基于3SE模型的STEM教育區(qū)域發(fā)展模式探索

【摘 要】STEM教育區(qū)域推廣是促進區(qū)域教育公平、提升區(qū)域教育質量的根基。筆者結合在深圳市鹽田區(qū)開展的STEM教育實踐，提出了一種適合區(qū)域開展STEM教育的課程設計模型——“3SE”模型（包括情境導入、職業(yè)體驗、科學探究、工程制作、匯報展示、評價反思六個環(huán)節(jié)）。該模型在鹽田區(qū)進行了大范圍應用，實踐效果顯著。

【關鍵詞】3SE模型;STEM教育;區(qū)域發(fā)展模式

【中圖分類號】G434? ?【文獻標識碼】B

【論文編號】1671-7384（2022）07-030-03

STEM是四門學科Science（科學）、Technology（技術）、Engineering（工程）和Mathematics（數(shù)學）的英文單詞首字母的統(tǒng)稱。STEM一詞的誕生，可以追溯到20世紀80-90年代美國政府對于國民科學素養(yǎng)培養(yǎng)方面的反思，即如何鼓勵更多的學習者在職業(yè)發(fā)展上選擇STEM的相關專業(yè)以及提高國民的科學素養(yǎng)。中國學生發(fā)展核心素養(yǎng)要求學生在學習、理解、運用科學知識和技能等方面所形成的價值標準、思維方式和行為表現(xiàn)[1]，具體包括理性思維、批判質疑、勇于探究等基本要點。從國際經(jīng)驗中，我們可以看出STEM 教育作為培養(yǎng)學生探究能力、批判思維能力以及與人溝通的能力的載體，具有非常好的效果[2]。STEM教育對中國在2030年躋身創(chuàng)新型國家的前列，2050年成為世界科技創(chuàng)新強國顯得尤為重要。

問題的提出

隨著政策推進、教育理論和信息技術的發(fā)展，STEM教育逐漸走進校園。STEM教育具有明顯的跨學科特征，注重通過學生的直接操作，實現(xiàn)深度學習，雖然僅從內容上看，STEM教育目前從幼兒園到高中，每一個階段都是存在的，但由于缺少國家戰(zhàn)略高度的頂層設計、社會聯(lián)動機制不健全等客觀原因，STEM教育容易出現(xiàn)重“技能培養(yǎng)”輕“知識學習”、重“活動形式”輕“科學精神”、重“學習結果”輕“學習過程”等問題[3]，且目前各階段的內容不連貫，沒有完整打通的整體框架設計。有學者也嘗試提出一些中小學STEM課程模型或教育模式，但較少涉及區(qū)域性整體推進模式。

STEM教育區(qū)域推廣是STEM教育得以普及與發(fā)展的基礎，是促進區(qū)域教育公平、提升區(qū)域教育質量的根基[4]。近年來，浙江、江蘇、山東、河南以及北京海淀區(qū)、廣東深圳市等地陸續(xù)出臺政策文件，引導學校積極開展STEM教育，并結合數(shù)學、科學、信息技術、綜合實踐活動等學科內容，開展了一系列富有價值的課程教學創(chuàng)新。STEM教育成為推動區(qū)域教育高質量發(fā)展的重要引擎和有力抓手。但區(qū)域推進STEM教育往往重安排部署輕落細落實，特別是在STEM課程建設上，很多地方往往采取全盤國外引進，缺乏結合實際的自主開發(fā)。區(qū)域開展STEM教育一定要根據(jù)自己的實際情況，從所處地域、城鄉(xiāng)環(huán)境、區(qū)域特色、學校規(guī)模、師資情況等因素加以考慮。要在STEM課程本土化、校本化上做足工作。區(qū)域推進STEM教育既要有先進理念支撐，又要根植于家鄉(xiāng)大地，找到適合自己發(fā)展的教育土壤。

基于國家新時代基礎教育改革發(fā)展新要求，根據(jù)STEM教育的核心內涵和實踐要求，深圳市鹽田區(qū)以學校特色發(fā)展、教學方式變革、綜合素養(yǎng)培養(yǎng)等方面的需求為導向，以政策文件、配套經(jīng)費、師資培訓、評價導入為制度保障，通過課題組、實驗校、專家顧問、教科院領導、教研員、校長和教師等各層面相關人員的通力合作，最終將未來教育理念落實在課題、課程、課堂等方面，以此推進區(qū)域STEM教育的開展，撬動區(qū)域學習方式的漸進變革、整體變革、系統(tǒng)變革。

