基于學(xué)習(xí)進階的STEM教育模式

李世瑾 周榕 顧小清

摘要：STEM教育作為培養(yǎng)學(xué)生問題解決能力的應(yīng)然路徑，其實踐過程往往流于形式：或是冠以游戲之名的綜合練習(xí)，或是簡單模仿就可完成的手工操作，抑或是沒有探究性的戶外活動等。如何摒除“符合習(xí)慣”的無效模式，尋找科學(xué)的STEM教育實踐路徑成為當(dāng)務(wù)之急。學(xué)習(xí)進階理論秉承螺旋式進階理念，具有進階目標(biāo)明確化、進階過程協(xié)調(diào)化和進階評估可視化等實踐內(nèi)核，能夠持續(xù)激發(fā)學(xué)生思維結(jié)構(gòu)與認(rèn)知水平的理性蛻變，為STEM問題解決能力培養(yǎng)打開了新視野?；趯W(xué)習(xí)進階的STEM教育模式的特色體現(xiàn)在三個方面，一是立足學(xué)生先驗水平制定由淺入深的能力目標(biāo)，能為學(xué)生問題解決“由簡到難”的生長提供原理支架;二是依托學(xué)生最近發(fā)展區(qū)，能可視化表征學(xué)生問題解決從進階起點到終點的發(fā)展歷程與關(guān)鍵障礙;三是強調(diào)學(xué)生認(rèn)知圖式建構(gòu)，能為學(xué)生問題解決的過程性評測提供有效證據(jù)。實踐案例表明，基于學(xué)習(xí)進階的STEM教育模式對學(xué)生問題解決的態(tài)度、過程和結(jié)果均產(chǎn)生了積極影響。未來要推進學(xué)習(xí)進階STEM教育模式的落地實施，應(yīng)明確進階起點與終點以科學(xué)設(shè)定STEM教學(xué)目標(biāo)，依據(jù)進階變量與節(jié)點以系統(tǒng)優(yōu)化STEM教學(xué)流程設(shè)計，關(guān)注進階證據(jù)與效果以合理選擇STEM教學(xué)策略。

關(guān)鍵詞：STEM教育;學(xué)習(xí)進階;教育模式;問題解決;認(rèn)知發(fā)展

中圖分類號：G434 ? 文獻標(biāo)識碼：A ? ?文章編號：1009-5195（2022）02-0073-12 ?doi10.3969/j.issn.1009-5195.2022.02.009

基金項目：2019年度國家社科基金重大項目“人工智能促進未來教育發(fā)展研究”（19ZDA364）。

作者簡介：李世瑾，博士研究生，華東師范大學(xué)教育信息技術(shù)學(xué)系（上海 200062）;周榕，博士，副教授，陜西師范大學(xué)教育學(xué)部（陜西西安 710062）;顧小清，博士，教授，博士生導(dǎo)師，華東師范大學(xué)教育信息技術(shù)學(xué)系（上海 200062）。

一、引言

在知識經(jīng)濟全球化的智能時代，問題解決能力培養(yǎng)成為教育的重要使命。全球21世紀(jì)技能運動強調(diào)，問題解決能力是學(xué)生需要具備以實現(xiàn)創(chuàng)造性學(xué)習(xí)的關(guān)鍵技能（Schleicher，2012）?！吨袊逃F(xiàn)代化2035》亦明確提出，加快信息化時代教育變革，應(yīng)重點關(guān)注問題解決能力、合作能力及創(chuàng)新能力培養(yǎng)（新華網(wǎng)，2019）。STEM教育作為一種以問題解決為導(dǎo)向的跨學(xué)科實踐形態(tài)，引起教育工作者的高度重視（Meyrick，2011）。然而，現(xiàn)實情境中一些無效的方法或模式因“符合習(xí)慣”仍在反復(fù)使用，導(dǎo)致問題解決過程流于形式。例如，將STEM問題解決過程變成了冠以“游戲”之名的綜合練習(xí)（王娟等，2016），變成了簡單模仿就可以完成的手工操作（李學(xué)書，2019;Cervetti et al.，2012），變成了沒有探究性的戶外活動（唐小為等，2014;趙興龍等，2016）。因此，必須尋找一條科學(xué)路徑，診斷問題解決過程的關(guān)鍵障礙，并對其進行對癥干預(yù)。

學(xué)習(xí)進階（Learning Progressions）秉承螺旋式進階理念，具有進階目標(biāo)明確化、進階過程協(xié)調(diào)化以及進階評估可視化等實踐內(nèi)核，為STEM問題解決能力培養(yǎng)打開了新視野。其一，學(xué)習(xí)進階立足學(xué)生先驗水平，其由淺入深的能力目標(biāo)，符合問題解決“由簡到難”的生長原理（Parker et al.，2013）。其二，學(xué)習(xí)進階基于最近發(fā)展區(qū)，能夠可視化表征能力進階的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，并診斷能力進階的關(guān)鍵障礙（National Research Council，2013）。其三，學(xué)習(xí)進階采用可驗證方式，能為問題解決的過程性評測提供證據(jù)（Alonzo et al.，2012）。Huynh等（2014）的研究表明，學(xué)習(xí)進階系統(tǒng)連貫的知識主軸、面向?qū)W生最近發(fā)展區(qū)的進階梯度以及可視化教學(xué)評價能夠提升教育成效。另有研究表明，通過持續(xù)激發(fā)認(rèn)知與思維結(jié)構(gòu)，能夠促進問題解決能力的形成（Duncan et al.，2013）?；诖?，研究依托學(xué)習(xí)進階框架，遵循“模式要素設(shè)計→進階維度抽取→成就水平劃分→學(xué)業(yè)期望表現(xiàn)→評估與策略支持”等流程，構(gòu)建具有可操作性的進階式STEM教育模式，并采用量化和質(zhì)性相結(jié)合的混合研究方法，結(jié)合實證案例闡釋設(shè)計模式的應(yīng)用過程與實踐效果，以期為STEM教育實踐提供參照路徑。

二、理論基礎(chǔ)

模式是對穩(wěn)定要素結(jié)構(gòu)及其動態(tài)活動過程的程序式描述（鐘志賢，2005）。因此，構(gòu)建進階式STEM教學(xué)模式時，需綜合考慮模式設(shè)計的整體架構(gòu)、應(yīng)用情境、動態(tài)化進階軌跡與評估等影響因素?；诖?，研究遵循“整體—局部”設(shè)計思路，通過學(xué)習(xí)進階理論、認(rèn)知發(fā)展理論以及SOLO分類理論，進一步闡釋該教學(xué)模式建構(gòu)的基本原理及其對問題解決能力發(fā)展的作用機理。

