依托專業(yè)社群的跨學(xué)科課程設(shè)計與實(shí)施
——以STEM教育專業(yè)社群為例

王 子

一般而言，高中教師在校內(nèi)參與的團(tuán)隊活動，大多是被組織、被安排的以學(xué)科組為單位的教研活動，同一學(xué)科組內(nèi)教師專業(yè)背景、學(xué)科知識往往單一而雷同。隨著STEM 教育在教學(xué)一線的深入探究和開展，科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)學(xué)科變得越來越一體化，單一學(xué)科教師對STEM 教育的研究與實(shí)踐有著明顯的局限性。江蘇省錫山高級中學(xué)（以下簡稱“錫山高中”）于2014 年啟動了“想象·創(chuàng)造”課程基地建設(shè)，以“融藝術(shù)與科學(xué)，在想象中創(chuàng)造”為主題，構(gòu)建STEM 課程體系。在這樣的背景下，STEM 教育專業(yè)社群以去行政化的組織方式，于2016 年的秋季學(xué)期成立，現(xiàn)在該社群主要成員是錫山高中研創(chuàng)式大任務(wù)課程的授課教師，他們來自不同學(xué)科，在STEM 課程開發(fā)方面都有自己獨(dú)到的經(jīng)驗(yàn)。

一、突出能力目標(biāo)，跨學(xué)科融合開發(fā)課程

如何構(gòu)建適合高中生的STEM 課程，是我們社群內(nèi)成員一直在思考和著力解決的問題。我們牢記STEM 課程必須突出“能力目標(biāo)”，以項(xiàng)目任務(wù)為課程內(nèi)容的主要載體，以“動手做事”來訓(xùn)練學(xué)生的問題解決能力。首先，興趣是最好的老師，課程設(shè)置必須類型多樣，滿足不同興趣和職業(yè)傾向的學(xué)生；其次，生涯規(guī)劃和生涯指導(dǎo)是高中階段非常重要的事情，必須面向?qū)I(yè)大類建構(gòu)我們的課程體系，讓學(xué)生在這樣的課程中體驗(yàn)大學(xué)專業(yè)大類，判斷其人生方向是否適合此路徑發(fā)展；第三，將新的科學(xué)技術(shù)成就和成果及時引入課堂，讓學(xué)生在課程中提早接觸高精尖的技術(shù)。這一點(diǎn)對于學(xué)生未來的人生發(fā)展也是善莫大焉。

目前長期自主參與社群活動的是來自5 個學(xué)科的12 位教師，都有任教校本課程和研究性課程的經(jīng)驗(yàn)。全體社群成員研讀新版課程標(biāo)準(zhǔn)，圍繞課程核心素養(yǎng)，以計算機(jī)技術(shù)為支撐，調(diào)查學(xué)生的課程需求、分析社會的課程期待，結(jié)合本校和本地區(qū)實(shí)際情況，在歷時5 年的校本化實(shí)踐基礎(chǔ)之上，萃取技術(shù)、理化生學(xué)科、藝術(shù)學(xué)科核心內(nèi)容，圍繞學(xué)科大概念，融合學(xué)科課程，先后開發(fā)了10 多個項(xiàng)目課程，社群成員在自己的課程領(lǐng)域逐漸有了話語權(quán)。如化學(xué)學(xué)科張晶老師開發(fā)的“染整工藝的探究與實(shí)踐”課程，在課程實(shí)踐中，學(xué)生將體驗(yàn)類似研究生學(xué)習(xí)階段的課題研究過程，利用染整技術(shù)實(shí)現(xiàn)對織物的化學(xué)重塑，學(xué)生全程參與課題的擬定、實(shí)驗(yàn)探究、性能測試；美術(shù)學(xué)科的朱海蓮老師開發(fā)的“工業(yè)設(shè)計基礎(chǔ)”課程，要求通過具體主題演講、物品觀察、理論文獻(xiàn)閱讀及實(shí)際物品的設(shè)計等手法培養(yǎng)學(xué)生的思考能力、動手能力、創(chuàng)新能力和團(tuán)隊協(xié)作能力。

