STEM 教育融入綜合實(shí)踐課程的核心素養(yǎng)設(shè)計(jì)與實(shí)施探析

洪建軍（浙江省淳安中學(xué) 311700）

人民教育家陶行知先生是綜合實(shí)踐研究與實(shí)踐的先驅(qū)與典范，他提出生活教育理論，倡導(dǎo)“教學(xué)做合一”；提出民主教育理論，倡導(dǎo)“教人做主人，做自己的主人，做國(guó)家的主人，做世界的主人”；提出創(chuàng)造教育理論，認(rèn)為“處處是創(chuàng)造之地，時(shí)時(shí)是創(chuàng)造之時(shí)，人人是創(chuàng)造之人”；提出平民教育理論，倡導(dǎo)以人為本的“平民教育”改革實(shí)踐。如今，基于“生本”的綜合實(shí)踐大融合研究是陶行知偉大教育改革精神的繼承和發(fā)揚(yáng)。

一、研究背景

1.國(guó)內(nèi)STEM 研究綜述

國(guó)內(nèi)STEM 教育研究主要集中在理論梳理和基于項(xiàng)目或問題的教學(xué)實(shí)踐方面，將STEM 作為一種教學(xué)策略，如傅騫等梳理出的驗(yàn)證型、探究型、制造型和創(chuàng)造型等應(yīng)用模式，秦瑾若等構(gòu)建了基于STEM 的跨學(xué)科真實(shí)問題情境教學(xué)模式，余勝泉提出了STEM課程的跨學(xué)科整合模式等，但對(duì)課程的核心價(jià)值和素養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)的研究尚未完善。

2.綜合實(shí)踐與STEM 融合點(diǎn)

2017 年教育部新課程標(biāo)準(zhǔn)改變了綜合實(shí)踐課程只設(shè)課程沒有標(biāo)準(zhǔn)的狀況，明確提出了課程標(biāo)準(zhǔn)和核心素養(yǎng)，明確了研究性學(xué)習(xí)、社區(qū)服務(wù)、社會(huì)實(shí)踐及研學(xué)旅行等四種課程形態(tài)。

STEM 課程涉及領(lǐng)域及組織形式和綜合實(shí)踐課程完全吻合，綜合實(shí)踐課程的真實(shí)體驗(yàn)、科學(xué)探究、合作學(xué)習(xí)理念與STEM 課程目標(biāo)十分契合。綜合實(shí)踐和STEM 融合具有很多鉚合點(diǎn)。

二、理論融合

1.STEM 理論發(fā)展

STEM 是 Science、Technology、Engineering、Mathematics（科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)）首字母縮寫。美國(guó)STEM 教育基本囊括了整個(gè)K-12 學(xué)段，涉及眾多科目?jī)?nèi)容。朱迪斯·拉姆齊（Judith Ramaley）認(rèn)為，STEM 教育中探究學(xué)習(xí)被安排在情境中進(jìn)行，鼓勵(lì)學(xué)生通過解決真實(shí)問題形成知識(shí)、技能和經(jīng)驗(yàn)?；陧?xiàng)目，教師嘗試運(yùn)用數(shù)學(xué)與科學(xué)等知識(shí)，從實(shí)踐中培養(yǎng)學(xué)生的跨學(xué)科素養(yǎng)和問題解決能力。

綜上所述，國(guó)外對(duì)STEM 教育的研究注重對(duì)學(xué)生問題解決能力、創(chuàng)新能力、批判性思維能力等高階綜合能力的培養(yǎng)。和綜合實(shí)踐的價(jià)值體認(rèn)、責(zé)任擔(dān)當(dāng)、問題解決、創(chuàng)意物化的核心素養(yǎng)具有異曲同工之妙。

2.項(xiàng)目學(xué)習(xí)理論

項(xiàng)目學(xué)習(xí)（PBL）以建構(gòu)主義、布魯納發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)和加德納多元智能為基礎(chǔ)。