3SE模型的內涵

結合前面對于STEM教育模式和課程模型的理論探討，筆者結合在深圳市鹽田區(qū)開展的STEM教育實踐，提出了一種適合區(qū)域開展STEM教育的課程設計模型——“3SE”模型（圖1）。這一框架由六個環(huán)節(jié)構成，分別是：情境導入（Scenario），職業(yè)體驗（Experience），科學探究（Science），工程制作（Engineering），匯報展示（Showcase），評價反思（Evaluation）。

情境導入：這一環(huán)節(jié)由指導教師從真實情境出發(fā)引出問題，引發(fā)學生思考。3SE模型中的問題是概念不完整或結構不完整（劣構）的，并且能夠使學生發(fā)現(xiàn)或者定義問題的某些方面。

職業(yè)體驗：這一部分內容可以提供在情境導入階段沒有獲得或無法獲得的信息，從真實的職業(yè)出發(fā)，幫助學生獲得問題的同理心，為設計真實的解決方案做準備。

科學探究：科學探究作為一個問題解決的過程，讓學生可以建立真實問題與學科知識之間的連接。學生將以探究過程中獲得的事實證據(jù)來解釋情境中的問題，從而闡明解決問題的途徑。

工程制作：學生將在這一部分內容中使用技術工具和資源來制作工程項目，以人工制品來解決真實境脈中的問題。這部分中可以使用的技術工具涵蓋但不限于信息技術、人工智能、機械加工等范圍。

匯報展示：學生將以不同形式在這一部分中展示自己在課程中獲得的知識技能和解決問題的方法。

評價反思：這一環(huán)節(jié)將支持教師和學生對課程中的個人表現(xiàn)進行反思與評價。學生需要思考并評價自己是否在充分的協(xié)商與交流過程中完成了知識建構。

在“情境導入”和“職業(yè)體驗”階段，為學生創(chuàng)設以學生為中心的學習環(huán)境，激發(fā)學生對于問題的好奇心和主動性;組建學習共同體，并引入專業(yè)性資源和社會協(xié)商，促進學生的社會性知識建構。在“科學探究”和“工程制作”階段，開展探究活動，進行專業(yè)知識收集和建構性互動，引導學生發(fā)現(xiàn)并理解科學原理，幫助學生分析并解決工程問題。在“匯報展示”和“評價反思”階段，學生呈現(xiàn)作品，根據(jù)自我評價和獲得的他人反饋對學習的過程和取得的結果進行反思;另外，教師自己對于課程設計過程，以及是否將工程設計的系統(tǒng)概念和過程（如澄清問題、建模與可行性分析等）融入STEM項目學習也需要進行反思。

目前的“3SE”模型是建立在先開展“科學探究”再進行“工程制作”的流程基礎上展開的。這一模型的適用場景是：學生針對問題本身，開展科學方面的探究與發(fā)現(xiàn)，得到相關問題的科學結論;并以結論為依據(jù)，針對某一工程問題進行分析，設計解決方案并進行原型設計。在某些真實場景下，需要以工程制作的制品支撐科學探究，或需要經(jīng)歷多輪的科學探究與工程制作。這些做法從理念上，都符合“3SE”模型框架的設計思路，在此不再一一贅述。

3SE模型的案例應用

我們以“圖書館保衛(wèi)計劃”為例，介紹基于3SE模型的STEM課程設計思路與實施流程。“圖書館保衛(wèi)計劃”是深圳市鹽田區(qū)云海學校師生開發(fā)的一門STEM課例。課例基于云海學校的地理環(huán)境背景：學校依山傍海而建，常年氣候濕潤，獨特的地理位置和氣候條件在帶來優(yōu)美校園風景的同時，也對學校設施設備的存儲特別是圖書館書籍維護提出了更高要求。針對圖書館書籍容易受潮發(fā)霉的問題，學生們提出假設，展開探究并設計方案嘗試解決，通過STEM模式學習完成知識建構和能力發(fā)展。

在“情境導入”環(huán)節(jié)，學生通過查閱資料，了解圖書館的基礎知識，并對圖書館書籍受潮情況進行實地考察;結合實地考察所產(chǎn)生的疑問，進一步查找相關資料進行問題溯源與思考;結合小組的思考，討論并且盡可能多地提出相關假設，使用思維導圖進行整理，初步構建可行的解決方案。

