基于小學生高階思維培養(yǎng)的STEM超學科課程開發(fā)與實踐

■ 高 峰 王慧妍

一、問題的提出

伴隨著時代的發(fā)展，教育的育人方向和育人目標也不斷發(fā)生著改變。這種改變表現(xiàn)在兩個方面，一是教育更加關注“人”作為主體的自然發(fā)展規(guī)律和深度發(fā)展需求，二是更加關注社會時代發(fā)展對于人才培養(yǎng)的需求。兩個方面結合，便要求教育要從過去“整齊化一”“單向培養(yǎng)”的模式中走出來，走向個性化培養(yǎng)、深度培養(yǎng)和綜合培養(yǎng)的教育變革。而依據布魯姆的教育目標分類學，目前我國的中小學教育現(xiàn)狀大多仍然局限在學生低級認知水平培養(yǎng)的范圍內，如在分科學習的課堂教學中“記憶、理解、運用”比較多，但“分析、評價、創(chuàng)造”比較少。這種分科教學模式在為學生夯實了多領域基礎的同時，也限制了知識與技能的綜合運用，限制了學生綜合素養(yǎng)的形成，很難為學生提供創(chuàng)新實踐的平臺和機會。因此，通過對學科的跨越和融合來培養(yǎng)具備綜合能力和核心素養(yǎng)的學生成為我們探究的方向。

STEM教育作為培養(yǎng)學生高階思維與核心素養(yǎng)的優(yōu)秀范例，被世界認可，也走進了中國。近年來，我校依托STEM教育理念，結合學校的科技特色，在學?！坝袢恕び恕毙腋＝逃n程體系中的實踐課程領域，建構了校本化的STEM超學科課程。力圖通過這種新型的課程形態(tài)，突破目前分科教學的壁壘，完善學校從基礎到拓展再到實踐的梯度式育人課程體系，使學生在最高級別的課程——實踐課程中得到更深遠的發(fā)展。

二、小學STEM超學科課程架構

（一）概念界定

在引入與吸納STEM教育的過程中，我校充分考慮了它在“移植”過程中如何適應本土、本校校情的問題，結合超學科理念，著力辦出有特色的STEM教育。在2013年全國科學技術名詞審定委員會公布的教育學名詞中有這樣一個課程定義，即超學科課程（transdisciplinary curriculum）是“不考慮任何特定學科的背景，強調以某一學習經驗或者以自然、社會問題為主題來組織課程內容和學習活動的課程。是一種徹底的整合課程”。[1]我校將超學科理念與STEM進行整合，形成了基于STEM理念的校本化課程體系，并提出了我校關于超學科課程的操作性定義，即基于“學科課程”的、統(tǒng)合“學科課程”的、超越“學科課程”的課程，以問題為驅動，以“自主、合作、體驗、探究”為學程，以培養(yǎng)學生高階思維和核心素養(yǎng)為目標的一種新的課程形態(tài)體系。

（二）目標定位

按照“知行合一、格物致知、學以致用”的原則可以對學?！坝袢恕び恕毙腋＝逃n程體系解讀如下：認知與情感平行發(fā)展，同時作用于行為。因此，在經由基礎到拓展到實踐課程的過程中，認知、情感和行為呈現(xiàn)相互影響又不斷發(fā)展的趨勢，課程級別越高，學生認知與情感的應用發(fā)展也逐漸增多，更多豐富的、良性的認知與情感將支撐學生形成更多正向積極的行為。這也是實踐課程的意義所在。由此，學生才更有能力去面對未來不可確定的生活，在構建自我的過程中，為未來擁有幸福生活的能力而積蓄力量、奠定基礎。

因此，超學科課程作為學校課程體系中的實踐課程，也同樣以“育全人”為己任，明確了它有別于傳統(tǒng)學科課程的目標定位。在學生原有的學科課程基礎之上，通過統(tǒng)合和超越多個學科課程內容來設計驅動性問題，使其成為學生解決真實問題的過程。因此，確定了超學科課程的兩個目標維度，即學生素養(yǎng)維度和哲學問題維度。

