面向核心素養(yǎng)培養(yǎng)的中學(xué)STEAM課程構(gòu)建及實踐

宗 艷

（深圳市羅湖區(qū)教育科學(xué)研究院，廣東深圳 518001）

當(dāng)今教育，要以培養(yǎng)適應(yīng)未來的創(chuàng)新型人才為目標(biāo)，而核心素養(yǎng)正是以培養(yǎng)“全面發(fā)展的人”為目標(biāo)而產(chǎn)生的概念。核心素養(yǎng)是當(dāng)前教育高質(zhì)量發(fā)展的重要理念之一，也是新時代課程改革的關(guān)鍵點，它深刻影響著現(xiàn)代課程體系的構(gòu)建[1]。STEAM教育以關(guān)鍵能力培養(yǎng)為核心，STEAM課程基于塑造學(xué)生必備品格和關(guān)鍵能力而設(shè)計，因此，STEAM課程體系也可以稱為是素養(yǎng)本位的課程體系。理解核心素養(yǎng)的內(nèi)涵，探索面向核心素養(yǎng)的STEAM課程構(gòu)建，對當(dāng)前學(xué)校的STEAM教學(xué)實踐具有積極意義。

一、核心素養(yǎng)的內(nèi)涵

對核心素養(yǎng)的研究由來已久，各個國家和組織的研究框架都指向21世紀(jì)信息時代人們對生活、工作以及自我實現(xiàn)的特點和需求[2]。2016年，中國發(fā)布了學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)研究成果，包括自主發(fā)展、文化基礎(chǔ)和社會參與三個方面，進(jìn)一步細(xì)化為責(zé)任擔(dān)當(dāng)、實踐創(chuàng)新、學(xué)會學(xué)習(xí)、健康生活、人文底蘊(yùn)和科學(xué)精神6大素養(yǎng)[3]。核心素養(yǎng)的意義范疇比“知識+技能”更加廣泛，既包括傳統(tǒng)理念中的知識、技能，又包括態(tài)度、價值觀以及情感[4]，是人適應(yīng)未來信息時代需求、解決復(fù)雜問題的高級能力與人性能力。

二、面向核心素養(yǎng)培養(yǎng)的STEAM課程構(gòu)建原則

STEAM教育是學(xué)科廣泛、內(nèi)容復(fù)雜、專業(yè)度極高的教育體系，尤其在新技術(shù)、新理念層出不窮的今天，每一個研究項目，都需要大量的理論知識和試驗驗證作為支撐，構(gòu)建一套系統(tǒng)性的STEAM課程體系，對任何一個基礎(chǔ)教育階段的學(xué)校來說，都是非常有挑戰(zhàn)性的。通過對2019年聯(lián)合國教科文組織的第30號報告《探索21世紀(jì)STEM能力》的深度理解，可以得到課程的設(shè)計框架：STEAM教育要基于真實問題，以能力為本，深度融合科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)、數(shù)學(xué)學(xué)科知識，并將五個學(xué)科的知識與技能統(tǒng)籌運(yùn)用[5]。由此梳理出面向核心素養(yǎng)的STEAM課程構(gòu)建需要遵循的原則：

（一）營造真實情境，以任務(wù)為載體設(shè)計STEAM教學(xué)單元，推進(jìn)社會參與

按照建構(gòu)主義理論，學(xué)生在真實情景中完成基于任務(wù)的學(xué)習(xí)，能夠使知識與技能在具體的單元學(xué)習(xí)中連接，獲得成功的學(xué)習(xí)效果。以任務(wù)為載體的教學(xué)活動要運(yùn)用多種學(xué)習(xí)方式，例如合作學(xué)習(xí)、探究性學(xué)習(xí)等等，這些學(xué)習(xí)方式促使學(xué)生的注意力更加集中、教師的指導(dǎo)更明確，助力學(xué)生知識、技能、態(tài)度三方面的能力培養(yǎng)，使學(xué)生領(lǐng)悟責(zé)任擔(dān)當(dāng)、實踐創(chuàng)新的意義，推進(jìn)學(xué)生的社會參與度。