項(xiàng)目學(xué)習(xí)特點(diǎn)：（1）多樣學(xué)習(xí)內(nèi)容：綜合性主題和目標(biāo)，多學(xué)科交叉的核心知識(shí)和能力。（2）真實(shí)學(xué)習(xí)情境：生活中真實(shí)或仿真問題，模擬現(xiàn)實(shí)問題解決。（3）自主學(xué)習(xí)方式：學(xué)生中心，同伴互助，學(xué)習(xí)共同體，協(xié)作探究，自主研修。（4）創(chuàng)新學(xué)習(xí)成果：物化成果、作品或研究報(bào)告等。（5）指向高階能力：知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)、問題解決能力、協(xié)作學(xué)習(xí)能力等。

基于以上，筆者將STEM 項(xiàng)目學(xué)習(xí)概括為：在真實(shí)或仿真情境下，以問題為驅(qū)動(dòng)，以合作、探究、創(chuàng)新能力為中心，以學(xué)科知識(shí)和原理為工具，以作品或成果為導(dǎo)向，圍繞項(xiàng)目主題以小組合作形式進(jìn)行調(diào)查、研究、設(shè)計(jì)、制作、評(píng)價(jià)等實(shí)踐，分析問題、解決問題形成方案、策略、經(jīng)驗(yàn)等的動(dòng)態(tài)過程。

三、SETM 項(xiàng)目學(xué)習(xí)核心素養(yǎng)設(shè)計(jì)

1. SETM 項(xiàng)目學(xué)習(xí)關(guān)鍵能力設(shè)計(jì)

問題解決就是通過分析、設(shè)計(jì)、實(shí)踐等技術(shù)手段把問題的給定狀態(tài)轉(zhuǎn)化為目標(biāo)狀態(tài)。通過不斷試錯(cuò)，發(fā)現(xiàn)正確解決方案。包括情境浸入、問題認(rèn)知、條件分析、學(xué)科轉(zhuǎn)換、策略運(yùn)用、知識(shí)遷移、實(shí)踐嘗試、價(jià)值評(píng)估、經(jīng)驗(yàn)積累等環(huán)節(jié)。

問題解決能力指人們運(yùn)用觀念、規(guī)則、程序、方法等對(duì)客觀問題進(jìn)行分析并提出解決方案的能力。

創(chuàng)新指以現(xiàn)有思維模式提出有別于常規(guī)或常人思路的見解為導(dǎo)向，利用現(xiàn)有知識(shí)和物質(zhì)，在特定環(huán)境中，改進(jìn)或創(chuàng)造新事物（包括產(chǎn)品、方法、元素、路徑），獲得有益效果的行為。

創(chuàng)新能力是指在技術(shù)和各種實(shí)踐活動(dòng)領(lǐng)域中不斷提供具有經(jīng)濟(jì)價(jià)值、社會(huì)價(jià)值、生態(tài)價(jià)值的新思想、新理論、新方法和新發(fā)明的能力。

初級(jí)問題解決能力表現(xiàn)為能夠發(fā)現(xiàn)一般顯性問題，初步判斷，簡(jiǎn)單處理。中級(jí)問題解決能力指能在自己熟悉的領(lǐng)域或范圍發(fā)現(xiàn)隱藏問題，有一定發(fā)現(xiàn)問題的技巧，具備分析能力，能根據(jù)現(xiàn)象探求解決問題途徑，較好地解決問題。高階問題解決能力指能更早地發(fā)現(xiàn)問題，準(zhǔn)確預(yù)測(cè)事件發(fā)展中各種問題，歸納總結(jié)問題發(fā)生規(guī)律，指導(dǎo)提高他人發(fā)現(xiàn)問題的能力。創(chuàng)新是問題解決能力的高階表現(xiàn)。

基于以上，筆者將問題解決能力和創(chuàng)新能力設(shè)置為STEM 項(xiàng)目化學(xué)習(xí)的兩個(gè)關(guān)鍵能力，互為發(fā)展，相互支撐。

2.SETM 項(xiàng)目學(xué)習(xí)核心素養(yǎng)構(gòu)建

筆者將數(shù)學(xué)方法、科學(xué)思維、工程策略、技術(shù)意識(shí)、創(chuàng)意物化設(shè)置為SETM 項(xiàng)目學(xué)習(xí)課程的五個(gè)核心素養(yǎng)。

數(shù)學(xué)方法：以數(shù)學(xué)為工具進(jìn)行科學(xué)研究，用數(shù)學(xué)語(yǔ)言表述事物狀態(tài)、關(guān)系和過程，推導(dǎo)、演算和分析，形成問題解釋、判斷和預(yù)言的方法。運(yùn)用數(shù)學(xué)核算、數(shù)字優(yōu)化、模擬推演，對(duì)過程和結(jié)果進(jìn)行數(shù)字化描述等。

