如，有些STEM課程的教學(xué)目標(biāo)偏離為讓學(xué)生學(xué)習(xí)使用激光切割、3D打印、開源電路板等新技術(shù)來完成作品設(shè)計，除了技術(shù)本身，在課程設(shè)計中并無學(xué)科知識的融合。二是對STEM教育中聚焦真實問題的學(xué)習(xí)方式理解不足。與傳統(tǒng)課程不同，STEM課程的學(xué)習(xí)是圍繞問題的解決來展開的。在這個過程中，除了知識學(xué)習(xí)本身，也需要學(xué)生具備解決問題的相關(guān)高階思維能力。而教師在課程設(shè)計中往往會忽略對學(xué)生問題解決系列能力的培養(yǎng)，導(dǎo)致將STEM課程淪為機械的操作與簡單的模仿。

在STEM教育中，科學(xué)、技術(shù)與數(shù)學(xué)都是在中小學(xué)開設(shè)的傳統(tǒng)學(xué)科，只有“工程”是新加入的元素。而教師對STEM教育教學(xué)理念的兩種理解不足都與對“工程”在STEM教育中的作用理解不足相關(guān)，往往直接體現(xiàn)在STEM課程中驅(qū)動問題的設(shè)計上。簡要來說，驅(qū)動問題是STEM教育中的核心元素，它既為學(xué)科知識融合提供了紐帶，也為問題解決過程提供了支撐。驅(qū)動問題是課程中的核心骨架，決定了STEM課程中活動的設(shè)計和評價方式。缺乏“工程”的STEM驅(qū)動問題，往往難以做到跨學(xué)科知識的融合，也忽視了問題解決過程。為解決這一問題，本研究從STEM課程中的關(guān)鍵元素“工程”出發(fā)，對課程驅(qū)動問題的結(jié)構(gòu)與特征進(jìn)行分析，在此基礎(chǔ)上探討STEM課程中驅(qū)動問題的設(shè)計方法與構(gòu)建原則，并分析了相關(guān)案例，以期為中小學(xué)STEM課程的設(shè)計提供指導(dǎo)。

一、STEM課程中的“工程”：驅(qū)動問題的核心

（一）STEM課程中的驅(qū)動問題

STEM課程以促進(jìn)教學(xué)實踐的變革為出發(fā)點，目的為培養(yǎng)學(xué)生跨學(xué)科知識融合能力、知識遷移能力、問題解決能力、協(xié)同創(chuàng)新能力等高階思維能力（杜文彬，2018）。聚焦于真實情境下的問題解決是STEM課程的核心特征，問題化學(xué)習(xí)（problem-based learning）與項目學(xué)習(xí)（project-based learning）是STEM課程的一般實踐模式，驅(qū)動問題（Driving question）是STEM課程設(shè)計中的關(guān)鍵支撐。余勝泉等人（2015）認(rèn)為，STEM課程中跨學(xué)科整合最核心的部分是項目或問題的設(shè)計，這與驅(qū)動問題的構(gòu)建密切相關(guān)。在STEM課程中，驅(qū)動問題（Driving question）向?qū)W生介紹了現(xiàn)實世界中的難題，其中包括一個讓學(xué)生覺得有趣并且想去回答的問題或需要解決的困境（LaForce，Noble & Blackwell，2017）。好的驅(qū)動問題應(yīng)能促使學(xué)生去討論與調(diào)查某一主題，并在此基礎(chǔ)上構(gòu)建解決方案。驅(qū)動問題作為STEM課程的核心，起到了確立課程主題與目標(biāo)、支撐課程結(jié)構(gòu)、確定評估維度的作用。與一般問題化/項目學(xué)習(xí)相比，STEM課程中的驅(qū)動問題包含著一個不可或缺的元素，即“工程”。在STEM課程中，“工程”既不是傳統(tǒng)意義上的工程教育，也不局限于工程思維。

（二）驅(qū)動問題的中心元素：“工程”

1. 對“工程”的教學(xué)：工程教育的三次范式轉(zhuǎn)變

人類進(jìn)入工業(yè)時代后，如何教授與“工程”相關(guān)的知識與技能日漸重要。工程教育在不同的歷史時期經(jīng)歷了不同范式的轉(zhuǎn)變：經(jīng)驗范式到技術(shù)范式、技術(shù)范式到科學(xué)范式、科學(xué)范式到工程實踐范式（時慧 & 李峰，2019；肖鳳翔 & 覃麗君，2018），這體現(xiàn)了工業(yè)體系的發(fā)展需求與教育理念的變遷。

工程教育最初的目的是培養(yǎng)工程領(lǐng)域中的“普通工作者”（孔寒冰，2014），因此遵循著個人通過長期的學(xué)徒期走上工程實踐的經(jīng)驗范式。工業(yè)發(fā)展初期，工業(yè)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，為培養(yǎng)可以參與到經(jīng)濟(jì)建設(shè)的現(xiàn)場工程師，滿足簡單的工業(yè)生產(chǎn)需要（李茂國 & 朱正偉，2017），形成了重視實踐、強調(diào)工程技術(shù)應(yīng)用和實踐操作的技術(shù)范式。人才的培養(yǎng)方式也從“學(xué)徒制”言傳身教轉(zhuǎn)變?yōu)樵盒Ｊ焦こ探逃Ｊ剑ㄈ~民 & 葉偉巍，2013）。

而后美國和蘇聯(lián)在二戰(zhàn)后的工程教育都強調(diào)基礎(chǔ)科學(xué)知識，反映了工程教育向科學(xué)范式的轉(zhuǎn)變，工程師與科學(xué)家的培養(yǎng)方式趨向雷同，工程教育越來越“科學(xué)化”（項聰，2014）。至20世紀(jì)末，國際工程界開始反思這種科學(xué)化的工程教育，提出了回歸工程實踐的建議，美國麻省理工學(xué)院提出了構(gòu)思、設(shè)計、實現(xiàn)和運作（Conceive，Design，Implement，Operate，簡稱CDIO）的工程教育理念，成為了工程范式的典型代表（上海理工大學(xué)規(guī)劃發(fā)展處，2018）。