圖1 超學科課程二維目標圖

基于自身的課程特點，學校對于中國學生發(fā)展核心素養(yǎng)的三個領域六大素養(yǎng)18個要點進行了重新劃分與解讀。具體分為思維、方法與情感三個方面。

圖2 超學科課程學生素養(yǎng)維度目標圖

哲學理論認為，人類主要應該解決的是人與自然、人與社會、人與自我的關系。根據人類的認知特點以及自然發(fā)展規(guī)律，我們將這三個領域的問題又進行了層級劃分。每個領域都包含三個層級，即了解與尊重，珍視與保護，優(yōu)化與改造。

（三）超學科課程設計原則

1.與基礎學科相銜接。要想實現(xiàn)超學科，原來的學科課程不可跳過和忽視，它是超學科的基礎。因此，在課程設計時，首先要統(tǒng)籌梳理和分析每個年段學生在每個學科領域所能達到的水平與能力，在此基礎上，再去合理設計讓學生能“跳一跳，夠得著”的課程。課程目標與難度既不能過低，也不能過高。

2.面向全體。設計面向全體學生的課程，不是社團類的精英培養(yǎng)課程，而是具有普適性的、有助于全體學生提升思維水平和核心素養(yǎng)的課程，參與者皆從中有所收獲。

3.個性化。課程設計還要體現(xiàn)開放性、層次性和多元性。即在課堂上，學生可以根據自己的個性特長、興趣愛好完成不同的任務或者開展有選擇性地自主探究與創(chuàng)造。

4.關注過程。在這個課程里的學習，沒有“成功與不成功”的概念，沒有“滿分與不滿分”的評價，而是關注學習過程中每個學生的思維、情感和行為的變化，這才是課程的真正意義。

5.統(tǒng)合時空。為了保證有充足的探究時間，在課程設置上也打破了時空界限，建設專屬課程基地，構建開放式學習空間。利用一個上午或下午四課時的時間完成一個項目的探究，中間沒有鈴聲，只有不同的功能空間，學生依據探究流程按需而動，選擇到某個空間完成某項任務。

6.情境導入。考慮到小學生的年齡特點，每個學年的課程設計以故事情境貫穿，通過設計一個個充滿智慧的故事為問題線索，驅動學生一個學年、8個半天的學習。

7.項目式學習。采用“項目式學習”方式，結合時間和空間設計的實際情況，來進行課程設計。

三、小學STEM超學科課程實踐路徑

（一）課程設計

1.課程設置與內容。學校將中科院一個獨立的校區(qū)建設成為專屬的超學科課程實踐基地，命名為“小螞蟻夢工廠”。超學科課程依托這一學習空間的設計，針對學校三至六年級不同學生設計一個個充滿智慧的故事為問題線索，驅動學生在“夢工廠”完成一次不斷探索、創(chuàng)新創(chuàng)造、高級認知的學習之旅。每個年級一個主題，每個主題共8個課時，分兩學期完成；每次課3.5個小時（一個上午或下午）；每學期4次課（合計相當于常規(guī)的16課時）。

例如，四年級的學年大主題是“移居月球”，其中包括月球探夢、一飛沖天、飛船降落、能源獲取、家園奠基、智能生態(tài)、宜居空間、基地落成8個小主題；五年級的課程大主題是“能源家族”，其中包括探秘電池、跳舞精靈、神奇懸浮、陽光玉泉、一飛沖天、誰的力量、點水生花、選擇指南8個小主題，分上、下兩個學期完成。

2.課程學習方式。對于每一個小主題，學生要經歷三個板塊的學習，即課前探索、課上探究和課后延展，每一個環(huán)節(jié)在不同的空間完成。

板塊一：課前探索

準備（課前課下）：學生在課前一周拿到下一個研究主題的課前探索單。通過上面的問題指引，提前完成資料查找，了解主題與背景，并確定自己感興趣的問題方向。

板塊二：課上探究

討論（討論空間）：學生進入“螞蟻夢工廠”，根據搜集的信息等，進行分組討論，形成本組的觀點、主要內容、追求的目標、創(chuàng)意的結構等，即對預期的成果進行預設和設計。