1.學(xué)習(xí)進階理論

學(xué)習(xí)進階是圍繞知識與技能、過程與方法、情感態(tài)度與價值觀等變化歷程，開展系列由簡到繁的進階活動，包括進階起點與終點、進階維度、成就水平、學(xué)業(yè)表現(xiàn)以及評價5個環(huán)節(jié)（Corcoran et al.，2009）。姚建欣等（2014）從本質(zhì)論出發(fā)，認(rèn)為學(xué)習(xí)進階能夠刻畫學(xué)習(xí)進程中特定心理結(jié)構(gòu)的變化水平。郭玉英等（2013）從方法論出發(fā)，通過關(guān)鍵錨點構(gòu)建了科學(xué)概念體系的進階模型。王磊等（2014）從過程論出發(fā)，強調(diào)學(xué)習(xí)進階是貫通的連續(xù)統(tǒng)，通過螺旋式探究或推理過程，能夠加深學(xué)生對問題解決的理解。Duncan等（2009）從結(jié)果論出發(fā)，通過可視化的進階軌跡，建構(gòu)了學(xué)生有效解決問題的認(rèn)知圖式。

學(xué)習(xí)進階在激發(fā)學(xué)生探究意識和思維進階等方面的貢獻，為顯化STEM問題解決能力發(fā)展的“黑箱”提供了有利條件。具體而言，該理論范式具有如下優(yōu)勢：一是能力目標(biāo)進階化。目標(biāo)設(shè)定以學(xué)生能力進階為基準(zhǔn)，通過刻畫學(xué)生能力發(fā)展軌跡，科學(xué)判斷其進階歷程的關(guān)鍵障礙，以此為證據(jù)及時調(diào)整進階目標(biāo)，同時借助進階策略和進階工具支持，探尋學(xué)生問題解決能力提升的內(nèi)在規(guī)律與進階路徑。二是干預(yù)過程進階化。學(xué)習(xí)進階范式下的活動組織，尤其關(guān)注認(rèn)知圖式的連續(xù)性遷移，且每一個步驟都有進階診斷環(huán)節(jié)，通過漸進式探究和持續(xù)強化過程，刺激思維認(rèn)知的關(guān)聯(lián)性轉(zhuǎn)換以及知識應(yīng)用的深度理解，讓學(xué)生體驗?zāi)芰M階的真實過程。三是能力評估進階化。通過可視化學(xué)生“低階→高階”中間“凌亂區(qū)”的發(fā)展軌跡，評估學(xué)生在每一個活動組織結(jié)束后的能力進階水平?？傊?，學(xué)習(xí)進階理論充分尊重學(xué)生思維結(jié)構(gòu)與認(rèn)知特性的發(fā)展規(guī)律，能夠最大程度地刺激復(fù)雜技能習(xí)得，且具備成熟完備的理論框架與實踐流程，能為STEM教育模式設(shè)計提供架構(gòu)支撐。

2.認(rèn)知發(fā)展理論

皮亞杰基于個體感知、記憶、思維、想象等方面的特質(zhì)，將認(rèn)知發(fā)展理論分為感知運動（0～2歲）、前運算（2～7歲）、具體運算（7～12歲）以及形式運算（12～15歲）5個階段（讓·皮亞杰，1981）。每一階段都具有承接前一階段已有圖式且發(fā)展下一階段新圖式的作用?？偟膩碚f，通過同化、順應(yīng)和平衡等感知覺經(jīng)驗，能夠幫助學(xué)生建構(gòu)問題解決能力進階的動態(tài)軌跡。

在認(rèn)知發(fā)展領(lǐng)域中，維果斯基指出應(yīng)針對不同水平的學(xué)生給予差異化教學(xué)指引，例如，通過最近發(fā)展區(qū)循序漸進地內(nèi)化學(xué)生的認(rèn)知結(jié)構(gòu)序列。奧蘇貝爾也強調(diào)，可通過豐富、弱修正以及強修正的腳手架來激活認(rèn)知圖式的意義建構(gòu)。例如，Valdivia等（2018）針對47名職前教師寫作過程中存在的創(chuàng)新不足、語言表述不流暢等問題，開展了符合個體認(rèn)知發(fā)展的專項訓(xùn)練，最終提高了教師寫作的邏輯結(jié)構(gòu)和語言表達等。Jin等（2019）圍繞認(rèn)知規(guī)律刻畫了學(xué)生特定心理結(jié)構(gòu)的變化過程，并通過外部干預(yù)事件激發(fā)了學(xué)生認(rèn)知圖式的意義建構(gòu)。綜上，基于認(rèn)知發(fā)展理論“平衡→不平衡→平衡”的作用機理，能夠為進階式STEM教育模式應(yīng)用的具體情境，以及進階式教學(xué)策略與工具選擇提供理論依據(jù)。

3.SOLO分類理論

SOLO（Structure of the Observed Learning Outcome）分類框架用以評估個體問題解決過程中的思維水平，包括前結(jié)構(gòu)、單點結(jié)構(gòu)、多點結(jié)構(gòu)、關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)以及抽象擴展結(jié)構(gòu)5種水平（Biggs et al.，1982）。其中，前結(jié)構(gòu)水平是指學(xué)生未能理解問題，只能給出邏輯混亂或毫無依據(jù)的答案，處于“無學(xué)習(xí)”狀態(tài)。單點結(jié)構(gòu)水平是指學(xué)生僅能初步理解概念或素材，僅能給出問題解決的單一思路或?qū)栴}進行機械性陳述。多點結(jié)構(gòu)水平是指學(xué)生雖能找到問題解決的多種思路，但無法將其進行系統(tǒng)整合，僅能做出孤立或分散的判斷和陳述。關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)水平是指學(xué)生通過關(guān)聯(lián)相似情境的多個具體問題，能夠完成同一學(xué)科領(lǐng)域或知識體系的問題解決。抽象擴展結(jié)構(gòu)水平是指學(xué)生能夠綜合應(yīng)用跨學(xué)科知識體系，通過歸納、演繹與推理等過程，解決跨學(xué)科問題或劣構(gòu)問題。

SOLO分類框架圍繞開放式問題，通過“點→線→面→體→系統(tǒng)”的方式觀察學(xué)生問題解決能力進階的動態(tài)軌跡，并針對關(guān)鍵障礙及時對癥干預(yù)。例如，有研究通過結(jié)構(gòu)化體系評估學(xué)生STEM問題解決能力水平（Parker et al.，2013）;依據(jù)階段性表現(xiàn)合理選擇教學(xué)策略、協(xié)調(diào)組織教學(xué)進程等（Songer et al.，2009）?？傮w上，SOLO分類框架通過可視化問題解決的思維結(jié)構(gòu)，為觀察STEM問題解決能力的進階軌跡和階段性評估提供了科學(xué)證據(jù)。