隨著人工智能、虛擬現(xiàn)實等新技術(shù)的興起，在線學(xué)習(xí)、智慧學(xué)習(xí)等新的學(xué)習(xí)方式的出現(xiàn)，美國麻省理工學(xué)院啟動了新一輪的工程教育改革計劃，提出“新工程教育轉(zhuǎn)型”。該計劃強調(diào)關(guān)注學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、方式和內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生的工程思維、科學(xué)思維和人本思維，造就能引領(lǐng)未來工程產(chǎn)業(yè)發(fā)展的，兼具工具理性和價值理性的人本式工程人才（時慧 & 李峰，2019；肖鳳翔 & 覃麗君2018）

2. “工程”在K-12教育中的重要體現(xiàn)：工程思維

工程教育范式的轉(zhuǎn)變與K-12階段教育目標(biāo)的轉(zhuǎn)變具有一致性，即從知識與技能的傳授轉(zhuǎn)向?qū)W(xué)習(xí)者思維能力與個人素養(yǎng)的關(guān)注。隨著STEM教育的發(fā)展，工程教育在K-12階段受到的關(guān)注持續(xù)增加。2009年美國國家研究委員會（National Research Council，2009）公布了《K-12教育中的工程：現(xiàn)狀理解與未來提升》和《K-12工程教育標(biāo)準(zhǔn)》兩份研究報告，其中說到工程教育已經(jīng)緩慢進(jìn)入了美國的K-12課堂，不同程度的正規(guī)工程教育已經(jīng)覆蓋到數(shù)百萬的中小學(xué)生（趙中建，2016）；報告中亦指出了中小學(xué)工程教育標(biāo)準(zhǔn)的3大原則：強調(diào)工程設(shè)計、發(fā)展STM（科學(xué)、技術(shù)、數(shù)學(xué)）知識與技能、培養(yǎng)工程思維習(xí)慣（National Research Council，2009），其中，工程思維的培養(yǎng)是工程教育在K-12階段實踐的重要方向，也是連接工程設(shè)計與科學(xué)、技術(shù)、數(shù)學(xué)知識與技能的橋梁。

張艷秋等（2014）認(rèn)為工程思維是工程師作為工程活動的主體在解決工程活動實際問題時運用的思維。李永勝（2015）認(rèn)為工程思維是一種廣泛存在于各類工程活動中的特定思維模式，它與科學(xué)思維和技術(shù)思維既相互聯(lián)系、滲透，又互相區(qū)別。侯甜等（2019）認(rèn)為工程思維是在完成工程項目的過程中人們形成的一種思維方式，其主要特點是現(xiàn)實性、創(chuàng)造性及復(fù)雜性?，F(xiàn)實性體現(xiàn)在工程思維的目標(biāo)為創(chuàng)造滿足需求的產(chǎn)品，工程活動創(chuàng)造出人造實體的特征體現(xiàn)出工程思維的創(chuàng)造性，而工程過程中需滿足不同限定因素需要體現(xiàn)了工程思維的復(fù)雜性。

不同學(xué)者在對工程思維進(jìn)行定義時，均強調(diào)了在工程實踐當(dāng)中工程思維作為一種思維模式的重要性。在中小學(xué)階段，要求學(xué)生掌握具體而復(fù)雜的工程技術(shù)既難達(dá)到也非必要，因此，培養(yǎng)學(xué)生的工程思維是工程教育在K-12階段的合理切入點。

3. STEM課程中的“工程” 驅(qū)動

科學(xué)、技術(shù)與數(shù)學(xué)是學(xué)校中傳統(tǒng)的教學(xué)科目，而“工程”則是新加入的元素，成為STEM教育區(qū)別于傳統(tǒng)跨學(xué)科教學(xué)的核心標(biāo)志（Jolly，2016）。在STEM教育當(dāng)中，“工程”既有別于傳統(tǒng)的工程教育，也不局限于工程思維的教學(xué)。與傳統(tǒng)工程教育相比，STEM課程中“工程”雖然包含一些與工程相關(guān)的動手操作或知識技能，但并不涉及對工程知識的系統(tǒng)講授，即沒有將“工程”視為一個與科學(xué)、技術(shù)與數(shù)學(xué)并列的單獨學(xué)科；培養(yǎng)學(xué)生的工程思維也非STEM課程中學(xué)生思維培養(yǎng)的唯一目標(biāo)，而是以“工程”為中心，為工程思維與其他高階思維的培養(yǎng)提供框架、創(chuàng)造環(huán)境?？偨Y(jié)來說，“工程”作為STEM課程中的核心元素，起到了驅(qū)動力的作用。這種驅(qū)動力主要通過工程設(shè)計過程來體現(xiàn)，作用集中于兩個方面：一是對科學(xué)、技術(shù)、數(shù)學(xué)相關(guān)知識概念的串聯(lián)，二是對學(xué)生工程思維能力及其他高階思維的培養(yǎng)。

在串聯(lián)知識方面，工程與科學(xué)、技術(shù)、數(shù)學(xué)有著天然的聯(lián)系。在工程設(shè)計過程當(dāng)中，往往需要使用數(shù)學(xué)、科學(xué)、技術(shù)的相關(guān)概念與知識來解決復(fù)雜的問題，這個過程既具有系統(tǒng)性，也需要創(chuàng)造力（Capraro，Capraro，& Morgan，2013），是理論知識在實踐當(dāng)中的綜合應(yīng)用。因此，在中小學(xué)工程教育當(dāng)中，幫助學(xué)生發(fā)展相關(guān)STM（科學(xué)、技術(shù)、數(shù)學(xué)）知識與技能是重要原則之一（National Research Council，2009）。工程中要解決的問題是真實世界中的復(fù)雜問題，解決問題的過程為學(xué)生提供了一個良好的學(xué)習(xí)情境。在工程設(shè)計過程中，學(xué)生可以將不同學(xué)科中的抽象知識進(jìn)行綜合性的實踐應(yīng)用，從而對學(xué)科知識產(chǎn)生更大興趣與更深入的理解。在培養(yǎng)學(xué)生思維能力方面，工程的驅(qū)動力通過工程設(shè)計過程得到了直接體現(xiàn)。工程設(shè)計過程為復(fù)雜問題的解決提供了可行性框架（祝智庭 & 雷云鶴，2018），這個框架可以幫助學(xué)生們培養(yǎng)問題解決能力、邏輯思維、協(xié)作能力，同時更好地發(fā)揮創(chuàng)造力。