二、利用社會資源，產(chǎn)學(xué)研育一體化，提高課程質(zhì)量

如何評價一門STEM 課程的好壞？我們覺得，學(xué)生能夠發(fā)自內(nèi)心地喜歡課程內(nèi)的項(xiàng)目、任務(wù)和工作，興高采烈地跟隨教師去完成這些任務(wù)，在這個過程中鍛煉解決問題的能力，同時學(xué)到相關(guān)的專業(yè)知識，練出自學(xué)的能力、競爭和協(xié)作的能力、創(chuàng)新創(chuàng)造的能力以及知識應(yīng)用的能力，在完成項(xiàng)目的過程中獲得實(shí)際成果，獲得成就感和自信心，［1］這可以作為判斷優(yōu)秀STEM課程的標(biāo)準(zhǔn)和依據(jù)。在STEM 課程實(shí)施過程中，社群內(nèi)的教師也逐漸發(fā)現(xiàn)了很多的問題。例如：學(xué)生在解決項(xiàng)目問題期間，經(jīng)常會遇到很多專業(yè)知識、高新技術(shù)問題，雖然社群內(nèi)有很多具備鉆研精神的年輕教師，但在處理一些專業(yè)問題上還是力不從心；STEM 課程中的很多項(xiàng)目涉及物化生實(shí)驗(yàn)，而高中的實(shí)驗(yàn)室遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足學(xué)生的需要。軟硬件的限制使得很多課程不能如愿形成項(xiàng)目成果，從而削減了學(xué)生的積極性和完成項(xiàng)目的信心。

為了解決這些問題，提升課程質(zhì)量，社群內(nèi)多次組織研討，形成了如下解決方案：社群內(nèi)剛畢業(yè)不久的年輕教師與自己所畢業(yè)的高校聯(lián)系還比較密切，他們可以與自己的導(dǎo)師和未畢業(yè)的師弟師妹建立聯(lián)系，從兩個學(xué)校的層面開展“雙高”合作，將高校的優(yōu)質(zhì)課程、專業(yè)師資吸引到高中來，并且已有部分學(xué)生在高校實(shí)驗(yàn)室開展相關(guān)的實(shí)驗(yàn)。前文提到的社群內(nèi)教師開發(fā)的“染整工藝的探究與實(shí)踐”是與江南大學(xué)、東華大學(xué)合作開發(fā)；工業(yè)設(shè)計基礎(chǔ)課程是與江南大學(xué)和新南威爾士大學(xué)合作開發(fā)的。社群內(nèi)理工科院校畢業(yè)的教師，其同學(xué)有一部分在科研院所工作，如無錫量子感知研究所、702 所以及華中科技大學(xué)無錫研究院等，與科研院所建立聯(lián)系，定期組織學(xué)生前往參觀，了解其科研過程，設(shè)立學(xué)生校外課程實(shí)踐基地，在基地內(nèi)有專業(yè)人員對學(xué)生進(jìn)行指導(dǎo)，能夠在課程中創(chuàng)設(shè)一種學(xué)術(shù)氛圍和探索研究的環(huán)境。此外，學(xué)校還利用本地高精尖的企業(yè)資源，如學(xué)校所處的惠山區(qū)軟件園內(nèi)的石墨烯企業(yè)、威孚力達(dá)催化凈化器公司等，幫助學(xué)生與企業(yè)內(nèi)的專業(yè)工程師建立聯(lián)系，學(xué)生圍繞研究的項(xiàng)目課題，理論結(jié)合社會實(shí)際，為解決項(xiàng)目問題打開新的思路。形成高中學(xué)校教育和高等院校、科研院所、相關(guān)企業(yè)等三者有機(jī)結(jié)合起來的產(chǎn)學(xué)研育一體化育人模式，充分利用校外教育資源，幫助社群內(nèi)教師和校外教育力量進(jìn)行聯(lián)系，相對STEM 專業(yè)社群這個緊密的校內(nèi)團(tuán)體，形成校外的松散型團(tuán)體，內(nèi)外通力合作，打造高質(zhì)量的STEM 課程。