在“職業(yè)體驗”環(huán)節(jié)，教師帶領學生走訪和探究鹽田區(qū)圖書館，了解全世界著名圖書館的現(xiàn)狀和歷史;帶領學生體驗圖書管理員工作，并了解大型圖書館的防潮措施;邀請氣象局專家與學生分享天氣濕度的相關知識，鼓勵各研究小組根據(jù)自己的研究問題進行自由提問;通過自我體驗與專業(yè)資源幫助學生對問題進行更加完整的定義。

在“科學探究”環(huán)節(jié)，教師帶領學生經(jīng)歷科學探究的一般過程、通過自我探究建構科學知識并得出問題解決的方法。學生通過開展實驗探究濕度對書籍的影響，總結出低濕度、高濕度的優(yōu)缺點，以及最適宜保存書籍的濕度范圍;討論測量環(huán)境濕度的方法和原理，比較多種濕度計在圖書館環(huán)境下使用的優(yōu)缺點，同時從幾個方面比較濕度傳感器與干濕球的性能、電容式濕敏元件和電阻式濕敏元件的性能，收集相關信息并開展實驗，對比其性能并制作濕度計以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的濕度計。

在“工程制作”環(huán)節(jié)，基于調查研究和科學探究得出的結論，結合已經(jīng)學過的編程知識和建模與激光切割等技術，學生實現(xiàn)制作本地顯示、云端監(jiān)測、自動報警的圖書館環(huán)境濕度監(jiān)測裝置。制作過程具體包括六個步驟：（1）了解和掌握CocoMod電子元件（主控模組、WIFI模組、環(huán)境模組、屏幕模組、轉接模組）以及CocoBlockly編程工具的使用方法;（2）結合實地應用場景設計并制作圖書館環(huán)境濕度監(jiān)測裝置的外觀;（3）構思對于裝置的控制方案，結合探究結論編寫程序實現(xiàn)設置的功能;（4）收集材料，完成原型制作;（5）分享作品，交流心得;（6）進行原型測試與裝置改進。除了制作關鍵作品，學生們還集思廣益，提出了多元化的解決方案，如增加電子圖書、制作無酸紙盒，以及與傳統(tǒng)文化相關的蕓香草精油噴霧等。

在“匯報展示”環(huán)節(jié)，學生自行設計并表演了舞臺劇“向新同學介紹云海圖書館”，分享項目的開展過程及自己獲得的知識與技能。教師總結了項目實施中對于STEM課程設計的理解和自己的教學實踐及反思。

在“評價反思”環(huán)節(jié)，教師出示了總結性的評價量表，學生以小組為單位通過“教師評價+小組互評+組員自評”的評價方式完成對項目開展過程中學生知識技能和關鍵能力的評價。學生將結合評價結果，回顧自己的項目式學習過程，思考自己今后的學習行為。

3SE模型的區(qū)域實踐效果

結合區(qū)域特色和學校特點，筆者在鹽田區(qū)組織開展了基于3SE模型的STEM課程設計活動。經(jīng)過三年多的實踐，取得顯著效果。鹽田區(qū)緊緊抓住項目式學習的核心要義，堅持面向真實生活，在長期實踐中構建了體現(xiàn)項目特色的區(qū)域課程體系及項目學習的區(qū)域實踐模式[5]。我們研發(fā)出了基于學科（Academic）、情境（Scenario）、生活（Real-life）的STEM教育區(qū)域實踐模式，簡稱ASR-STEM模式，并針對每一種模式研發(fā)出具體的實施路徑;立足學校緊抓學科資源，放眼校外深挖社區(qū)資源，初步構建了“學科+社區(qū)”資源驅動型STEM特色課程框架;融合并借鑒當今國際上先進的STEM教育理念和教育模式，研發(fā)了一套適合中國3-15歲孩子在家庭中開展的項目式學習活動操作指引——“家庭項目式學習六步曲”，即尋找主題、制定規(guī)則、查閱資料、動手制作、展示分享、總結反思。我們還根據(jù)項目式學習的核心內涵和實踐要求，逐步摸索出一條區(qū)域整體開展STEM教育的實踐路徑。

注：本文系全國教育科學“十三五”規(guī)劃教育部重點課題“基于STEM教育理念的跨學科學習模式區(qū)域實踐研究”（課題編號：DHA180363）的研究成果

參考文獻

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