綜上可知，“工程”是STEM課程區(qū)別于傳統(tǒng)數(shù)學(xué)教育與科學(xué)教育的關(guān)鍵元素。在工程元素的連接和驅(qū)動下，STEM課程不再是幾個學(xué)科知識的簡單組合和機械疊加，而是跨學(xué)科知識的綜合實踐應(yīng)用與高階思維能力的培養(yǎng)。有了工程的支撐，STEM課程才不會落入重知識而輕創(chuàng)新、重模仿而輕思考、重技術(shù)而輕素養(yǎng)的錯誤路徑。

4.工程設(shè)計過程：STEM驅(qū)動問題的核心

在STEM課程當(dāng)中，“工程”主要體現(xiàn)在工程設(shè)計過程中（Jolly，2016）。工程設(shè)計過程（Engineering Design Process，簡稱EDP）是指工程師在解決工程問題時遵循的一系列步驟。多位學(xué)者強調(diào)了工程設(shè)計過程在STEM教育中的重要性。祝智庭等人（祝智庭 & 雷云鶴，2018）認(rèn)為，STEM教育需要融合工程設(shè)計過程是因為工程設(shè)計果決性的特點。在李克東等人提出的STEM 教育跨學(xué)科學(xué)習(xí)活動5EX 設(shè)計模型中，工程設(shè)計與技術(shù)設(shè)計活動（Engineering and Technology ）是其中的重要環(huán)節(jié)之一（李克東 & 李穎，2019）。工程設(shè)計過程有一些不同的版本，但這些版本中的基本步驟都遵循著一致的理念。

Jolly（2016）將STEM課程中的工程設(shè)計過程描述為8個步驟（如圖1所示）：第一步是定義問題（Define the problem），即從真實情境中抽象出需要解決的工程問題；第二步是背景研究（Research），即從多種渠道（線上、線下、領(lǐng)域?qū)＜业龋┦占鉀Q問題需要的相關(guān)知識與信息，為問題解決做準(zhǔn)備；第三步是想象（Imagine），即在背景研究的基礎(chǔ)之上進(jìn)行頭腦風(fēng)暴，開拓思維，為問題解決方法提出具有創(chuàng)造力的方案；第四步是計劃（Plan），即在遴選最佳方案后，制定開展此方案的詳細(xì)計劃；第五步是創(chuàng)造（Create），即根據(jù)計劃來制作解決問題的原型（Prototype）；第六步是測試與評估（Test and evaluate），即對解決方案及原型進(jìn)行測試，并評估其效果；第七步是重新設(shè)計（Redesign），即根據(jù)測試與評估的結(jié)果來對解決方案及原型進(jìn)行重新設(shè)計，解決存在的問題并進(jìn)行優(yōu)化；第八步是交流（Communication），其中包括團(tuán)隊成員的交流和團(tuán)隊成員與外部人員對問題、解決方案及其效果的交流。值得注意的是，這8個步驟并不是線性關(guān)系，而是不斷迭代的。在解決問題的過程當(dāng)中，可以不斷重復(fù)這些步驟，甚至在兩個步驟之間往復(fù)，直到找到最優(yōu)的解決方法。

圖1 工程設(shè)計過程

在STEM課程中，驅(qū)動問題的設(shè)計是“工程”中心地位的集中體現(xiàn)。一個好的驅(qū)動問題可以為課程提供結(jié)構(gòu)合理的骨架，支撐以工程為中心的教學(xué)設(shè)計，并為合理的評估方式提供框架。在設(shè)計驅(qū)動問題時，工程設(shè)計過程的中心驅(qū)動作用體現(xiàn)在以下3個方面：

第一是對跨學(xué)科知識的串聯(lián)。在傳統(tǒng)的學(xué)科教學(xué)中，知識的講授是以單一學(xué)科為基礎(chǔ)的。在STEM課程當(dāng)中，課程設(shè)計當(dāng)中往往以問題或項目為中心，涉及跨學(xué)科的知識點（余勝泉 & 胡翔，2015）。在驅(qū)動問題中，這些學(xué)科知識點是以工程設(shè)計過程為中心而串聯(lián)在一起的，并非簡單的疊加。

第二是作為課程結(jié)構(gòu)的支撐，為培養(yǎng)學(xué)生高階思維能力提供有利環(huán)境。工程設(shè)計過程本身具有清晰的結(jié)構(gòu)，代表了解決工程問題的一般邏輯。因此，以工程設(shè)計過程為支架的驅(qū)動問題設(shè)計對培養(yǎng)學(xué)生的工程思維具有先天的優(yōu)勢。美國國家研究委員會將工程思維分解為幾種不同的能力：系統(tǒng)思維、創(chuàng)造力、樂觀主義、合作、交流溝通和倫理考慮（National Research Council，2009）。工程設(shè)計過程為系統(tǒng)思維和創(chuàng)造力的培養(yǎng)搭建了實踐框架。與此同時，課程中以工程設(shè)計過程為中心的驅(qū)動問題設(shè)計往以小組為單位，是一種建構(gòu)主義教學(xué)實踐（余勝泉 & 胡翔，2015；Sanders，2009），可以為樂觀主義、合作、交流溝通、倫理考慮等能力的培養(yǎng)提供適合的情境。

第三是支撐了多元化的評價方式。工程設(shè)計過程本身具有迭代性，這反應(yīng)了真實問題解決的過程，也代表了解決方案不斷完善的過程。因此，這使得單純使用傳統(tǒng)的測驗型等總結(jié)性評價無法有效評估學(xué)生在課程中的表現(xiàn)。對學(xué)生在STEM課程中的表現(xiàn)可以采用多元化的評估方式和角度，例如對學(xué)生任務(wù)完成或作品進(jìn)行量表式評估、對學(xué)生的協(xié)作過程進(jìn)行觀察與互評、在上課的過程中通過提問來評估學(xué)生的掌握程度等（Jolly，2016）。