三、基于學(xué)習(xí)進階的STEM教育模式構(gòu)建

1.模式構(gòu)建依據(jù)

學(xué)習(xí)進階具有面向問題解決的高階認(rèn)知目標(biāo)、思維軌跡的螺旋式發(fā)展歷程以及認(rèn)知圖式的自主建構(gòu)等典型特征，這在本質(zhì)上與STEM問題解決能力的培養(yǎng)目標(biāo)、跨學(xué)科過程和教育實踐結(jié)果高度契合。

第一，學(xué)習(xí)進階強調(diào)能力子目標(biāo)的實現(xiàn)，符合能力進階的變化規(guī)律。具體來看，學(xué)習(xí)進階強調(diào)漸進式發(fā)展機理，這從根源上與STEM問題解決目標(biāo)的內(nèi)核相契合。同時，需設(shè)定多個中間錨點助力目標(biāo)的實現(xiàn)，可借鑒《下一代科學(xué)標(biāo)準(zhǔn)》的活動單元主題（National Research Council，2013）。另外，進階目標(biāo)作為連接思維軌跡與課堂實踐的橋梁，通過評估學(xué)生STEM問題解決的目標(biāo)進階障礙，可為干預(yù)目標(biāo)設(shè)定提供科學(xué)證據(jù)（Alonzo et al.，2012）。

第二，學(xué)習(xí)進階關(guān)注思維結(jié)構(gòu)的螺旋式發(fā)展，支持STEM問題解決的復(fù)雜過程。宏觀上，可從進階起點、進階終點、進階維度、成就水平、學(xué)業(yè)表現(xiàn)以及評價等方面組織STEM教學(xué)進程。微觀上，可結(jié)合學(xué)生特質(zhì)和認(rèn)知發(fā)展規(guī)律，設(shè)定關(guān)鍵進階錨點，充分順應(yīng)學(xué)生能力發(fā)展的進階規(guī)律。在此意義上，通過追蹤學(xué)生STEM問題解決過程的關(guān)鍵障礙，借助合理的進階策略與工具支持，能夠促進學(xué)生STEM問題解決能力的形成。

第三，關(guān)注認(rèn)知圖式的自主建構(gòu)，支持STEM問題解決的有效性?；谥虚g“凌亂區(qū)”的進階表現(xiàn)與成就水平，可建構(gòu)符合STEM問題解決軌跡的認(rèn)知圖式。同時，圍繞真實情境的進階式過程，能完善STEM問題解決歷程，持續(xù)激發(fā)學(xué)生思維結(jié)構(gòu)與認(rèn)知水平的理性蛻變。另外，STEM問題解決是一個循序漸進的過程，通過合理的進階策略支持，才可持續(xù)幫助學(xué)生建構(gòu)復(fù)雜問題解決圖式。正如Battista（2011）所強調(diào)指出，合適的進階策略是促進學(xué)生認(rèn)知圖式有效遷移的堅實基礎(chǔ)。

2.模式構(gòu)建過程

研究基于“整體設(shè)計→局部細化”的設(shè)計思路，遵循“模式要素設(shè)計→進階維度抽取→成就水平劃分→學(xué)業(yè)期望表現(xiàn)→評估與策略支持”等流程來構(gòu)建進階式STEM教育模式，如圖1所示。在此需要強調(diào)三點：一是“階”的目標(biāo)指向，即“高階”與“低階”是認(rèn)知思維結(jié)構(gòu)的差異，處于“高階”水平的學(xué)生更具復(fù)雜技能習(xí)得的潛力。二是“階”的過程可測，即參照成就水平框架，評估學(xué)生的進階水平，并選擇合適的進階策略幫助學(xué)生實現(xiàn)進階蛻變。三是“階”的結(jié)果有效，即它不同于“是與非”或“學(xué)會與沒學(xué)會”等“一刀切”的結(jié)果表征，而是通過刻畫“凌亂區(qū)”的變化軌跡，來系統(tǒng)評估學(xué)生STEM問題解決能力的發(fā)展歷程。

（1）模式要素設(shè)計

過程要素設(shè)計。參照學(xué)習(xí)進階理論框架，同時鑒于學(xué)生進階起點不同，將進階式STEM教育的過程要素設(shè)計為進階終點、進階維度、成就水平、學(xué)業(yè)表現(xiàn)以及評價等，各個要素之間相輔相成、緊密關(guān)聯(lián)。其中，進階活動依據(jù)學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展規(guī)律，重點針對進階起點到終點之間的“凌亂區(qū)”進行設(shè)計。此外，明確進階歷程中學(xué)生的先驗水平以及迷思概念集，也能為預(yù)判學(xué)生的進階起點、選擇合理的進階策略與工具等提供依據(jù)。

整合資源保障。要實現(xiàn)進階方式的根本轉(zhuǎn)變，則需要整合性STEM教育資源作為保障。換言之，如何有機整合分學(xué)科的知識體系，滿足跨學(xué)科實踐要求，是推進STEM教育健康發(fā)展的前提條件。實質(zhì)上，知識整合是一個“動靜結(jié)合”的融合過程，不僅關(guān)注知識元素的靜態(tài)統(tǒng)整，更強調(diào)知識圖譜的動態(tài)軌跡。因此，整合性STEM教育資源需要統(tǒng)攝各學(xué)科內(nèi)容的表征結(jié)構(gòu)、聯(lián)結(jié)路徑以及作用規(guī)律等。具體而言，可借鑒加拿大安大略省科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)中提出的“共通概念”模型（The Ministry of Education，2007），通過描述各學(xué)科最基本、穩(wěn)定且可跨越學(xué)科界限的概念結(jié)構(gòu)，構(gòu)建跨學(xué)科內(nèi)容的主體結(jié)構(gòu)，并在各維度上通過對各學(xué)科“核心概念”進行擴充和互聯(lián)，從而實現(xiàn)對跨越不同學(xué)科知識體系的表征和組織。

（2）進階維度抽取

STEM問題解決能力是學(xué)生高階思維具象的產(chǎn)物，處于不同階段的學(xué)生，其能力發(fā)展亦呈現(xiàn)出差異化特征。依據(jù)STEM問題解決能力的結(jié)構(gòu)特質(zhì)，抽取出三個進階維度，即面對STEM問題的態(tài)度、處理STEM問題的過程以及解決STEM問題的結(jié)果。三個進階維度相輔相成，共同決定了STEM問題解決的能力水平。

（3）成就水平劃分

成就水平劃分包括進階變量確立和預(yù)設(shè)水平劃分兩個環(huán)節(jié)。需要強調(diào)的是，設(shè)計子任務(wù)時，應(yīng)注意能力進階障礙，及時反饋進階過程的成就水平，并提供合理的進階工具支持。