設計（設計空間）：根據討論的結果、達成的預期追求，進行概念設計，可以畫圖，可以通過電腦軟件，可以用文字寫出來等，即通過虛擬過程將研究的結果設計出來。

物化（物化空間）：將研究的結果進行加工、制作、改造等，將設計的概念作品物化。

發(fā)表（展示空間）：這是一個分析、評價的過程，將同一作品進行比較，獨創(chuàng)作品可以與其他作品進行比較等，讓學生找到自己作品的成功之處、失敗之處，原因是什么，問題是什么，進一步改進的措施是什么等，通過演講、實物觀摩、拆分、比較、衡量、評估等，對作品做出界定和評價。

板塊三：課后延展

延展（課后課下）：一次課的結束，并不意味著研究的結束。因此，每次課都設計一個課后延展的問題，是與本主題相關的深度或廣度問題，去激勵學生帶著興趣和求知欲將研究延伸到課后和家庭，并鼓勵學生上交課后延展的項目成果。

（二）教學體系設計

超學科課程有別于傳統(tǒng)的學科課程，它的綜合性、開放性、創(chuàng)造性和生成性對教師和教學提出了更高的要求。因此，為了更好地落實課程，生成有效教學，設計了閉環(huán)式、生態(tài)化的配套教學體系。每一個小主題即小項目，教師要進行細致的備課，撰寫教學設計，形成教學資源包。教學資源包包括項目概覽、學習指導、學習資源包、學生活動手冊以及作品預設。這一系列內容為學生有效學習提供有力的支撐與保障，為學生在每個環(huán)節(jié)中的學習提供各種各樣的給養(yǎng)。而學生的學習效果和反饋又能夠很好地促進教學反思，從而進一步優(yōu)化課程設計。

項目概覽主要用于確定研究主題和情境，研判項目實施的可行性以及要研究的主要問題；預設學生在課上可能遇到的問題和生成的成果；明確學習所需的資料和工具，以及學生的知識儲備和能力發(fā)展目標。

學習指導，包括學生學習過程設計以及老師指導性教學策略的設計，即學生在每個環(huán)節(jié)用何種方式學習，教師針對學生每個環(huán)節(jié)的學習采取何種指導形式和指導內容。

學習資源包，即教師根據研究項目提前為學生準備的與之相關的學習資源，如新聞、視頻、文章、操作方法指導等，學生在不同的學習環(huán)節(jié)可以去資源包中尋找自己所需要的信息。避免了學生在網上漫無目的搜尋浪費時間和精力，有助于學生提高學習效率。

學生活動手冊，是學生進行項目式學習的腳手架。在活動手冊的引領下，學生可以一步步井然有序地完成整個項目。

作品預設，是指教師對于本項目先預設出可能生成的作品，并盡量制作出來。這是要求老師要對自己的項目了然于胸，以便于更有針對性地對學生提供指導與幫助。另外，因為本課程中，學生最終生成的作品不是統(tǒng)一的，是豐富多彩的、開放的。所以這樣的課程對習慣于傳統(tǒng)教學的老師來說也是極大的挑戰(zhàn)。在培養(yǎng)學生創(chuàng)新性思維的同時，教師也同樣要具備這樣的思維和能力。所以，這一做法也是培養(yǎng)教師具有創(chuàng)新思維的好辦法。

為了保障課程的優(yōu)質高效運行，組建了“超學科”學術委員會，由有著不同學科背景的教師構成專職的課程研發(fā)及實施團隊，并實施“三研”教研策略。一是研課。分為四個步驟，即共享說課、磨課評課、翻轉上課、反思議課。另外，制定“主題研究課”制度，即確保在每個年級每一次開設新主題的一輪課程中，每位教師要做一節(jié)研究課，同伴互聽，互評。二是研技。超學科的學科特點決定了教師必須具備多學科的知識與技能，而這正是一個“后天組合”的團隊所欠缺的。因此，組織教師進行各項技能的培訓。三是研學。通過外出學習、聘請專家，讀書研習等多種途徑，研究學習國內外STEM、PBL、創(chuàng)客等教學理念及方法，不斷豐富理論基礎與實踐經驗。