STEAM課程體系框架由知識模塊建構(gòu)，面對不同的任務(wù)目標(biāo)需要設(shè)置不同的知識點構(gòu)成的課程。根據(jù)布魯姆教學(xué)目標(biāo)分類模型的劃分，把教學(xué)目標(biāo)由簡單到復(fù)雜進(jìn)行排序，然后確定目標(biāo)之間的連接關(guān)系。采用目標(biāo)鄰接矩陣分析，得出STEAM課程目標(biāo)層級有向圖，進(jìn)而構(gòu)建出課程目標(biāo)結(jié)構(gòu)[6]?；诖耍瑢⒛繕?biāo)按照層級分派到各個教學(xué)主題，依次完成主題單元教學(xué)，能使課程安排更加科學(xué)、合理。

（二）利用信息技術(shù)自主合作認(rèn)知，促進(jìn)自主發(fā)展

STEAM教育需要在真實情境里、運(yùn)用信息技術(shù)開展教學(xué)實踐[7]，讓學(xué)生有足夠的真實體驗，才能使理解得以自主發(fā)展。在多個學(xué)科融合、信息技術(shù)支持的綜合學(xué)習(xí)環(huán)境，STEAM教育才能夠打破學(xué)科邊界，讓學(xué)生運(yùn)用多個學(xué)科知識綜合解決問題，有助于學(xué)生學(xué)會學(xué)習(xí)、健康生活的養(yǎng)成，為STEAM課程體系的構(gòu)建提供利于學(xué)生自主發(fā)展的上升空間。

（三）以學(xué)科知識融合為基礎(chǔ)構(gòu)建STEAM單元教學(xué)內(nèi)容，提升文化基礎(chǔ)

以學(xué)科融合知識為基礎(chǔ)是STEAM教育的核心[8]。STEAM知識的框架由多個知識點構(gòu)成，這些知識點連接不同學(xué)科領(lǐng)域的學(xué)習(xí)內(nèi)容，通過知識點的連接構(gòu)建出STEAM單元課程的結(jié)構(gòu)。

STEAM教育理念的課程體系至少包含五個學(xué)科的知識點，教育活動跨越學(xué)科界限、彼此融合，學(xué)生在真實情景中的學(xué)習(xí)實踐，必須連接碎片化知識點的知識與技能，并在教師的引導(dǎo)下，運(yùn)用認(rèn)知技能、計算思維、創(chuàng)新技能、動手能力、協(xié)作能力開展學(xué)習(xí)[9]。通過對各知識點的學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠提高自身綜合實踐能力，充實文化底蘊(yùn)、培養(yǎng)科學(xué)精神。

三、面向核心素養(yǎng)培養(yǎng)的中學(xué)STEAM課程設(shè)計

（一）面向核心素養(yǎng)培養(yǎng)的課程特征分析

1.課程的設(shè)置是跨學(xué)科、多層次的

STEAM課程體系具有跨學(xué)科、多層次的特點[10]。STEAM知識框架由不同學(xué)科的知識點構(gòu)成，這些知識點連接起來構(gòu)成STEAM課程體系。從層次上看，課程涵蓋了STEAM教育目標(biāo)下常見的平臺，以及更高階STEAM教育目標(biāo)硬件平臺的支持。

2.適用于不同知識背景的學(xué)習(xí)者

STEAM教育將不同認(rèn)知水平的學(xué)習(xí)者納入到不同階段的課程之中。通過課程實踐項目中難度的差異化設(shè)計，以及解決問題所用到的不同層次知識和技術(shù)工具，形成對STEAM素養(yǎng)的不同要求，為學(xué)習(xí)者對差異化STEAM課程選擇提供依據(jù)。

3.充分運(yùn)用現(xiàn)代教育技術(shù)

STEAM課程設(shè)計運(yùn)用視頻、音頻、工具等現(xiàn)代教育技術(shù)媒介、方法，學(xué)生能夠充分利用課程資源進(jìn)行學(xué)習(xí)。在STEAM課程體系內(nèi)，幾乎所有課程都有內(nèi)容完整的課程資源包，包括教學(xué)視頻、原理演示、活動指導(dǎo)手冊、評價量表等。一些專題學(xué)習(xí)網(wǎng)站還將所開發(fā)出的各種課程資源發(fā)布在網(wǎng)絡(luò)上，方便學(xué)生自學(xué)。

（二）面向核心素養(yǎng)培養(yǎng)的STEAM課程體系設(shè)計

1.課程模塊設(shè)計

基于面向核心素養(yǎng)培養(yǎng)的STEAM課程編制原則，結(jié)合中學(xué)生的知識水平和發(fā)展能力，經(jīng)過初步的教學(xué)實踐探索，筆者提出一個面向核心素養(yǎng)培養(yǎng)的具有普適特性的中學(xué)STEAM課程體系（如表1）。