科學(xué)思維：形成并運(yùn)用于科學(xué)認(rèn)識(shí)活動(dòng)，對(duì)感性認(rèn)識(shí)材料進(jìn)行加工處理?？茖W(xué)思維遵守三個(gè)基本原則：嚴(yán)密邏輯，達(dá)到歸納和演繹統(tǒng)一；多維綜合，辯證地分析綜合；內(nèi)外統(tǒng)一，邏輯與歷史一致。

工程策略：包括工程思維和工程技能。工程思維是與實(shí)踐相對(duì)應(yīng)的，不同于科學(xué)思維、藝術(shù)思維。工程技能指工程方法的具體實(shí)施和應(yīng)用，包含組裝、測(cè)試、評(píng)估和優(yōu)化，進(jìn)行技術(shù)試驗(yàn)與探究，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)效果。

技術(shù)意識(shí)：人、意識(shí)與技術(shù)的結(jié)合物。技術(shù)數(shù)字化、智能化，人類意識(shí)在技術(shù)中的“轉(zhuǎn)移”，人的技術(shù)化和技術(shù)的人本化。形成技術(shù)流程和方法，生成技術(shù)經(jīng)驗(yàn)、能力和意識(shí)。

創(chuàng)意物化：創(chuàng)新思維和實(shí)踐能力綜合體現(xiàn)。操作實(shí)踐、思維拓展、物品設(shè)計(jì)與呈現(xiàn)、方案設(shè)計(jì)與呈現(xiàn)、成果表現(xiàn)具象化、素養(yǎng)經(jīng)驗(yàn)可見化，解決問題方法多樣化綜合。

五個(gè)核心素養(yǎng)源于STEM，融合綜合實(shí)踐學(xué)科核心素養(yǎng)，形成統(tǒng)一整體，與兩個(gè)關(guān)鍵能力共同組成STEM 項(xiàng)目化學(xué)習(xí)課程的核心價(jià)值。

四、STEM 項(xiàng)目學(xué)習(xí)課程教學(xué)實(shí)踐

1. STEM 項(xiàng)目學(xué)習(xí)課程的基本類型

（1）基于工程實(shí)踐的活動(dòng)課程。模擬解決生活中吃、穿、住、行等實(shí)際需求的工程設(shè)計(jì)與實(shí)踐活動(dòng)，如智能車、電動(dòng)小車設(shè)計(jì)、機(jī)器人課程等。

（2）基于學(xué)科素養(yǎng)的考察課程。學(xué)科知識(shí)的實(shí)踐應(yīng)用、體驗(yàn)、修改、內(nèi)化知識(shí)形成學(xué)科素養(yǎng)，如動(dòng)植物考察、生產(chǎn)實(shí)踐、綜合考察等。

（3）基于綜合能力的模擬課程。以調(diào)查和考察為基礎(chǔ)，模擬、仿真、模仿、扮演和思辨、小組織等。如社團(tuán)課程、模擬聯(lián)合國(guó)、模擬環(huán)境訴訟等。

（4）基于集體素養(yǎng)的校園課程。組織能力、親和力、協(xié)調(diào)和執(zhí)行力，培養(yǎng)責(zé)任感、領(lǐng)導(dǎo)力，集體熔煉。如校園文體藝活動(dòng)、團(tuán)隊(duì)熔煉、組織管理等。

（5）基于綜合實(shí)踐的研學(xué)課程。在校外景點(diǎn)、基地活動(dòng)進(jìn)行有主題、有組織、長(zhǎng)時(shí)間、有課題的研修學(xué)習(xí)。如沿江綜合考察、重走紅軍路、絲綢文化等。

2.基于問題解決課堂教學(xué)流程設(shè)計(jì)

結(jié)合課堂教學(xué)實(shí)際和STEM 項(xiàng)目化課程特點(diǎn)，將教學(xué)過程劃分為五個(gè)階段。

（1）情境浸入。體味問題情境，明確問題內(nèi)涵和外延，定位關(guān)鍵信息，排除干擾因素，明確目標(biāo)。

（2）學(xué)科轉(zhuǎn)換。尋找學(xué)科知識(shí)鏈接點(diǎn)，轉(zhuǎn)化為學(xué)科模型，將問題轉(zhuǎn)化為學(xué)科表達(dá)形式，找到解決問題的學(xué)科方法。