二、STEM課程驅(qū)動問題的元素

（一）問題中的基本元素

Davidson（1994）等人認(rèn)為，所有問題都包含3個重要元素：假設(shè)條件（Givens），目標(biāo)（A goal）和障礙（Obstacles）。假設(shè)條件是指構(gòu)成問題情境初始狀態(tài)的要素、它們之間的關(guān)系以及條件；目標(biāo)是指問題的解決方案或期望的結(jié)果；障礙既包括問題解決者的特征也包括問題狀況的特征，這些特征使得解決者很難將問題從初始狀態(tài)轉(zhuǎn)換為目標(biāo)狀態(tài)。

在STEM課程的驅(qū)動問題設(shè)計中，通過與工程設(shè)計過程的融合，這3個元素都可以轉(zhuǎn)化為課程元素。如圖2所示，在STEM課程當(dāng)中，假設(shè)條件相當(dāng)于問題情境的設(shè)置、學(xué)生具有的先驗知識和問題或項目的已有條件，這3個方面共同構(gòu)成了驅(qū)動問題的初始狀態(tài)。驅(qū)動問題中的目標(biāo)在STEM課程當(dāng)中相當(dāng)于最終作品或最終解決方案，對驅(qū)動問題目標(biāo)的表述可以決定對學(xué)生學(xué)習(xí)效果的評估維度。而“障礙”，即可能阻礙將問題從初始狀態(tài)轉(zhuǎn)化為目標(biāo)狀態(tài)的因素，可以成為STEM課程中教學(xué)設(shè)計的基礎(chǔ)。在STEM課程當(dāng)中，教學(xué)活動的設(shè)計應(yīng)該圍繞著障礙進(jìn)行，在分析學(xué)生特性與問題特征的基礎(chǔ)之上，通過支撐性教學(xué)活動的設(shè)計，幫助學(xué)生從問題的初始狀態(tài)向問題的目標(biāo)過渡，即克服障礙以達(dá)到目標(biāo)。

圖2 問題經(jīng)典結(jié)構(gòu)與STEM課程設(shè)計

（二）基于問題元素分解的案例分析：海岸堤壩設(shè)計活動

史蒂文斯理工學(xué)院工程與科學(xué)教育創(chuàng)新中心（the Center for Innovation in Engineering and Science Education，Stevens Institute of Technology，2009）為6—12年級學(xué)生設(shè)計了關(guān)于海岸堤壩建設(shè)的STEM課程項目，見圖3。課程的驅(qū)動問題，即項目本身，要求學(xué)生為一個600米海堤的設(shè)計提交方案，以保護(hù)主要的沿海公路免受侵蝕。其中，問題的情境為某一特定海岸防波堤的建設(shè)。根據(jù)問題的情境，課程設(shè)計為學(xué)生提供了海岸的相關(guān)信息，其中包括該海岸歷史浪高峰值、海岸周邊的環(huán)境與生態(tài)信息等；根據(jù)學(xué)生的先驗知識，問題的已知條件被設(shè)定為已知海堤所需承受海浪能量的計算方法、已知計算海浪能量的參數(shù)、建造海堤不同材料的特性（強度、用量等）與成本。問題情境與根據(jù)學(xué)生先驗知識設(shè)定的已知條件共同構(gòu)成了問題的假設(shè)/初始條件。

圖3 海堤建設(shè)項目問題結(jié)構(gòu)及課程設(shè)計分解

問題的目標(biāo)設(shè)定為特定海岸建設(shè)一座穩(wěn)固的、在成本預(yù)算內(nèi)的、對周圍生態(tài)友好的堤壩，以保護(hù)公路免受海水侵蝕。根據(jù)問題的目標(biāo)，課程將對最終方案的評估維度設(shè)置為計算的正確性、結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固性、堤壩的預(yù)期壽命、設(shè)計的美觀程度以及項目成本。成果的呈現(xiàn)形式為一份對海岸堤壩設(shè)計的方案以及對此方案的匯報。

從問題的初始狀態(tài)到目標(biāo)的主要障礙可以分為3點：一是如何設(shè)計合理的結(jié)構(gòu)以阻擋海浪能量；二是如何選擇材料以平衡成本效益；三是如何在考慮美觀性的情況下平衡對生態(tài)環(huán)境的影響。項目的學(xué)習(xí)活動正是圍繞這3點來展開的，引導(dǎo)學(xué)生調(diào)研當(dāng)?shù)睾０短卣鳎ê＠朔逯?、?dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境等）計算海浪能量、搭建合理結(jié)構(gòu)、對材料進(jìn)行選擇、對成本進(jìn)行控制，最終得出最佳方案，作為項目的成果。

在課程的進(jìn)行過程當(dāng)中，學(xué)生需要反復(fù)驗證自己的假設(shè)，發(fā)現(xiàn)問題，進(jìn)行重新設(shè)計，定義問題—背景調(diào)查—想象—計劃—創(chuàng)造—驗證與評估—重新設(shè)計的工程設(shè)計過程一直貫穿始終。

三、STEM課程中驅(qū)動問題的基本特征

（一）問題的基本特征

在問題化和項目學(xué)習(xí)中，除了問題結(jié)構(gòu)，驅(qū)動問題的基本特征也影響著教學(xué)的難度與教學(xué)活動的設(shè)計。本小節(jié)總結(jié)了Jonassen提出的驅(qū)動問題的5個基本特征：結(jié)構(gòu)、情境性、復(fù)雜性、動態(tài)性與領(lǐng)域特殊性（Jonassen & Huang，2008；Jonassen，2000；Jonassen，2010），并討論了在以“工程”為中心的STEM驅(qū)動問題中這5個特征的表現(xiàn)。

從結(jié)構(gòu)特征（structure）上來說，驅(qū)動問題可以分為良構(gòu)問題（well-structured question）與劣構(gòu)問題（illstructured question）（Jonassen，2000）。良構(gòu)問題是指去情境化的、已經(jīng)轉(zhuǎn)化好了的問題。在一個良構(gòu)問題中，問題條件中已經(jīng)呈現(xiàn)了解決問題所需的全部信息，且在解決過程中要求應(yīng)用有限的、規(guī)律性的外部規(guī)則和原理。一般來說，良構(gòu)問題具有唯一的答案，教師可以為學(xué)生提供規(guī)劃好的解決過程。例如，數(shù)學(xué)中的追及問題就是典型的良構(gòu)問題。