表1 面向核心素養(yǎng)培養(yǎng)的中學(xué)STEAM課程體系范例

2.課程特征分析

（1）課程內(nèi)容

分成基礎(chǔ)知識、深入學(xué)習(xí)課程、創(chuàng)新思維進(jìn)階三部分，通過各知識點的學(xué)習(xí)，注重加強(qiáng)學(xué)生的文化基礎(chǔ)、促進(jìn)學(xué)生自主發(fā)展，同時培養(yǎng)學(xué)生的社會參與意識。

基礎(chǔ)知識包括單學(xué)科、跨學(xué)科知識，以及項目管理工具的運(yùn)用，同時還有項目軟硬件系統(tǒng)的基礎(chǔ)性實踐。

深入學(xué)習(xí)課程主要包括人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、機(jī)械、電子、計算機(jī)等學(xué)科知識與應(yīng)用技術(shù)，例如電機(jī)控制、傳感器、計算機(jī)程序設(shè)計、開源電子、工程制圖、3D打印等。

創(chuàng)新思維進(jìn)階主要包括頭腦風(fēng)暴法、多維列舉法等激發(fā)創(chuàng)新思維的方法訓(xùn)練，以及PBL項目管理課程。

（2）內(nèi)容上突出各教學(xué)主題間的有機(jī)聯(lián)系

每個教學(xué)主題內(nèi)部并不孤立，各教學(xué)主題之間的內(nèi)容環(huán)環(huán)相扣、有機(jī)聯(lián)系到一起。學(xué)生從基礎(chǔ)課程的實踐開始，通過深入學(xué)習(xí)探究，逐步走向極具創(chuàng)新思維的跨學(xué)科、綜合性的開發(fā)領(lǐng)域。

3.課程教學(xué)實踐效果

該課程在深圳翠園中學(xué)等3所中學(xué)進(jìn)行小組教學(xué)實踐。實踐表明，該課程項目設(shè)置合理有趣，教師教學(xué)過程順利有可操作性，教學(xué)對象能以小組方式順利完成各單元教學(xué)任務(wù)，并取得優(yōu)秀成績：所有項目學(xué)習(xí)小組的作品均在“萌芽賽道”或省市級青少年科技創(chuàng)新大賽中獎項，獲獎率百分之百。

四、面向核心素養(yǎng)培養(yǎng)的中學(xué)STEAM教學(xué)單元編制及教學(xué)實踐個案

（一）課程活動實踐

1.單元目標(biāo)設(shè)計

STEAM課程教學(xué)實踐首先要確定教學(xué)目標(biāo)（任務(wù)），根據(jù)目標(biāo)分解為不同的知識模塊來設(shè)置對應(yīng)的單元課程[11]。教學(xué)目標(biāo)的設(shè)立有利于學(xué)生文化基礎(chǔ)、自主發(fā)展的培養(yǎng)，基于目標(biāo)的教學(xué)實踐有利于學(xué)生更多的社會參與。

根據(jù)表1的普適性課程體系，可以編制單元教學(xué)內(nèi)容：設(shè)計單元任務(wù)目標(biāo)、構(gòu)建單元知識點及單元內(nèi)容。以翠園中學(xué)“智能防燙傷安全餐具”單元項目為例，基于任務(wù)目標(biāo)的各環(huán)節(jié)所需的知識、技能列出表格如表2，用任務(wù)分析法提取目標(biāo)，整理目標(biāo)間的層級關(guān)系，為STEAM課程構(gòu)建提供依據(jù)。

表2 “智能防燙傷安全餐具”單元所需知識、技能模塊分析

2.單元內(nèi)容設(shè)置

分析表2的任務(wù)安排，根據(jù)任務(wù)元素的提取設(shè)計教學(xué)目標(biāo)，以目標(biāo)為導(dǎo)向設(shè)計單元課程內(nèi)容，讓學(xué)習(xí)活動按照正確的方向前進(jìn)。首先確定制作、完善“智能防燙傷安全餐具”作品為總?cè)蝿?wù)，圍繞這一總?cè)蝿?wù)進(jìn)行決策與分析，將“產(chǎn)品外觀設(shè)計”“軟硬件功能開發(fā)”“樣機(jī)制作及展示”設(shè)定為大目標(biāo)，依據(jù)目標(biāo)層級確定多個主題課程內(nèi)容。“產(chǎn)品外觀設(shè)計”內(nèi)容包括：手繪、二維及三維設(shè)計軟件、圖片處理與編輯、工程結(jié)構(gòu)設(shè)計，“軟硬件功能開發(fā)”內(nèi)容包括：開源電子、控制程序設(shè)計、整體硬件的測試、修改，“樣機(jī)制作及展示”內(nèi)容包括：焊接、攝影及剪輯、信息檢索分析、演講等。