三、注重綜合素養(yǎng)，教學(xué)、科研兩手抓，提升教師專業(yè)發(fā)展

我校高品質(zhì)高中的建設(shè)，對教師的專業(yè)水平提出了新的更高的要求。教師的專業(yè)知識和能力構(gòu)成發(fā)生了變化，他們不僅需要具備所授學(xué)科知識、教育科學(xué)知識、兒童研究和信息技術(shù)等方面的知識，還要具有跨學(xué)科教學(xué)和合作教學(xué)的能力，具備指導(dǎo)綜合項(xiàng)目的能力，這就需要教師綜合素養(yǎng)的提升。STEM 專業(yè)社群作為學(xué)科組外的另一個學(xué)習(xí)陣地，不同學(xué)科的教師在專業(yè)社群內(nèi)協(xié)作并進(jìn)，進(jìn)行STEM 課程典型學(xué)習(xí)方式的探索，立足課堂教學(xué)，探索教師怎么教，學(xué)生怎么學(xué)，以此提升教師的專業(yè)水平。兩年一次的省評優(yōu)課，作為高水準(zhǔn)的教學(xué)大賽，往年都是由學(xué)校組織教師參與選拔。最近的這次，我們通過專業(yè)社群內(nèi)部選拔的形式，讓社群內(nèi)的教師圍繞同一課題人人開課、相互聽課，課上完后，大家對這節(jié)課進(jìn)行評課，發(fā)表各自的看法，提出改進(jìn)意見，由參加過評優(yōu)課的教師作為評委最終推選出呂士媛老師參加省賽，后來，呂老師獲得了省一等獎的好成績。社群內(nèi)，同課異構(gòu)作為一種教學(xué)研討形式，為大家搭建了一個分享教學(xué)經(jīng)驗(yàn)、探討教學(xué)藝術(shù)的平臺。無論是執(zhí)教者還是聽課者，都獲益良多，此舉也有效幫助了社群內(nèi)教師自覺探索課堂教學(xué)模式，逐步形成自身的教學(xué)特色。

在教師的職業(yè)生涯中，教育科研能力是其專業(yè)成長的重要助推。STEM 教育專業(yè)社群內(nèi)大多是來自不同學(xué)科的青年教師，亟須提高自身的教科研水平，所以，社群定期開展關(guān)于STEM 課程的專業(yè)閱讀和研究，定期邀請專家進(jìn)行線上線下講座和研討。教師們開展讀書交流，聆聽教育科學(xué)研究所專家關(guān)于高中課程活動建設(shè)的講座，邀請教育期刊的編輯就教師如何撰寫教科研論文指點(diǎn)迷津，汲取除了本學(xué)科專業(yè)知識以外的各類知識，拓寬知識廣度，提升學(xué)術(shù)素養(yǎng)。這些活動都促進(jìn)了社群內(nèi)教師專業(yè)水平的提升，使之能夠逐步將新理念、新成果應(yīng)用到自己的教學(xué)實(shí)踐中，逐漸改變教學(xué)方法、教學(xué)手段，提高課堂教學(xué)效率。在這個過程中，社群內(nèi)教師總結(jié)課堂教法，提煉教學(xué)成果，在核心期刊上也發(fā)表了較多高質(zhì)量的學(xué)術(shù)論文，由他們主持或擔(dān)任主要成員的各項(xiàng)課題也都在穩(wěn)步推進(jìn)或已結(jié)題。

四、緊抓課堂教學(xué)，在真實(shí)問題中改善學(xué)生的思維方式

STEM 課程旨在運(yùn)用科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)的能力解決生活中的實(shí)際問題，是以活動為基礎(chǔ)、以項(xiàng)目為基礎(chǔ)和以問題解決為基礎(chǔ)的學(xué)習(xí)。［2］經(jīng)過社群的研討，我們總結(jié)了三種STEM課程的學(xué)習(xí)方式，在真實(shí)問題解決中提升學(xué)生的創(chuàng)造力、實(shí)踐力、勝任力。

第一，“翻轉(zhuǎn)學(xué)做”學(xué)習(xí)，尋找來源于真實(shí)生活的問題，面向?qū)W習(xí)的結(jié)果，邊做邊學(xué)，邊創(chuàng)邊學(xué)，以用致學(xué)，學(xué)習(xí)的內(nèi)容依問題而調(diào)整，探索未知世界，像科學(xué)家一樣做研究，重點(diǎn)發(fā)展創(chuàng)造力。

第二，“勞動實(shí)踐”學(xué)習(xí)，將課程與勞動教育相結(jié)合，在校內(nèi)挖掘資源，設(shè)立了10 多個勞動崗，讓學(xué)生像工程師一樣創(chuàng)新實(shí)踐，在真實(shí)勞動中提升實(shí)踐力。

第三，“項(xiàng)目孵化”學(xué)習(xí)。項(xiàng)目式的學(xué)習(xí)起始于2012 年，我們在不斷完善這種學(xué)習(xí)方式，讓學(xué)生觀察生活，開展調(diào)研，尋找創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)方向，經(jīng)歷企業(yè)項(xiàng)目孵化全流程。學(xué)校設(shè)立了創(chuàng)業(yè)風(fēng)投基金，組織創(chuàng)客路演、科創(chuàng)產(chǎn)品拍賣會，讓學(xué)生在虛擬創(chuàng)業(yè)中像企業(yè)家一樣經(jīng)營，重點(diǎn)形成勝任力。