（3）方案設(shè)計(jì)。整合學(xué)科方法，設(shè)計(jì)問題解決方案，初步嘗試，優(yōu)化方案，發(fā)散、收斂，演繹、歸納。

（4）操作實(shí)踐。分步、分層、分工，由表入里、由淺入深、由局部到整體，分塊實(shí)踐，系統(tǒng)整合。分解、組合、整理、補(bǔ)充。

（5）評(píng)估反思。對(duì)解決問題過程和結(jié)果做出合理評(píng)價(jià)，評(píng)估重現(xiàn)性，交流、推廣、應(yīng)用，改進(jìn)優(yōu)化，形成成果、經(jīng)驗(yàn)、技術(shù)和理論。

3.五階段和核心素養(yǎng)對(duì)應(yīng)關(guān)系

五階段問題解決能力創(chuàng)新 核心素養(yǎng)情境浸入提出問題、理解和界定問題，確定任務(wù)，研究和搜集信息能力分析 科學(xué)思維學(xué)科轉(zhuǎn)換映射知識(shí)點(diǎn)，尋找方法，建立學(xué)科模型轉(zhuǎn)化 數(shù)學(xué)方法方案設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)方案，嘗試運(yùn)行，評(píng)估和優(yōu)化，思辨、演繹、歸納、修正探究 工程策略操作實(shí)踐試錯(cuò)、修正、解決、思考，新思路和方案精修 技術(shù)意識(shí)評(píng)估反思展示展演，再實(shí)踐，再修正，內(nèi)涵外延，遷移、創(chuàng)生，策略化方案、經(jīng)驗(yàn)化知識(shí)、素養(yǎng)型能力拓展 創(chuàng)意物化

五、STEM 項(xiàng)目學(xué)習(xí)課程價(jià)值體現(xiàn)

1.真實(shí)體驗(yàn)和仿真情境推動(dòng)融合

STEM 項(xiàng)目化學(xué)習(xí)課程強(qiáng)調(diào)真實(shí)體驗(yàn)，學(xué)生在動(dòng)手實(shí)踐中遇到問題、發(fā)現(xiàn)問題，通過團(tuán)隊(duì)協(xié)作分析問題，進(jìn)行探索性實(shí)踐解決問題。構(gòu)筑真實(shí)或仿真情境，激發(fā)求知沖動(dòng)，使課程學(xué)習(xí)真正來(lái)源于生活，回歸生活，服務(wù)生活。STEM 項(xiàng)目化學(xué)習(xí)注重內(nèi)涵，融合形式，凸顯實(shí)踐體驗(yàn)價(jià)值，能深度融入新課改課堂變革中去。

2.STEM 課程與綜合實(shí)踐的差異性

STEM 課程側(cè)重于工程類、理科類課程，而綜合實(shí)踐課程還包含人文、文化和品德熔煉課程。STEM課程著重培養(yǎng)動(dòng)手操作和問題解決能力、創(chuàng)新能力。綜合實(shí)踐課程還包含文藝、時(shí)事新聞等思辨和考察能力、求同優(yōu)化思維、文化融合和體悟等。以項(xiàng)目化學(xué)習(xí)實(shí)施STEM 課程，有特色、有差異，適當(dāng)融通，和諧統(tǒng)一。

3.STEM 課程對(duì)學(xué)科核心素養(yǎng)的作用

培養(yǎng)學(xué)科核心素養(yǎng)，其可操作的實(shí)踐形態(tài)才能真正落實(shí)。核心素養(yǎng)需要操作性解釋和過程化分解，在項(xiàng)目化教學(xué)實(shí)踐中實(shí)施。項(xiàng)目化、項(xiàng)目系列化、圍繞核心素養(yǎng)的系列項(xiàng)目，核心素養(yǎng)的轉(zhuǎn)介、衍生、復(fù)制、表達(dá)都離不開有主題實(shí)踐。STEM 是核心素養(yǎng)的載體、橋梁和實(shí)踐基地。