3.單元教學(xué)實施及教學(xué)評價

以教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容為指導(dǎo)，運(yùn)用一定的教學(xué)策略來促進(jìn)對“智能防燙傷安全餐具”主題的學(xué)習(xí)。針對不同的單元課程內(nèi)容，引用合作學(xué)習(xí)、基于問題等教學(xué)法，促進(jìn)學(xué)習(xí)者在各個主題的學(xué)習(xí)；針對教學(xué)目標(biāo)，選用量表、任務(wù)單等方式進(jìn)行評價。

（二）STEAM單元課程實踐應(yīng)用效果

基于中學(xué)普適性課程體系在翠園中學(xué)等3所中學(xué)進(jìn)行小組單元教學(xué)實踐，各小組項目均完成順利，并取得優(yōu)異成績：“智能防燙傷安全餐具”“自動飛行救生圈”項目獲得2020年“萌芽賽道”創(chuàng)新潛力獎，“大型建筑人群動態(tài)引導(dǎo)與疏散的多算法選擇模型”、“新型多關(guān)節(jié)蠕蟲運(yùn)動仿生機(jī)器人”項目均獲得廣東省青少年科技創(chuàng)新大賽二等獎及深圳市賽一等獎。

同時，課程研究從教學(xué)實踐出發(fā)，運(yùn)用圖表分析STEAM課程的教學(xué)目標(biāo)系統(tǒng)，將跨學(xué)科的知識點、能力點可視化表達(dá)[12]，參與教學(xué)實踐的教師和學(xué)生均表示，通過實踐學(xué)習(xí)已對目標(biāo)分析、課程內(nèi)容安排更熟練、更科學(xué)，并且，通過任務(wù)目標(biāo)導(dǎo)向的STEAM課程學(xué)習(xí)，學(xué)生的跨學(xué)科知識以及多種技能都得到了大幅度提升：

1.學(xué)習(xí)者掌握了STEAM各方面的知識技能

從課堂觀察、任務(wù)完成情況來看，所有小組成員都能夠順利完成知識技能的學(xué)習(xí)，并予以應(yīng)用。

2.學(xué)習(xí)者的計算思維有顯著提升

對學(xué)習(xí)者計算思維各維度：創(chuàng)造力、邏輯思維、批判思維、問題解決、合作能力進(jìn)行檢測，結(jié)果表明各個方面均值都有明顯提升。由于本次實踐數(shù)據(jù)都是基于較優(yōu)秀學(xué)生采集，在后續(xù)的研究中將通過增加各層次實驗對象來驗證數(shù)據(jù)的代表性。

3.學(xué)習(xí)者在課程后的STEAM職業(yè)興趣明顯增加

經(jīng)過一個學(xué)期的STEAM課程學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)者的STEAM職業(yè)興趣顯著增加。通過對十名學(xué)習(xí)者進(jìn)行問卷調(diào)查，結(jié)果顯示有九名學(xué)習(xí)者希望將來從事STEAM相關(guān)方面的工作，比例高達(dá)90%。

五、結(jié)語

基于核心素養(yǎng)構(gòu)建STEAM課程，有助于明確教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)策略，把握整體教育實踐方向，促進(jìn)學(xué)生核心素養(yǎng)的養(yǎng)成。本研究從教學(xué)實踐出發(fā)，通過成功的教學(xué)案例，明確面向核心素養(yǎng)構(gòu)建的STEAM課程，能夠促進(jìn)學(xué)生知識、技能及態(tài)度的培養(yǎng)，助力品格和能力的養(yǎng)成。本課程研究目前還只是面向?qū)W校的興趣小組等較優(yōu)秀學(xué)生，數(shù)據(jù)采集還不是十分完整、完善，后續(xù)將擴(kuò)大STEAM課程的實施范圍，增加各層次實驗對象，以獲得更加科學(xué)、有代表性的實驗數(shù)據(jù)。