在課程中，為了使學(xué)生形成一套完整的解決問題的思維方式，從發(fā)現(xiàn)生活中的問題，到最終解決問題，項(xiàng)目進(jìn)行過程中信息的收集、方案的設(shè)計與實(shí)施及優(yōu)化評價，每一個步驟都由學(xué)生自己去了解并把握整個過程及每一個環(huán)節(jié)中的基本要求。授課教師以青少年科技創(chuàng)新大賽、學(xué)校創(chuàng)客嘉年華活動等為契機(jī)，運(yùn)用“課賽結(jié)合”模式，以賽促學(xué)，以賽促教，學(xué)生在創(chuàng)新創(chuàng)造中發(fā)現(xiàn)問題，并遵從工程設(shè)計的專業(yè)流程解決問題。由于高中生的知識儲備較少，動手能力也偏弱，從發(fā)現(xiàn)問題到形成送賽作品，專業(yè)社群的教師在這其中的作用不可小覷。以青少年科技創(chuàng)新大賽為例，一件優(yōu)秀的發(fā)明創(chuàng)造工程設(shè)計類參賽作品涉及的領(lǐng)域眾多，包括結(jié)構(gòu)設(shè)計、外觀設(shè)計、程序設(shè)計等，都不是一位同學(xué)或教師能獨(dú)立完成的，需要跨學(xué)科的專業(yè)知識指導(dǎo)，并與同伴協(xié)作完成。

2020 開源軟硬件課程班的一位同學(xué)發(fā)現(xiàn)，每到雨季，校園內(nèi)總有一段時間形成內(nèi)澇，學(xué)校對這一問題屢次試圖解決也沒能完全杜絕。他對這個問題十分感興趣，自己也做了實(shí)地考察，最終發(fā)現(xiàn)是傳統(tǒng)的開放式的下水口存在弊端，經(jīng)常會被落葉或者雜物堵住，也許這不是內(nèi)澇形成的主要原因，但他在和我商量后，確定自己的項(xiàng)目為“智能下水口的設(shè)計與制作”。預(yù)期效果是：非雨天，下水口處于關(guān)閉狀態(tài)；一旦下雨，下水口自動打開下水。開始設(shè)計解決方案了，經(jīng)過大量的資料搜集，他認(rèn)為下水口數(shù)量龐大，不可能給其供電或連接智能控制設(shè)備，所以采用物理控制的方式，使用百葉窗的葉片結(jié)構(gòu)，因不同的需要實(shí)現(xiàn)自動開合。他設(shè)想，葉片平時關(guān)閉；雨天接觸到雨水，葉片吸水，重量發(fā)生變化，葉片自動打開；待晴天葉片風(fēng)干后，又自動關(guān)閉。這個項(xiàng)目既涉及材料學(xué)，又涉及力學(xué)，作為一名通用技術(shù)教師，我感覺力有不逮，在指導(dǎo)學(xué)生畫好設(shè)計圖紙后，我邀請專業(yè)社群的校內(nèi)教師和校外工程師對學(xué)生進(jìn)行指導(dǎo)。學(xué)生和化學(xué)教師探討用哪種材料比較合適，與物理教師一起對葉片進(jìn)行受力分析，在專業(yè)結(jié)構(gòu)工程師的指導(dǎo)下，最終形成了智能下水口的基礎(chǔ)原型。

如上所述，課程中同一項(xiàng)目由多名教師協(xié)同指導(dǎo)，教師之間互相補(bǔ)充配合，共同呈現(xiàn)完成該項(xiàng)目所需要的學(xué)科知識的整體面貌，幫助學(xué)生形成系統(tǒng)性的認(rèn)知。在完成項(xiàng)目的過程中，學(xué)生獲獎人次逐年穩(wěn)步提升，學(xué)生作品的科技含量也越來越高，各類比賽成果豐碩，學(xué)生的創(chuàng)新能力、問題解決能力和團(tuán)隊合作能力以及探索精神等都得到很大的提升。

新冠肺炎疫情期間，我們STEM 教育專業(yè)社群的活動多在微信群或騰訊會議中交流。不同于其他類型的專業(yè)社群，STEM 專業(yè)社群的教師還需加強(qiáng)線下的實(shí)戰(zhàn)培訓(xùn)活動。社群也會積極聽取群內(nèi)不同的專業(yè)知識需求，定期組織跨學(xué)科的專業(yè)培訓(xùn)，提升社群成員的綜合素養(yǎng)，從而促使群員成長為專業(yè)而能力多元的新時代教師。