與良構(gòu)問題相反，劣構(gòu)問題條件中有一個或多個問題要素不清楚或有某種程度上的不確定性，在問題解決過程中擁有多種解決方案、多種解決途徑，因此也擁有多種評價解決方案的標(biāo)準(zhǔn)。問題要素與解決方案的不確定性決定了在解決劣構(gòu)問題的過程中并沒有固定的理論和原則。劣構(gòu)問題更加接近存在于我們生活和工作中的問題，具有情景化的特性。例如，在某地搭建橋梁時，橋梁結(jié)構(gòu)的設(shè)計除了理論上的計算，往往要綜合考慮當(dāng)?shù)氐臍夂蛱攸c、地質(zhì)條件、資金情況、使用頻率，與周圍建筑的審美搭配情況等多個情境性的問題來選擇最優(yōu)方案。相對來說，工程問題因為具有依賴情境、有多種解決方案等特性，屬于劣構(gòu)問題。因此，在以“工程”為中心的STEM課程設(shè)計當(dāng)中，驅(qū)動問題應(yīng)為劣構(gòu)問題。

問題的情境（context）和問題的結(jié)構(gòu)相關(guān)，是驅(qū)動問題的另一重要特征。情境性的程度是良構(gòu)問題和劣構(gòu)問題的重要區(qū)別。良構(gòu)問題往往對問題進(jìn)行了去情境化的處理。例如數(shù)學(xué)中的追及問題是指兩物體或兩人在同一直線或封閉圖形上運動所涉及的追及、相遇問題，在進(jìn)行應(yīng)用問題的條件描述時，重點落在對兩物體或兩人在距離和速度上的特征，而不關(guān)心人或物體本身特征，或者環(huán)境中可能影響運動的其他因素。問題的條件和問題解決的過程都是經(jīng)過抽象的。

在劣構(gòu)問題中，問題所發(fā)生的情境是問題不可分割的一部分，也必然會成為解決方案的一部分（Wood，1983）。例如，廣東省廣州市花都區(qū)秀全外國語學(xué)校以小課題研究的形式開展的“花都天馬河水質(zhì)狀況的初步調(diào)查與探究”活動（黃春媚，2018），在問題提出時僅給定調(diào)查天馬河水質(zhì)這一主題，不同河道流段情況、水質(zhì)污染程度、水質(zhì)污染原因、水質(zhì)污染帶來哪些影響均需學(xué)生通過設(shè)計、調(diào)查、實驗進(jìn)行一一探索。解決這樣的現(xiàn)實問題促使學(xué)生帶著已有的知識儲備深入到真實情景中，在現(xiàn)實條件（水域情況、有限經(jīng)費、相關(guān)人員配合程度等）的制約或支持下，設(shè)計并實施不同的調(diào)查方案（觀察記錄、問卷、訪談）、實驗（化學(xué)實驗、生物實驗），并最終形成不同的成果。在以“工程”為中心的STEM課程設(shè)計當(dāng)中，驅(qū)動問題應(yīng)當(dāng)具有高情境性，課程中的情境設(shè)置不僅為了激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)情趣，也應(yīng)成為問題條件和解決方案的一部分。

驅(qū)動問題的第三個特征是復(fù)雜性（Complexity）。Kotovsky（1985）等人認(rèn)為問題的難易程度和復(fù)雜性由問題空間（Problem space）的大小決定，而問題空間的大小由“每個節(jié)點（nodes）上的分支數(shù)（number of branches）以及解決一個節(jié)點所需要的探究深度”（Kotovsky，1985，p. 248）組成。值得注意的是，問題的復(fù)雜性和問題的結(jié)構(gòu)并沒有直接的關(guān)系，既存在復(fù)雜性高的良構(gòu)問題，也存在復(fù)雜性低的劣構(gòu)問題。Jonassen（2008）等人認(rèn)為，問題的復(fù)雜性由4個因素所決定：解決問題所需的知識廣度、在解決過程中所涉及概念理解與應(yīng)用的難度、解決問題所需的技能和知識水平以及問題空間中變量之間關(guān)系的非線性度。在以“工程”為中心的STEM課程設(shè)計中，對驅(qū)動問題的復(fù)雜性并沒有硬性的要求。根據(jù)課程的長短與學(xué)生的基本水平，教師可以通過調(diào)整解決問題所需的節(jié)點分支、所需學(xué)科知識與概念廣度與難度，以及問題條件與解決方案之間的線性程度來調(diào)整驅(qū)動問題的復(fù)雜性。

動態(tài)性（Dynamicity）是驅(qū)動問題的第4個特征。動態(tài)性是指問題中某個因子的改變可能引起其他因子的輸出變化，而實際上改變了問題的屬性（Jonassen & Huang，2008）。在良構(gòu)問題中，因為問題條件確定、因子沒有變化，所以問題是趨于靜態(tài)的。而在劣構(gòu)問題當(dāng)中，因為問題條件中有一個或多個問題要素不清楚或有某種程度上的不確定性，則問題趨于動態(tài)。在以“工程”為中心的STEM課程設(shè)計當(dāng)中，驅(qū)動問題是趨于動態(tài)的，這與生活中工程問題具有一致性。例如，上海市上海中學(xué)陳希和程林（2019）設(shè)計的“建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計”課程，是基于“設(shè)計制作一個能經(jīng)受特定考驗的三層建筑結(jié)構(gòu)模型”這一任務(wù)，要求學(xué)生解決通過結(jié)構(gòu)設(shè)計使模型承載盡量大的豎向荷載作用（建筑結(jié)構(gòu)實際承受的永久荷載和使用活荷載）和具有扭轉(zhuǎn)分量的水平運動（模擬地震作用）這一問題。不同的常見建筑物具有不同的結(jié)構(gòu)和功能，承受的常見荷載的作用方向和時間是不同的。而當(dāng)遭遇地震、大風(fēng)、大雪等災(zāi)害時建筑物又會承受動態(tài)的荷載。學(xué)生設(shè)計的不同方案在不斷改變的“考驗”下輸出不同的結(jié)果。由此可見，驅(qū)動問題的動態(tài)性可以支持解決方案的多樣性，從而為學(xué)生的批判性思維與創(chuàng)新能力提供發(fā)展空間。