進階變量確立。該環(huán)節(jié)需要注意兩點：一是進階變量能否表征STEM問題解決的進階軌跡，二是不同維度的進階變量是否清晰明確。基于此，研究參照SOLO分類框架，將進階變量設(shè)計為前結(jié)構(gòu)、單點結(jié)構(gòu)、多點結(jié)構(gòu)、關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)以及抽象擴展結(jié)構(gòu)5類，以綜合刻畫學(xué)生STEM問題解決能力的發(fā)展樣態(tài)。

預(yù)設(shè)水平劃分。參照Gotwals等（2013）提出的進階框架，研究將STEM問題解決的成就水平劃分為5個層次。其中，水平1表示學(xué)生解決復(fù)雜問題的學(xué)習(xí)機制并未發(fā)生，處于“無學(xué)習(xí)”狀態(tài)。水平2表示學(xué)生并未調(diào)動跨學(xué)科解決問題的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，處于“淺層學(xué)習(xí)”狀態(tài)。水平3表示學(xué)生雖能運用多個孤立知識解決問題，但還未形成復(fù)雜認(rèn)知結(jié)構(gòu)，處于“淺層學(xué)習(xí)”狀態(tài)。水平4表示學(xué)生能夠運用復(fù)合性思維，解決跨學(xué)科STEM問題，處于“深度學(xué)習(xí)”狀態(tài)。水平5表示學(xué)生通過高階認(rèn)知的有效遷移，能夠創(chuàng)造性地解決STEM問題，處于“深度學(xué)習(xí)”狀態(tài)。

（4）學(xué)業(yè)期望表現(xiàn)

學(xué)業(yè)期望表現(xiàn)是基于前結(jié)構(gòu)、單點結(jié)構(gòu)、多點結(jié)構(gòu)、關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)以及抽象擴展結(jié)構(gòu)等進階變量，表征學(xué)生在面對STEM問題的態(tài)度、處理STEM問題的過程、解決STEM問題的結(jié)果等維度的具體表現(xiàn)，如表1所示。需要強調(diào)的是，設(shè)計學(xué)業(yè)期望表現(xiàn)時，應(yīng)采用“整體+局部”的思路，既需整體評價學(xué)生的學(xué)業(yè)表現(xiàn)，又需反思學(xué)生的具體實踐表現(xiàn)。同時，為促進學(xué)業(yè)期望的實現(xiàn)，應(yīng)注意如下三點：一是規(guī)劃教學(xué)時長，提前做好時間規(guī)劃，尤其是小組合作環(huán)節(jié)應(yīng)提前明確時間規(guī)約，以提高活動實施效率。二是提前做好延期準(zhǔn)備，額外預(yù)留1/4～1/5的時間用于調(diào)整活動節(jié)奏或應(yīng)對突發(fā)事件。三是加強“伙伴機制”認(rèn)同感，建立小組交流協(xié)作機制，以提高小組成員之間的默契。

（5）評估與策略支持

評估進階水平。圍繞學(xué)生STEM活動各維度的進階表現(xiàn)，系統(tǒng)評估其能力水平。具體而言，即運用學(xué)業(yè)期望表現(xiàn)框架分析學(xué)生的外顯行為，同時結(jié)合成就水平表征評估學(xué)生的進階水平。另外，還需及時給予學(xué)生進階反饋，激發(fā)其進階動機，積極調(diào)動“有效反思”的發(fā)生。

進階策略支持。進階策略與工具設(shè)計的思路如下：第一，根據(jù)認(rèn)知發(fā)展理論以及各進階水平的核心特質(zhì)，確定進階歷程的關(guān)鍵障礙，探索各水平蛻變的觸發(fā)點。第二，充分考慮進階發(fā)生的關(guān)鍵錨點，結(jié)合教育情境或應(yīng)用范疇等，具象進階策略與工具支持?；诖?，研究遵循“同化、順應(yīng)、平衡”原則，尋找支持中間“凌亂區(qū)”進階發(fā)生的有效措施，最終確定了針對“情境”“協(xié)作”“會話”“意義建構(gòu)”等的12類進階策略和10種進階工具。

3.模式實施的關(guān)鍵要點

（1）整合學(xué)科知識的核心概念

進階式STEM教育實踐的有效發(fā)生，是建立在整合性STEM教育資源的基礎(chǔ)之上，因而要依賴于分學(xué)科核心概念的統(tǒng)整。如何提煉各學(xué)科的核心概念？如何通過核心概念引導(dǎo)各學(xué)科知識的有機關(guān)聯(lián)，進而形成整合性的知識域？這需要充分考量知識的生成路徑及融合機理，沿循“抽取學(xué)科核心概念→整合跨學(xué)科概念集合→概念可視化表征→重構(gòu)跨學(xué)科知識單元→規(guī)劃內(nèi)容組織”的資源整合路徑，指引STEM教育內(nèi)容的設(shè)計與實施。

（2）理解進階發(fā)生的關(guān)鍵錨點

應(yīng)用進階式STEM教育模式時，需關(guān)聯(lián)表征學(xué)業(yè)期望與成就水平的進階障礙，系統(tǒng)評估學(xué)生在面對STEM問題的態(tài)度、處理STEM問題的過程以及解決STEM問題的結(jié)果等維度的進階水平。在此過程中，通過考察學(xué)生前結(jié)構(gòu)、單點結(jié)構(gòu)、多點結(jié)構(gòu)、關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)以及抽象擴展結(jié)構(gòu)的進階變化歷程，可以確定學(xué)生能力發(fā)展的關(guān)鍵障礙，從而為后續(xù)科學(xué)干預(yù)提供依據(jù)。例如，Alonzo等（2009）通過匯聚學(xué)習(xí)風(fēng)格、認(rèn)知規(guī)律等多模態(tài)數(shù)據(jù)，開發(fā)了符合個體認(rèn)知結(jié)構(gòu)的學(xué)習(xí)進階模型。Briggs等（2015）采用學(xué)習(xí)進階的垂直量尺設(shè)計，將不同能力測驗轉(zhuǎn)換到同一分?jǐn)?shù)量尺上，有效刻畫了學(xué)生能力發(fā)展的軌跡。

