STEM本土化課例設(shè)計實踐研究

王 戈（北京市朝陽區(qū)教育科學(xué)研究院）

一、問題的研究背景

為應(yīng)對21世紀(jì)信息時代對教育的挑戰(zhàn)，培養(yǎng)具有專家思維和復(fù)雜人際交往能力的創(chuàng)新型人才成為教育的重要任務(wù)，STEM成為培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的重要途徑。STEM中要解決非虛構(gòu)的真實問題，學(xué)生需要具有綜合的知識、跨學(xué)科能力、協(xié)作能力，才能在問題解決過程中培養(yǎng)創(chuàng)新能力；面對知識爆炸的學(xué)習(xí)環(huán)境，需要使用聚類思想，依據(jù)共同特征或相似屬性來融合相關(guān)知識、方法與過程，以降低學(xué)生同化或順應(yīng)新知的難度，STEM的跨學(xué)科性在其中起著無可替代的作用。

以北京市社會科學(xué)基金項目課題《信息技術(shù)與中小學(xué)跨學(xué)科教育深度融合教學(xué)實踐研究》（編號19JYB011）為抓手，課題組對于基于STEM本土化的課例設(shè)計進行了系統(tǒng)研究，試圖尋找從學(xué)科核心素養(yǎng)到核心素養(yǎng)培養(yǎng)的破局之法，形成了一些初步的成果。

二、初步成果

（一）STEM本土化的理論概念初探

1.STEM的本土化概念

課題組認(rèn)為：STEM以理工類學(xué)科的知識和技能為載體，將多門學(xué)科內(nèi)容組合形成有機整體，通過凝練上位大概念，利用真實問題生成具體項目問題，學(xué)習(xí)跨學(xué)科知識和技能，培養(yǎng)學(xué)生綜合利用跨學(xué)科知識解決現(xiàn)實問題的能力，重點培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究和工程素養(yǎng)及創(chuàng)新精神。

2.STEM的本土特征

（1）跨學(xué)科但有側(cè)重

跨學(xué)科性是STEM的本質(zhì)特征。由于國內(nèi)分科教學(xué)的現(xiàn)實，跨學(xué)科但有側(cè)重在一個很長的歷史時期內(nèi)是會本土化STEM課例的一個特征，這是由國內(nèi)分科教學(xué)，教師不具備跨學(xué)科能力等的現(xiàn)實情況所決定的，不必要求科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)字等學(xué)科元素是均衡的。

（2）真實具體的復(fù)雜任務(wù)

真實而具有挑戰(zhàn)性的問題，才能激發(fā)學(xué)生的研究興趣，增加學(xué)生切身體驗，在參與、體驗獲得知識的過程中，學(xué)生不僅獲得結(jié)果性知識，還習(xí)得蘊含在項目問題解決過程中的過程性知識，更具備了非良構(gòu)問題的解決能力，創(chuàng)新能力得以培養(yǎng)。

（3）重視科學(xué)探究和工程設(shè)計

科學(xué)探究能力和工程素養(yǎng)是本土化STEM課例設(shè)計時最要關(guān)注的。通常根據(jù)教學(xué)內(nèi)容，問題性質(zhì)，把課例設(shè)計為側(cè)重于科學(xué)探究的項目、側(cè)重于工程設(shè)計的項目或者兩者并重的項目。而兩者并重的項目居多，科學(xué)探究得出正確結(jié)論，工程設(shè)計實現(xiàn)和驗證科學(xué)探究的結(jié)果，兩者結(jié)合，解決問題。

（4）重視協(xié)作

本土化STEM課例設(shè)計時，要關(guān)注學(xué)生協(xié)作能力的培養(yǎng)，關(guān)注學(xué)習(xí)社群或?qū)W習(xí)小組的環(huán)境搭建和協(xié)作分工，四人是協(xié)同學(xué)習(xí)的最好人數(shù)，男女生搭配可以提高課堂的效率、并有助于進行組內(nèi)管理。異質(zhì)學(xué)生可以促使學(xué)生向高學(xué)力學(xué)生看齊，通過組內(nèi)互助，達到本組內(nèi)最高水平。

（二）STEM課程的設(shè)計模式

1.“話題”模式

此模式特征是以某一個話題為中心，不同學(xué)科圍繞這個話題，各自設(shè)計本學(xué)科內(nèi)容，內(nèi)容之間沒有直接的交叉融合。以人工智能技術(shù)服務(wù)老人為題，各學(xué)科分別設(shè)計。信息技術(shù)研究如何用語音控制夜燈幫助老人；語文通過閱讀人工智能文獻后寫一篇議論文；英語翻譯描述人工智能的文章；物理通過研究更為智能的開關(guān)來控制電路；體育研究老年運動監(jiān)控；美術(shù)繪制技術(shù)與老人的和諧共處……