領(lǐng)域特殊性（Domain Specificity）是驅(qū)動問題的第5個特征。領(lǐng)域特殊性是指解決問題時依賴于某領(lǐng)域內(nèi)特定的認(rèn)知策略的程度，也決定了問題的難度。在問題解決過程當(dāng)中，對特殊領(lǐng)域知識和認(rèn)知策略形成特定的模式是專家和新手的區(qū)別（孫妍妍 & 祝智庭，2018），在問題解決過程中對知識的領(lǐng)域特殊性要求越高，驅(qū)動問題的難度就越大?？鐚W(xué)科的知識學(xué)習(xí)模式是STEM課程的重要特點，在以“工程”為中心的STEM課程設(shè)計當(dāng)中，驅(qū)動問題應(yīng)具有一定領(lǐng)域特殊性，即探索問題解決方案的過程需要學(xué)生有效地應(yīng)用數(shù)學(xué)、科學(xué)、信息技術(shù)、通用技術(shù)、工程等多個學(xué)科中的領(lǐng)域知識。

（二）基于問題特征的案例分析：火星教育項目

火星教育項目由美國亞利桑那州立大學(xué)（ASU）和美國宇航局噴氣推進(jìn)實驗室（JPL）合作開發(fā)，它根據(jù)美國宇航局（NASA）的火星探測項目中的科學(xué)研究和工程實踐活動展開，鼓勵教育工作者和學(xué)生在現(xiàn)實或模擬環(huán)境中參與，形成了一系列K-12階段的STEM課程（楊彥軍 & 饒菲菲，2019）。從問題特征上來說，該課程的驅(qū)動問題具有以下特點（圖4）：

圖4 火星教育項目中STEM課程驅(qū)動問題的特征分析

劣構(gòu)性?；鹦墙逃椖縎TEM課程主要采用基于問題和項目兩種學(xué)習(xí)方式。在基于問題的學(xué)習(xí)中為學(xué)生設(shè)計復(fù)雜的、真實的劣構(gòu)問題，如火星居住地設(shè)計、火星探測器設(shè)計等，學(xué)生需通過學(xué)習(xí)探索，并考慮不同條件的限制，形成多樣的解決方案如不同的火星居住地設(shè)計、不同的探測器設(shè)計等。在問題中既有不確定的條件，也不存在唯一的、既定的解決方案，是典型的劣構(gòu)問題。

高情境性?；鹦墙逃椖縎TEM課程中驅(qū)動問題均具有非常高的情境性。如在課程任務(wù)“火星上的建造者”當(dāng)中，學(xué)生需要使用工具和材料來解決人類在火星上的居住問題。在問題解決過程當(dāng)中，設(shè)計不僅需要考慮工程性和結(jié)構(gòu)性，也要考慮火星真實環(huán)境的情境性。在設(shè)計的過程當(dāng)中，火星上的地理與氣候環(huán)境即是問題的一部分，也是問題解決方案中的重要元素。

高復(fù)雜性。在火星教育項目STEM課程中，由火星探索主題衍生出的驅(qū)動問題，都具有較高的復(fù)雜性。如課程中的環(huán)節(jié)之一是探索火星上的生物，問題有較多的分支節(jié)點，涉及學(xué)科包括地質(zhì)、機械、遙感、生物學(xué)等，具有較高的廣度與難度，不同的條件變量與問題之間存在較高的非線性程度。

高動態(tài)性?；鹦墙逃椖縎TEM課程中驅(qū)動問題的因子具有不確定性，因此具有較高的動態(tài)性。例如在關(guān)于生命探測部分，教師引導(dǎo)學(xué)生討論出不同的生命標(biāo)準(zhǔn)，這些標(biāo)準(zhǔn)只需邏輯自洽而沒有定標(biāo)，因此在后續(xù)探索活動中使用不同的標(biāo)準(zhǔn)對土壤樣本進(jìn)行分析，會得出不同結(jié)果，這使整個問題的解決具有動態(tài)性。

領(lǐng)域特殊性：火星教育項目STEM課程這一以外星探測為主題的課程，需要學(xué)生有效地運用科學(xué)知識（航天航空、機器人、生物學(xué)、物理、化學(xué)等）、數(shù)學(xué)、信息技術(shù)、通用技術(shù)及工程的方法，才能完成這一具有較高特殊性的主題學(xué)習(xí)。

四、以“工程”為中心的STEM課程驅(qū)動問題設(shè)計

（一）STEM課程驅(qū)動問題的結(jié)構(gòu)

如圖5所示，在STEM課程當(dāng)中，可以以工程設(shè)計過程為基礎(chǔ)，根據(jù)對驅(qū)動問題結(jié)構(gòu)的分解來進(jìn)行課程設(shè)計。首先，確立問題的假設(shè)/初始條件，明確問題的情境是什么，學(xué)生的先驗知識是什么，并在此基礎(chǔ)上設(shè)計并明確問題的已知條件。然后，對問題的理想目標(biāo)進(jìn)行詳細(xì)描述，其中包括學(xué)生完成任務(wù)的具體標(biāo)準(zhǔn)是什么，評價的維度是什么，以及成果是如何呈現(xiàn)的。在問題的初始條件與目標(biāo)明確之后，學(xué)習(xí)活動的設(shè)計則可以圍繞初始條件和目標(biāo)中間的障礙展開，以幫助學(xué)生達(dá)到解決問題的目標(biāo)。

圖5 驅(qū)動問題與課程設(shè)計

以“工程”為中心的驅(qū)動問題具有特定的問題特征。一個好的驅(qū)動問題應(yīng)當(dāng)是劣構(gòu)的、與情境緊密相連的，并且具有領(lǐng)域相關(guān)性與動態(tài)性。課程的驅(qū)動問題對其復(fù)雜性并沒有明確要求，可以根據(jù)學(xué)生的情況與課時來靈活安排，通過控制解決問題的知識廣度與概念難度、問題的分支節(jié)點等關(guān)鍵元素來調(diào)節(jié)問題的復(fù)雜性。與此同時，在驅(qū)動問題的設(shè)計過程當(dāng)中，工程設(shè)計過程起到了學(xué)科知識串聯(lián)與問題解決框架的作用。