（3）合理選擇進階策略與工具

在選擇進階策略和支持工具時，需要關(guān)注如下幾點：一是進階目標(biāo)明確化，需綜合考量各維度進階子目標(biāo)的實現(xiàn)條件，以此為依據(jù)選擇合適的進階策略與工具。二是進階過程協(xié)調(diào)化，需充分保障子任務(wù)在進階維度、成就水平、學(xué)業(yè)期望表現(xiàn)、評估等方面的內(nèi)在一致性。例如，Larsen等（2018）充分考量學(xué)生各維度的行為表現(xiàn)，遵循發(fā)展性、層次性、多元性、可靠性等原則，開發(fā)了小學(xué)地理學(xué)習(xí)進階評測系統(tǒng)。三是進階評估可視化，需借助學(xué)業(yè)期望表現(xiàn)以及成就水平框架，及時診斷學(xué)生能力進階障礙，進而提供針對性的教學(xué)指引和工具支持。

（4）關(guān)注進階圖式的有效遷移

進階圖式的有效遷移決定了STEM教育的實踐成效。因此，需充分把握學(xué)生原有認(rèn)知或先驗水平，借助豐富的學(xué)習(xí)場域和適切的教育指引，激活問題解決的認(rèn)知圖式。正如León等（2015）所強調(diào)，STEM跨學(xué)科技能習(xí)得依賴于進階圖式的有效遷移，通過鋪設(shè)進階式成長橋梁，能夠構(gòu)建符合個體特質(zhì)的認(rèn)知地圖。Chen等（2017）的研究表明，持續(xù)刺激進階圖式的有效遷移，能夠有效緩解學(xué)生的倦怠感與焦慮情緒。總之，關(guān)注認(rèn)知結(jié)構(gòu)的連續(xù)統(tǒng)和動態(tài)發(fā)展，能夠從本源上構(gòu)建認(rèn)知結(jié)構(gòu)或問題解決的“連通器”。

四、基于學(xué)習(xí)進階的STEM教育實踐應(yīng)用

1.研究工具

研究采用量化和質(zhì)性相結(jié)合的混合研究方法，分別從面對STEM問題的態(tài)度、處理STEM問題的過程以及解決STEM問題的結(jié)果等維度驗證進階式STEM教育模式的有效性。

（1）STEM問題解決態(tài)度問卷設(shè)計

參照Heppner等（1982）的問題解決態(tài)度量表，從自信心、趨向—規(guī)避風(fēng)格、個體控制等維度測量學(xué)生解決STEM問題的態(tài)度。經(jīng)分析，整體問卷的Cronbach’s α值為0.941，每個子維度的Cronbach’s α值分別為0.860、0.851和0.839。綜上，每個子維度的信度系數(shù)均在0.8以上，說明問卷結(jié)構(gòu)的內(nèi)部一致性較好，測量結(jié)果可信且具有較強的解釋力。

（2）STEM問題解決過程觀察表及編碼系統(tǒng)

研究采用定性觀察和定量分析兩種手段收集過程性數(shù)據(jù)。其中，定性觀察參照Smith等（2013）的STEM課堂觀察協(xié)議，從教師、學(xué)生、師生互動和學(xué)習(xí)環(huán)境等維度記錄學(xué)生的過程性表現(xiàn)。定量觀察采用SOLO編碼系統(tǒng)分析課堂實錄視頻，從理解問題、表征問題、尋求方案、解決問題、評價反思等方面評定學(xué)生的進階水平。

（3）STEM問題解決結(jié)果測試題及作品評價矩陣

研究采用STEM問題解決能力測試題目和STEM作品評價矩陣等工具，評估了兩個班級學(xué)生解決STEM問題的結(jié)果。其中，測試題目選取PISA 2003量表中的10道題目，并將其總分值轉(zhuǎn)換為百分制。經(jīng)分析，該測驗題目所構(gòu)成問卷的Cronbach’s α值為0.881，KMO值為0.836，Bartlett’s球形檢驗χ2值為341.373（df=45），且達到0.05顯著水平，說明測驗題目的信效度良好，能夠有效測量學(xué)生的STEM問題解決能力。作品評價矩陣參照STEM作品大賽評分基準(zhǔn)，主要從創(chuàng)新性、完整性、價值性、科學(xué)性和藝術(shù)性等維度進行評估。

（4）訪談提綱框架

教師訪談框架設(shè)計遵循“基本認(rèn)知→現(xiàn)實問題→改進方向”的思路，訪談內(nèi)容包括評估學(xué)生STEM問題解決的能力水平、面臨的障礙以及未來教學(xué)方向等。學(xué)生訪談框架主要涉及面對STEM問題的態(tài)度、處理STEM問題的困難與方法、成功解決STEM問題的關(guān)鍵、STEM評價方式、STEM學(xué)習(xí)收獲以及STEM教學(xué)建議等內(nèi)容。

2.實驗設(shè)計

研究采取準(zhǔn)實驗研究方法，驗證基于學(xué)習(xí)進階的STEM教育實踐效果。其中，實驗對象為某中學(xué)七年級學(xué)生（實驗班43人，對照班46人），教學(xué)實驗內(nèi)容以“智能行李箱”為例。同時，為最大程度保證準(zhǔn)實驗研究過程的內(nèi)在效度，從教師、學(xué)生、教學(xué)內(nèi)容和時長等方面進行干擾變量控制。授課教師方面，確保實驗班和對照班為同一人。授課對象方面，開展STEM教育前，通過STEM問題解決態(tài)度問卷（p=0.766>0.05）、STEM問題解決測試題目（p=0.943>0.05）驗證了兩個班級學(xué)生的STEM問題解決能力處于同質(zhì)水平。授課內(nèi)容和教學(xué)時長方面，實驗班和對照班嚴(yán)格保持一致。

整個實驗流程包括前測、活動實施和后測三個階段（如圖2所示）。其中，前測主要通過STEM問題解決態(tài)度問卷和STEM問題解決測試題目來檢驗學(xué)生是否屬于同質(zhì)水平。活動進程中，較之對照班，實驗班融入進階式教育理念組織教學(xué)活動。學(xué)習(xí)資源和工具支持方面，兩個班級保持一致，如表2所示?；顒咏Y(jié)束后，分別從面對STEM問題的態(tài)度、處理STEM問題的過程以及解決STEM問題的結(jié)果等維度驗證實踐效果，數(shù)據(jù)采集方式如表3所示。

3.實施過程

實驗班采用進階式STEM教育模式組織活動，具體實踐過程如圖3所示。第一，依據(jù)進階起點，確定進階路線。綜合分析學(xué)生認(rèn)知結(jié)構(gòu)水平、知識豐富度以及行為表現(xiàn)等，發(fā)現(xiàn)學(xué)生雖能運用多個相關(guān)知識點解決STEM問題，但尚不具備跨學(xué)科素養(yǎng)，即成就水平處于多點結(jié)構(gòu)狀態(tài)，據(jù)此設(shè)定進階路線：多點結(jié)構(gòu)水平→關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)水平→抽象擴展結(jié)構(gòu)水平。第二，依據(jù)進階終點，確定總目標(biāo)與子目標(biāo)。具體為：理解并掌握技術(shù)特征及功能→利用智能技術(shù)優(yōu)化行李箱功能→完成智能行李箱作品設(shè)計。第三，依據(jù)進階子目標(biāo)，確定評價子目標(biāo)。通過完成進階子任務(wù)，逐漸培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散思維、關(guān)聯(lián)認(rèn)知能力以及問題解決能力。第四，開展進階活動，基本流程為：合作探究→模型歸納→作品設(shè)計。