（三）課程評價

1.教師教學評價。課程實施過程中，對于教師及教學情況實行多元評價。通過學術委員會、第三方評價機構、師師間、學生及家長等多個評價主體，以“個人學術積分”“期末教師測評”“調查問卷”等多方式來對教師及教學進行全方位、多維度的評價。以上評價結果最終都整合量化為數值，作為教師績效考核、評職晉級的依據。另外，設計的“超學科課程實施與學生學習情況調查問卷”中不僅包含對課程實施的評價，還包含對學生知識、技能、方法、思維、情感等方面的評價監(jiān)測，以此數據來檢驗教學效果，起到優(yōu)化改進教學的目的。

2.學生學習評價。對于學生的評價，包括質性評價與量化評價兩種。量化評價，即學生在超學科課程學習中都有自己的成績單，這里的成績可能來源于完成了“課前探索”或課后延展的任務，完成了作品等。而質性評價則包括課上互評和自評，即在成果展示時，其他學生會對其作品進行相對客觀的評價，并提出改進意見。而自評則是每節(jié)課后附的評價表，是引導學生進行自評和互評的工具。最終，評價結果將以《玉泉學子追星計劃》為依托，將他們所獲得的星星記錄到期末的追星計劃中，一并計入《學生發(fā)展護照》。

四、成效與反思

超學科課程的實踐與研究取得顯著成效。一是突破了學科教學育人難題，學生的高階思維水平得到發(fā)展。在超學科課程形態(tài)下的學習，學生不斷體驗和經歷分析、評價、創(chuàng)造的學習過程，頻率遠遠高于傳統(tǒng)課堂。如近兩年在全區(qū)的小學畢業(yè)生學習品質測評中，我校學生學業(yè)質量和非學業(yè)質量均處于第一象限中。非學業(yè)質量的八個維度及非學業(yè)綜合成績皆位居全區(qū)前列，處于雙優(yōu)區(qū)。二是在學生核心素養(yǎng)培養(yǎng)方面取得了明顯效果。在完成項目研究的過程中，基于PBL的學習方式讓每一個學生都能參與到真正的自主探究中來，在為實際生活、為社會、為人類、為自然破解難題的過程中，理性思維、批判思維、勇于探究的能力，勞動意識、解決問題的能力、責任意識、家國情懷等品質皆以潤物無聲的方式作用于學生。三是激發(fā)了學生的創(chuàng)新意識與創(chuàng)造熱情。在關于超學科課程的學生調查問卷中，97%的學生表示喜歡這一課程，84.5%的學生表示“可以自己動手實踐創(chuàng)造”是喜歡這一課程的理由。四是促進了教師綜合素養(yǎng)的提升，助力教師專業(yè)發(fā)展。每一位教師在課程研發(fā)、備課、上課的過程中，都經歷了跳出單一學科、廣泛涉獵、篩選提取、整合研判、邏輯分析、創(chuàng)新創(chuàng)造等過程。因此，他們實現(xiàn)快速成長，三年的時間內，“超學科”團隊孕育出了兩名海淀區(qū)學科帶頭人、一名區(qū)骨干、一名見習教研員。五是優(yōu)化了學校辦學品質，學校社會影響力不斷提升。

當然，STEM課程理念在中國以及每個學校的本土化、校本化落地與實施，還有很長的路要走。目前，我們以超學科課程為依托探索并踐行這一理念，取得了可喜的效果，但仍然覺得不足。對于學生的高階思維發(fā)展和核心素養(yǎng)培養(yǎng)而言，還是“吃不飽”的狀態(tài)。所以今后，我們將努力為學生提供更多的時空和平臺，在充分利用學科實踐活動課時的基礎上，在進一步整合多學科、超越多學科的基礎上，在豐富完善“超學科”課程的基礎上，加大上課的頻率和次數，讓學生們能夠在這種課程樣態(tài)中盡情汲養(yǎng)，盡情生長。