（二）以“工程”為中心的STEM課程驅(qū)動問題設(shè)計原則

在以“工程”為中心STEM課程中，驅(qū)動問題的結(jié)構(gòu)與特征決定了課程問題的設(shè)計原則：

首先是通過開放性設(shè)計來保證驅(qū)動問題劣構(gòu)性與動態(tài)性。驅(qū)動問題中的“工程”決定了問題的劣構(gòu)性及動態(tài)性。為保證驅(qū)動問題的劣構(gòu)性和動態(tài)性，問題設(shè)計應(yīng)當(dāng)是開放的，這種開放性既體現(xiàn)在問題的解決方案中，也體現(xiàn)在學(xué)習(xí)過程當(dāng)中。驅(qū)動問題的劣構(gòu)性決定了問題解決方案的開放性。在劣構(gòu)的驅(qū)動問題中，問題條件因素中的不確定性使問題的解決方法可以有多種方式，這和真實世界中的工程問題往往沒有固定的解決方案具有一致性。驅(qū)動問題的動態(tài)性決定了學(xué)習(xí)過程的開放性。在STEM課程當(dāng)中，驅(qū)動問題的動態(tài)性表現(xiàn)為因子的不確定性。這種不確定性是工程問題的特性，可以引起辯論和討論，激勵學(xué)生進(jìn)行協(xié)作學(xué)習(xí)與自主學(xué)習(xí)，鼓勵學(xué)生探索多種解決問題的方式，為學(xué)生充分提供思考與學(xué)習(xí)的空間。這種開放式的學(xué)習(xí)過程可以達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生協(xié)作能力、問題解決能力和創(chuàng)新思維的目的。以“工程”為中心，劣構(gòu)的、動態(tài)的驅(qū)動問題可以從根本上避免在STEM課程中將學(xué)習(xí)技術(shù)本身作為課程的核心、落入學(xué)生模仿教師過程性操作的窠臼，防止課程設(shè)計背離STEM教育理念的初衷（余勝泉 & 吳斕，2019）。

第二是通過與真實世界的相關(guān)性來保證驅(qū)動問題的高情境性與領(lǐng)域特殊性。在以“工程”為中心的STEM課程設(shè)計當(dāng)中，驅(qū)動問題應(yīng)當(dāng)是高情境性的。設(shè)計得當(dāng)?shù)膯栴}情境應(yīng)當(dāng)與真實世界中的問題一樣，即問題的情境是問題解決方法的一部分，這也是劣構(gòu)問題的特性。例如在前文分析的火星教育STEM課程當(dāng)中，問題的情境始終貫穿在工程設(shè)計過程中?；鹦堑沫h(huán)境既是問題的情境設(shè)置，也是學(xué)生在完成項目中需要考慮的條件。與真實世界相關(guān)的驅(qū)動問題往往具有領(lǐng)域特殊性，使學(xué)生在解決問題的過程中可以將特定的學(xué)科理論知識使用在具體情境當(dāng)中，這個過程可以幫助學(xué)生完成學(xué)科中的知識遷移，達(dá)到深度學(xué)習(xí)的狀態(tài)（孫妍妍 & 祝智庭，2018）。除此之外，驅(qū)動問題與真實世界的相關(guān)性也有助于提高學(xué)生參與課程學(xué)習(xí)的興趣。當(dāng)學(xué)生們認(rèn)為他們需要學(xué)習(xí)的主題與現(xiàn)實世界息息相關(guān)時，他們就有可能更加積極主動地投入。

第三是以“工程”為中心的整合性原則。在以“工程”為中心的STEM課程中，一個好的驅(qū)動問題應(yīng)當(dāng)具有整合性。首先，驅(qū)動問題的整合性表現(xiàn)為通過工程設(shè)計過程對數(shù)學(xué)、技術(shù)、科學(xué)等學(xué)科知識進(jìn)行串聯(lián)。在通過工程設(shè)計解決問題的過程中，學(xué)生應(yīng)當(dāng)能夠融合多個學(xué)科知識來進(jìn)行理論知識的跨學(xué)科綜合應(yīng)用，這是驅(qū)動問題領(lǐng)域特殊性特征的集中體現(xiàn)。其次，好的驅(qū)動問題應(yīng)當(dāng)對STEM課程具有整體的推動作用。學(xué)生們可以將驅(qū)動問題作為一個跳板來引領(lǐng)課程的整體學(xué)習(xí)。在跨學(xué)科知識學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，學(xué)生應(yīng)當(dāng)可以通過工程設(shè)計過程來找尋問題的解決方式，課程中所有的學(xué)習(xí)和研究都在驅(qū)動問題的引領(lǐng)之下。

第四是保證問題適度復(fù)雜性的原則，這也是驅(qū)動問題設(shè)計的一般性原則。驅(qū)動問題的復(fù)雜性由4個因素決定：解決問題所需的知識廣度、在解決過程中所涉及概念理解與應(yīng)用的難度、解決問題所需的技能和知識水平以及問題空間中變量之間關(guān)系的非線性度（Jonassen，2008）。根據(jù)這4個因素，以“工程”為中心的STEM課程中驅(qū)動問題的復(fù)雜性可以靈活調(diào)整。

這4個因素對驅(qū)動問題的影響主要集中在兩個方面：首先，解決問題所需的知識廣度、在解決過程中所涉及概念理解與應(yīng)用的難度、解決問題所需的技能3個因素均與學(xué)生先驗知識相關(guān)聯(lián)。一個好的驅(qū)動問題應(yīng)該能夠促使學(xué)生用到以前的知識與技能，通過工程設(shè)計過程的紐帶作用，幫助學(xué)生將他們的所學(xué)應(yīng)用到新的情境中去。在這個過程中，學(xué)生可以學(xué)習(xí)新的相關(guān)知識、概念與技能，完成知識的遷移。其次，在學(xué)生先驗知識的基礎(chǔ)之上，好的驅(qū)動問題應(yīng)當(dāng)能夠促使學(xué)生在解決問題的過程中進(jìn)行研究、調(diào)查與反思，而問題解決過程的復(fù)雜性與問題空間中變量之間關(guān)系的非線性度相關(guān)。以“工程”為中心的驅(qū)動問題是劣構(gòu)的，沒有確定的答案，需要學(xué)生用他們在整個項目中獲得的研究和知識來支持他們的解決方式。問題的復(fù)雜程度可以由設(shè)置問題的分支節(jié)點來控制，問題空間中變量之間的非線性關(guān)系越強，問題的復(fù)雜性就越高。一個好的驅(qū)動問題的復(fù)雜性應(yīng)當(dāng)是既可以鼓勵學(xué)生在解決問題的過程中發(fā)揮其最大潛力，又可以保證學(xué)生能夠通過努力而找到適合的解決方案。