對照班STEM活動實施流程為：第一，基于學(xué)生的先驗認(rèn)知水平，確定STEM教學(xué)總目標(biāo)以及科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)等維度子目標(biāo)。第二，圍繞STEM活動子目標(biāo)，基于“理解問題→表征問題→尋求方案→解決問題→評價反思”流程開展實踐活動。整個教學(xué)流程中，教師及時提供反饋，指引學(xué)生運用跨學(xué)科知識解決STEM問題。

4.效果分析

（1）STEM問題解決態(tài)度數(shù)據(jù)分析

實驗結(jié)果表明，實驗班學(xué)生面對STEM問題的態(tài)度更為積極（t=3.733），且實驗班和對照班具有顯著性差異（p=0.000<0.05）。其中，自信心維度上，兩個班級學(xué)生具有顯著性差異（p=0.026<0.05），且實驗班學(xué)生面對STEM問題的自信心明顯高于對照班學(xué)生（t=2.272）。趨向—規(guī)避風(fēng)格維度上，兩個班級學(xué)生具有顯著性差異（p=0.017<0.05），且實驗班學(xué)生積極心理傾向明顯優(yōu)于對照班學(xué)生（t=2.425）。個體控制維度上，兩個班級學(xué)生具有顯著性差異（p=0.001<0.05），且實驗班學(xué)生的控制水平明顯高于對照班學(xué)生（t=3.540）。

（2）STEM問題解決過程數(shù)據(jù)分析

實驗結(jié)果表明（見圖4），實驗班學(xué)生STEM問題解決過程明顯優(yōu)于對照班情況，主要聚焦于成就水平4（26人），而在成就水平3和成就水平5上的人數(shù)較少，分別為9人和8人。對照班學(xué)生則主要聚焦于水平3（21人），且在成就水平1和成就水平2上的人數(shù)也較多，分別為5人和7人。同時，線性預(yù)測結(jié)果表明，實驗班學(xué)生解決問題的進階水平將呈現(xiàn)上升趨勢，而對照班則呈現(xiàn)平緩趨勢。

研究采用SOLO編碼系統(tǒng)來分析學(xué)生問題解決過程的進階水平。首先，研究者和授課教師獨立對30個樣本進行預(yù)編碼，一致性系數(shù)達到0.9，滿足統(tǒng)計學(xué)要求的編碼一致性系數(shù)0.7（Fleiss et al.，2003）。然后，研究者使用Nvivo軟件，對STEM教學(xué)視頻進行每隔2分鐘為節(jié)點的編碼分析，節(jié)點編碼結(jié)果如表4所示。

由表4數(shù)據(jù)可知，實驗班學(xué)生在解決STEM問題的過程中，進階節(jié)點的多點結(jié)構(gòu)和抽象擴展結(jié)構(gòu)高于對照班。就實驗班而言，思維水平的進階變化呈現(xiàn)上升趨勢，多點結(jié)構(gòu)、關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)以及抽象擴展結(jié)構(gòu)總體逐漸增多，前結(jié)構(gòu)和單點結(jié)構(gòu)的節(jié)點數(shù)總體逐漸減少，即學(xué)生解決STEM問題的過程性能力逐漸提升。就對照班而言，各階段學(xué)生的進階水平雖呈現(xiàn)上升趨勢，但尚未出現(xiàn)抽象擴展結(jié)構(gòu)這類進階節(jié)點。

（3）STEM問題解決結(jié)果數(shù)據(jù)分析

實驗結(jié)果表明，實驗班和對照班學(xué)生的測試成績均值分別為72.67分和69.57分。另外，STEM作品評價矩陣結(jié)果表明，作品創(chuàng)新性維度上，實驗班學(xué)生得分均值（Mean=2.43）高于對照班學(xué)生（Mean=2.00）。作品完整性維度上，實驗班學(xué)生得分均值（Mean=3.00）高于對照班學(xué)生（Mean=2.57）。作品價值性維度上，實驗班學(xué)生得分均值（Mean=2.29）略微高于對照班學(xué)生（Mean=2.00）。作品科學(xué)性維度上，實驗班學(xué)生得分均值與對照班學(xué)生相當(dāng)（Mean=2.29）。作品藝術(shù)性維度上，實驗班學(xué)生得分均值（Mean=2.14）略微高于對照班學(xué)生（Mean=2.00）?？梢园l(fā)現(xiàn)，實驗班學(xué)生在作品創(chuàng)新性和完整性方面表現(xiàn)較好，更具創(chuàng)新解決復(fù)雜問題的潛力。

（4）訪談結(jié)果數(shù)據(jù)分析

準(zhǔn)實驗結(jié)束后，分別對8名學(xué)生（實驗班4人，對照班4人）和授課教師進行訪談，采用Nvivo軟件對訪談內(nèi)容進行類屬分析。

結(jié)果表明，實驗班學(xué)生解決STEM問題的自信心、學(xué)習(xí)效果體驗等優(yōu)于對照班學(xué)生。同時，實驗班學(xué)生一致認(rèn)為，進階式任務(wù)能夠指引他們解決復(fù)雜問題，希望繼續(xù)參與進階式STEM活動。授課教師也強調(diào)，通過診斷學(xué)生問題解決的關(guān)鍵障礙，依據(jù)合適的進階策略與工具支持，能夠循序漸進地提升學(xué)生的STEM問題解決能力。另外，授課教師已掌握了進階式STEM教育應(yīng)用的實踐流程，能夠靈活應(yīng)對不確定性問題。

5.結(jié)果討論

研究通過解構(gòu)學(xué)習(xí)進階理論框架，發(fā)現(xiàn)其進階目標(biāo)、進階維度、成就水平、學(xué)業(yè)期望表現(xiàn)以及評價等與STEM問題解決能力的發(fā)展規(guī)律相契合。同時，借助進階目標(biāo)多維化、進階過程協(xié)調(diào)化、進階結(jié)果可視化等優(yōu)勢，確實提升了學(xué)生的STEM問題解決能力。