2.“一科獨大外延”模式

這是當(dāng)前國內(nèi)數(shù)量最多的STEM課程模式，由某一個學(xué)科為主，向外延伸到其他學(xué)科的部分內(nèi)容，設(shè)計目的為學(xué)習(xí)本學(xué)科內(nèi)容；其他學(xué)科的內(nèi)容僅是因為項目中要用到，或直接使用，或僅進行最淺層的學(xué)習(xí)。

以“語音控制智能夜燈”為例，信息技術(shù)教師設(shè)計了課程，其教學(xué)目標(biāo)為：知道語音識別技術(shù)的概念、原理和實現(xiàn)過程；學(xué)會制作語音識別過程的流程圖。了解聲波的概念及聲音三要素、特征提取的概念；了解電磁繼電器原理及弱電控制系統(tǒng)原理。

3.“上位跨學(xué)科核心概念統(tǒng)領(lǐng)”的主題模式

此模式從不同學(xué)科之間，找出其知識技能的交叉點，總結(jié)凝練不同學(xué)科之間共通的跨學(xué)科核心概念，并從學(xué)科核心素養(yǎng)中，總結(jié)凝練更為上位的共同核心素養(yǎng)；設(shè)計者能夠?qū)Σ煌瑢W(xué)科的核心概念和學(xué)科方法了然于心，把各學(xué)科核心概念、跨學(xué)科核心概念、共同核心素養(yǎng)熔為一爐，設(shè)計具有“上位核心概念統(tǒng)領(lǐng)”的STEM課程。

以“人工智能語音識別——聲控?zé)舻脑O(shè)計制作”項目為例，解決的真實問題是：幫助不方便的老人設(shè)計個性化的智能家居照明，涉及老人房間的面積、布局、燈的位置、需要的照度等。案例挖掘電路知識、語音控制的科學(xué)原理、科學(xué)計算日出日落時間等知識，引導(dǎo)學(xué)生運用設(shè)計思維、工程思維，充分發(fā)揮跨學(xué)科學(xué)習(xí)的優(yōu)勢。學(xué)生需要主動學(xué)習(xí)并綜合地運用這些跨學(xué)科知識，在交叉融合中，解決復(fù)雜綜合問題，提升學(xué)生的批判性思維和創(chuàng)新實踐精神，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注社會問題。

（三）邏輯切分以適應(yīng)短課時

在進行STEM課例設(shè)計時，就注意對于整個項目的有效劃分。以適應(yīng)國內(nèi)實際，進行分學(xué)時實施。

工程任務(wù)是具有現(xiàn)實意義且有一定復(fù)雜度綜合度的真實任務(wù)，是總項目的最終成果。為了適應(yīng)短課時的要求，要把工程任務(wù)分解為一個個工程挑戰(zhàn)任務(wù)。在進行劃分時，要尊重任務(wù)的劃分邏輯，通過驅(qū)動問題，形成問題鏈，引導(dǎo)學(xué)生進行分析，把一個復(fù)雜的問題，通過分解分層，成為一個個容易解決又有邏輯關(guān)系的小問題。從知識技能層面上，明已知，找未知；從能力上講，知已具備，明白缺乏。層層分解后的未知小問題和未具備能力，就是我們設(shè)計工程挑戰(zhàn)任務(wù)的依據(jù)。在尊重邏輯的基礎(chǔ)上，關(guān)注時間的劃分，把這些小問題根據(jù)邏輯關(guān)系，或組成或分解，成為一節(jié)節(jié)45分鐘的課。這也是為應(yīng)對本土化實際情況的舉措。

三、研究展望

課題組要加強對于不同學(xué)科核心大概念和學(xué)科核心素養(yǎng)的理解，從知識層面，找出不同學(xué)科核心概念之間的交叉點，形成跨學(xué)科核心概念；從能力層次，找出不同學(xué)科之間共同的能力要求；從更綜合的角度，提煉出不同學(xué)科的共有上位核心素養(yǎng)。從各學(xué)科核心概念、跨學(xué)科核心概念，共同核心素養(yǎng)三個維度，總結(jié)凝練設(shè)計跨學(xué)科STEM的理念和方法，以生成更多的高品質(zhì)本土STEM課例。