五、總結(jié)與建議

本文提出STEM課程中以“工程”為中心的驅(qū)動問題設(shè)計方式，并通過分析問題的結(jié)構(gòu)與特征討論了驅(qū)動問題對課程設(shè)計的支架性作用與驅(qū)動問題的設(shè)計原則。驅(qū)動問題是STEM課程設(shè)計中的關(guān)鍵元素，驅(qū)動問題的設(shè)計決定了問題的初始條件與目標(biāo)，為學(xué)習(xí)活動的設(shè)計提供了框架。

在教學(xué)實踐方面，以“工程”為中心的驅(qū)動問題設(shè)計不但對教師的理論基礎(chǔ)與教學(xué)設(shè)計能力提出了要求，也需要學(xué)校提供有效的組織與支持。在此基礎(chǔ)上，本文從教師與學(xué)校兩個層面對以“工程”為中心的STEM課程實踐提出以下建議：

首先是以“工程”為紐帶，在課程中正確地體現(xiàn)跨學(xué)科性。STEM課程中的跨學(xué)科學(xué)習(xí)并非學(xué)科知識的簡單疊加，而是以工程設(shè)計過程為紐帶，將科學(xué)、數(shù)學(xué)、技術(shù)知識在問題解決的過程中串聯(lián)在一起，形成整體上的融合。要做到這一點，既需要教師個人對工程設(shè)計過程的深入理解，也需要學(xué)校組織跨學(xué)科團(tuán)隊在課程建設(shè)中進(jìn)行深度合作。教師對工程設(shè)計過程的深入理解可以幫助他們定位學(xué)科在STEM課程問題解決過程中起到的作用，因而能夠?qū)TEM課程的教學(xué)目標(biāo)與具體學(xué)科知識點與學(xué)科技能緊密聯(lián)系；學(xué)校組織的跨學(xué)科團(tuán)隊可以促進(jìn)不同學(xué)科教師之間的深度合作，通過集體研討，團(tuán)隊可以圍繞著工程設(shè)計過程合理融合不同學(xué)科的知識點與知識技能，作為課程的整體學(xué)習(xí)目標(biāo) 。

第二是轉(zhuǎn)變課程評價方式。對標(biāo)驅(qū)動問題中的工程設(shè)計過程，注重對學(xué)生問題解決能力與工程思維的培養(yǎng)。以“工程”為中心的驅(qū)動問題具有劣構(gòu)性、動態(tài)性的特征，即問題的解決方式與問題情境緊密相連。工程設(shè)計過程本身就是解決工程問題的程序，因此可以為課程中的問題解決過程提供可行性框架，即為課程設(shè)計提供了支撐。這種支撐既體現(xiàn)在圍繞著工程設(shè)計過程所構(gòu)建的學(xué)習(xí)活動上，也體現(xiàn)在課程的評價方式上。以“工程”為中心的驅(qū)動問題設(shè)計鼓勵學(xué)生探尋多種解決問題的方式。這種特性決定了在對學(xué)生的表現(xiàn)進(jìn)行評價時，使用傳統(tǒng)的總結(jié)性評價方式并不能達(dá)到效果。如何采用多元化評價方式對學(xué)生的問題解決過程進(jìn)行多維度的過程性評價是轉(zhuǎn)變評價方式的關(guān)鍵。

許多研究者也注意到了這一問題，對STEM課程的評價提出了相關(guān)建議，例如余勝泉等人（2019）在證據(jù)導(dǎo)向的STEM教育模式中，強調(diào)了學(xué)習(xí)成果的可驗證性，認(rèn)為教師應(yīng)當(dāng)基于證據(jù)對學(xué)生進(jìn)行表現(xiàn)性與形成性評價；吳忭等人（2018）提出了將認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)分析法作為STEM課程中的學(xué)習(xí)評價新思路。對教師來說，應(yīng)當(dāng)在理解以“工程”為中心的STEM課程設(shè)計的基礎(chǔ)上，通過研修來了解多元化評價方式，并將評價標(biāo)準(zhǔn)與驅(qū)動問題的設(shè)計相互對應(yīng)；對學(xué)校來說，應(yīng)當(dāng)為STEM課程的實施提供多種實踐方式，除正式課程外，也可以校本學(xué)習(xí)、課外興趣小組等進(jìn)行，為教師對課程進(jìn)行多元化評價創(chuàng)造更為靈活的環(huán)境。

第三是多方合力建設(shè)，構(gòu)建STEM課程的生態(tài)共同體?；诠こ淘O(shè)計過程的驅(qū)動問題設(shè)計強調(diào)真實的問題情境。然而，在教育實踐的過程當(dāng)中，基礎(chǔ)教育中的教師可能存在因為缺乏工程學(xué)訓(xùn)練而無法很好地將工程設(shè)計思維融入課程的問題（Thornburg，2008）。與此同時，教師在課程設(shè)計中構(gòu)建真實問題時也可能會受到條件與材料的限制，無法最大程度的模擬真實世界。為解決這一問題，首先應(yīng)當(dāng)為教師提供相關(guān)的培訓(xùn)與研修，使教師充分理解STEM教育的內(nèi)涵與工程特性。其次，學(xué)校應(yīng)當(dāng)借助多方面力量進(jìn)行STEM課程的建設(shè)，以學(xué)校為中心，通過聯(lián)接家庭、社區(qū)、高等院校、博物館/圖書館/科技館等文化機構(gòu)、本地企業(yè)，形成STEM教育生態(tài)共同體，為提高學(xué)生工程思維能力、問題解決能力，與創(chuàng)新實踐能力等新世紀(jì)人才的綜合素養(yǎng)而通力協(xié)作（黃樺，2019；祝智庭 & 雷云鶴，2018）。