（1）進階式STEM教育對問題解決態(tài)度的影響

進階式STEM教育實踐能夠激發(fā)學(xué)生解決問題的自信心。這是因為，學(xué)習(xí)進階關(guān)注學(xué)生在問題解決進程中的認(rèn)知心理與情感體驗，其輕松愉悅、靈活自由的進階式任務(wù)，有助于喚醒學(xué)生解決問題的積極信念或正向意識（Putra et al.，2018）。同時，進階式STEM教育實踐圍繞某一主題逐級增加活動難度，其進階式情境組織可以持續(xù)激發(fā)學(xué)生的好奇心（Alonzo et al.，2009）。此外，學(xué)習(xí)進階通過系列認(rèn)知序列，努力塑造學(xué)生的主動人格與積極心理，使其在合理的教學(xué)指引和幫扶下解決復(fù)雜問題（National Research Council，2007）。

（2）進階式STEM教育對問題解決過程的影響

進階式STEM教育實踐能夠顯著提高學(xué)生問題解決的過程性能力?？赡艿脑蚴?，無論是良構(gòu)性問題還是非良構(gòu)性問題，問題解決都依賴于原有認(rèn)知圖式的激活或高階規(guī)則的重組。正如Schwarz等（2009）所強調(diào)，進階式教育實踐能夠顯化學(xué)生解決復(fù)雜問題的變化軌跡，通過豐富的進階策略與工具支持，能夠消除個體所處情境與目標(biāo)狀態(tài)間的差距，從而提升學(xué)生應(yīng)對關(guān)鍵障礙的抗逆力。這提醒我們，依據(jù)學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展階梯，設(shè)計循序漸進的任務(wù)地圖，是學(xué)習(xí)進階有效融入教育實踐的關(guān)鍵（Bamberger et al.，2013）。

（3）進階式STEM教育對問題解決結(jié)果的影響

進階式STEM教育實踐能夠促進學(xué)生創(chuàng)造性地完成復(fù)雜任務(wù)設(shè)計。這一發(fā)現(xiàn)與Talanquer（2009）的研究結(jié)論相吻合。學(xué)習(xí)進階作為有效表征思維軌跡的方法，通過對能力進階障礙進行可視化表征，能夠為教學(xué)干預(yù)提供科學(xué)依據(jù)。同時，通過顯化問題解決歷程的認(rèn)知黑洞或模糊性操作，借助合理的進階策略與工具支持，能夠幫助學(xué)生掌控復(fù)雜問題解決的進程，進而完成高階圖式的意義建構(gòu)（Berland et al.，2010）。

五、研究啟示與展望

進階式STEM教育實踐圍繞學(xué)生的能力起點和探究過程，透析能力進階的關(guān)鍵障礙，同時采用合適的進階策略和工具支持，提升了學(xué)生的問題解決能力。為積極推進該模式的教學(xué)應(yīng)用，提出如下建議：

1.明確進階起點與終點，科學(xué)設(shè)定STEM教學(xué)目標(biāo)

進階起點是學(xué)生已具備的先驗水平，通常決定了活動組織的目標(biāo)設(shè)定。審視目前STEM教育實踐，尤其強調(diào)活動目標(biāo)的跨學(xué)科、趣味性和協(xié)作性等要素，反而忽視了學(xué)生原本的能力起點。一旦活動序列與學(xué)生能力發(fā)展的軌跡錯位或相悖時，學(xué)生的內(nèi)在動機將會被明顯削弱（Black et al.，2011）。另有研究表明，教學(xué)目標(biāo)過高或過低時，也會造成學(xué)生不同程度的認(rèn)知障礙，進而降低其學(xué)習(xí)的自信心與效率（Alonzo et al.，2019）。

因此，開展STEM教育實踐時，必須明確學(xué)生的進階起點與終點，以此為證據(jù)科學(xué)設(shè)定STEM教學(xué)目標(biāo)。Hrepic等（2010）提出的心智模型在學(xué)習(xí)支持系統(tǒng)、動力系統(tǒng)以及調(diào)控系統(tǒng)等方面的貢獻，為設(shè)定進階式STEM教學(xué)目標(biāo)提供了相關(guān)證據(jù)。例如，系統(tǒng)考量學(xué)習(xí)支持系統(tǒng)的內(nèi)部和外部因素，關(guān)注“學(xué)習(xí)—制作—創(chuàng)造”等各個階段的情境、腳手架及資源等，以及學(xué)生感知或探究過程的具體表現(xiàn)，從而綜合評判學(xué)生的進階起點與終點。又如，設(shè)定進階式目標(biāo)時，應(yīng)重視前導(dǎo)性材料或工具支持，由于中小學(xué)生尚未具備良好的抽象思維能力，因此設(shè)定進階目標(biāo)時需充分考量進階動力扶持，幫助學(xué)生建構(gòu)順應(yīng)或適應(yīng)高階目標(biāo)的認(rèn)知圖式。再如，設(shè)定進階目標(biāo)需重視子目標(biāo)之間的關(guān)聯(lián)性和銜接性，以學(xué)生能力發(fā)展規(guī)律為依據(jù)，科學(xué)排布子目標(biāo)的進階次序。

2.依據(jù)進階變量與節(jié)點，系統(tǒng)優(yōu)化STEM教學(xué)流程設(shè)計

在明確進階起點與終點后，需要科學(xué)把控教學(xué)流程的進階變量與關(guān)鍵節(jié)點，設(shè)計符合學(xué)生思維發(fā)展規(guī)律的活動（Alonzo，2017）。然而，現(xiàn)有STEM教學(xué)流程設(shè)計，普遍采用活動組織或項目任務(wù)的方式，以培養(yǎng)學(xué)生的高階思維或創(chuàng)新能力。試想，若活動組織流程未能順應(yīng)學(xué)生能力發(fā)展的基本規(guī)律，又將如何獲得滿意的教學(xué)成效？

因此，設(shè)計STEM教學(xué)流程時，必須搭建符合學(xué)生思維認(rèn)知的“能力階梯”。也就是說，要依據(jù)學(xué)生能力進階的關(guān)鍵變量與節(jié)點，系統(tǒng)優(yōu)化STEM教學(xué)流程設(shè)計。一方面，應(yīng)重點在新舊知能之間建立概念模式、結(jié)構(gòu)模式或因果模式，在抽象知識和具體樣例之間建立經(jīng)驗關(guān)系，通過感知學(xué)生復(fù)雜問題解決的思維變化，掌控其能力進階的關(guān)鍵錨點。而且，設(shè)定進階變量與節(jié)點也需符合學(xué)生認(rèn)知、說服、決策、執(zhí)行、確認(rèn)等創(chuàng)新擴散歷程，具體可通過持續(xù)激發(fā)內(nèi)在動機、漸進式表征復(fù)雜問題、提供結(jié)構(gòu)化指引等優(yōu)化教學(xué)流程。另一方面，進階變量的選取應(yīng)遵循“整體大于部分之和”原則，這是因為問題解決重在學(xué)生認(rèn)知圖式的建構(gòu)及有效遷移的發(fā)生（Schwarz et al.，2009）。進階變量作為連接“已知”與“未知”能力的橋梁，應(yīng)通過漸進式任務(wù)練習(xí)幫助學(xué)生熟練掌握再生性技能，從而適應(yīng)高階圖式的意義建構(gòu)。

3.關(guān)注進階證據(jù)與效果，合理選擇STEM教學(xué)策略

進階水平往往決定了個體的學(xué)習(xí)成效（Osborne et al.，2016）。然而，已有的STEM教學(xué)策略或工具很少關(guān)注學(xué)生能力蛻變的進階規(guī)律，容易造成能力培養(yǎng)處于高度碎片化狀態(tài)。而且，一旦高階能力持續(xù)處于“停滯”或“干擾”水平，將會削弱學(xué)生自主探索或大膽創(chuàng)新的熱情和動力。

因此，合理選擇STEM教學(xué)策略，必須關(guān)注學(xué)生能力發(fā)展的進階證據(jù)與現(xiàn)實效果。一方面，盡可能將進階錨點與活動組織關(guān)聯(lián)起來，了解學(xué)生思維發(fā)展的進階軌跡，選擇適切的階段性教學(xué)策略或工具支持，保障學(xué)習(xí)歷程的科學(xué)性與有效性。這可借鑒Yoon等（2019）的經(jīng)驗，即基于項目反應(yīng)理論模型識別學(xué)生的過程性水平，創(chuàng)設(shè)從最容易到最困難的系列進階策略，逐漸提升學(xué)生創(chuàng)造性解決復(fù)雜問題的“體悟”。另一方面，強調(diào)進階證據(jù)與學(xué)習(xí)支架的關(guān)聯(lián)性，摒除無效或繁瑣的策略工具。只有當(dāng)學(xué)習(xí)輔助參考（簡稱“學(xué)參”）充分順應(yīng)學(xué)生能力發(fā)展規(guī)律時，才會激發(fā)學(xué)生高階認(rèn)知圖式的意義建構(gòu)。已有研究表明，當(dāng)進階證據(jù)與學(xué)習(xí)支架相契合時，也會引發(fā)積極的心流體驗（Sevian et al.，2014）。總之，進階證據(jù)與學(xué)習(xí)支架的有機契合可以采取兩種方式：一是及時關(guān)注學(xué)生的多維表現(xiàn)，例如，通過學(xué)習(xí)筆記、學(xué)習(xí)反思或階段性學(xué)習(xí)報告等方式追蹤學(xué)生的觀點與想法。二是圍繞進階證據(jù)反饋，針對不同進階水平的學(xué)生群體，提供適切的學(xué)習(xí)場景、角色以及面向復(fù)雜技能獲得的任務(wù)設(shè)計，用以保障進階歷程的流暢性和有效性。

六、結(jié)語

本研究首先指出學(xué)習(xí)進階與STEM問題解決能力的關(guān)聯(lián)性：進階式目標(biāo)能夠體現(xiàn)問題解決“由簡到難”的生長原理;進階式過程能夠可視化問題解決的關(guān)鍵環(huán)節(jié);進階式評價能夠追蹤問題解決的關(guān)鍵障礙。其次根據(jù)學(xué)習(xí)進階、認(rèn)知發(fā)展和SOLO分類理論，遵循“進階目標(biāo)設(shè)計→進階維度抽取→成就水平劃分→學(xué)業(yè)期望表現(xiàn)→評估與策略支持”等流程，構(gòu)建了進階式STEM教育模式，用以刻畫學(xué)生從進階起點到終點之間“凌亂區(qū)”的發(fā)展歷程。進而采用混合研究方法，基于STEM問題解決態(tài)度問卷、STEM問題解決過程觀察表及編碼系統(tǒng)、STEM問題解決測試題目及作品評價矩陣、訪談提綱框架等測量工具，系統(tǒng)驗證了基于學(xué)習(xí)進階的STEM教育應(yīng)用的成效。實驗結(jié)果表明，基于學(xué)習(xí)進階的STEM教育實踐對學(xué)生問題解決的態(tài)度、過程以及結(jié)果等均產(chǎn)生了積極影響。

由于本研究存在實驗樣本較少、實驗周期較短等缺陷，未來研究將重點關(guān)注：一是擴充研究對象的跨度和數(shù)量，選取不同學(xué)段、不同地域的學(xué)生作為實驗樣本，以期提高研究成果的推廣性。二是關(guān)注進階策略的時間跨度研究，即通過延長實驗周期，驗證該模式應(yīng)用的持續(xù)性效果。此外，為有效推廣進階式STEM教育模式，研究團隊將采用多模態(tài)學(xué)習(xí)分析技術(shù)，開發(fā)更具科學(xué)性和實踐性的進階工具，使其能與真實復(fù)雜的教育情境有效銜接。

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收稿日期 2021-10-16 責(zé)任編輯 劉選

STEM Education Model Based on Learning Progression：

LI Shijin， ZHOU Rong， GU Xiaoqing

Abstract： STEM education is the proper way to cultivate students’ problem-solving ability， and its practice process is often a mere formality， such as comprehensive exercises in the name of games， manual operations that can be completed simply by imitation， or outdoor activities without exploratory nature， and etc. How to get rid of invalid models that are “conforming to habits” and find a scientific path for STEM education practice has become a top priority. Learning progression theory upholds the concept of spiral progression， emphasizing the practical cores of clarifying the progression goal， coordinating the progression processes， and visualizing the progression evaluations to continuously stimulate the rational transformation of thinking structure and cognitive level， and opens a new horizon for the cultivation of STEM problem-solving ability. The characteristics of STEM education mode based on learning progression are reflected in three aspects. First， the ability goals from simple to profound are established based on students’ prior level， which can provide the principal support for the growth of students’ problem-solving ability from simple to difficult. Second， relying on the students’ proximal development zone， the development process and key obstacles of students’ problem solving from the beginning to the end of the advanced stage can be visualized. The third is to emphasize the construction of students’ cognitive schema， which can provide effective evidence for the procedural evaluation of students’ problem-solving ability. Practical cases show that the STEM education mode based on learning progression has a positive impact on the attitudes， processes and results of students’ problem solving. In the future， in order to promote the implementation of the STEM education mode based on learning progression， we should clarify the starting point and the end of the progression to scientifically set the STEM teaching goals， optimize the STEM teaching process design systematically according to the progression variables and nodes， pay attention to the progression evidence and effects to choose STEM teaching strategies reasonably.

Keywords： STEM Education; Learning Progression; Education Mode; Problem Solving; Cognitive Development