STEM跨學科主題學習課程的實施

姜 勇，宋 玲

（甘肅省通渭縣第一中學，甘肅通渭 743300）

STEM 跨學科主題學習是一種在高中教育領域引入和實踐時間還不長的新模式，很多教師都還處于摸索階段，對于設計和實施跨學科主題學習課程還缺乏完備的實戰(zhàn)經驗。STEM跨學科主題教育的本質是聯(lián)合科學、技術、工程、數學等方面的知識技能和組織活動形式，主抓外延發(fā)展學生的創(chuàng)新實踐力和學習體驗。對此，教師有必要明晰實施STEM 跨學科主題學習課程的意義與路徑，把STEM 要素貫穿開發(fā)、應用跨學科主題學習課程的全過程，從而助力學生突破學科界限，實現(xiàn)多向健全內在能力品質。

一、實施STEM 跨學科主題學習課程的意義

STEM 是科 學（Science）、技術（Technology）、工程（Engineering）、數學（Mathematics）四個學科的概括縮寫，近年來STEM 教育理念在高中教學領域備受推崇，基于STEM 思想開展跨學科主題教學是教師當前需要加緊落實的教學改革任務。但是很多教師都沒有認知構建跨學科主題課程體系對完善高中生個性化思維及跨學科探究意識的深刻價值。實施STEM 跨學科主題學習課程的意義主要有以下三個方面。

（一）增強學生疊加運用綜合知識解決實際問題的素質

現(xiàn)階段雖然高中每個學科都在緊鑼密鼓地開展教學優(yōu)化工作，但是學生的知識技能還是浮于理論層面，學科交叉思維、疊加運用綜合知識技能解決實際問題的素養(yǎng)都偏弱，導致高中教育體系改革效力大大減弱。實施STEM 跨學科主題學習課程可以改觀上述不良教學現(xiàn)狀，STEM 教育的核心理念就是引領學生開展多學科融合的主題課程探索，如教師在編制主題課程方案時可以同時引入科學、技術、工程以及數學領域的思想和研究方法，啟發(fā)學生綜合運用跨學科知識技能的思維，勢必能顯著增強學生解決實際問題的素質。

（二）驅動學生協(xié)調提升交流、合作、創(chuàng)新等能力

新高中教學改革目標是完善學生的關鍵能力品格、助力學生成才和個性化發(fā)展，以往的教學和課程體系很難滿足學生的多樣性需求，制約著高效攻克教學改革目標。STEM 跨學科主題課程和教學模式最突出的功用就是激活學生的交流互動興趣以及合作創(chuàng)新精神，能幫助高中生協(xié)調提升各項能力，如教師通過構建情境、任務、項目等形式組織學生開展跨學科主題探究活動，能促進學生在群體協(xié)作的過程中互助學習、交流思考、共同發(fā)展和創(chuàng)新，扎實強化學生跨學科以及協(xié)同創(chuàng)新的素養(yǎng)。

（三）集中整合運用現(xiàn)代化教育理念和技術資源

高中生通過STEM 跨學科主題課程學習獲得的探究體驗是傳統(tǒng)課程模式難以媲美的，STEM 跨學科主題學習課程具備的情境性、設計性和技術增強性十分為人稱道。教師在實施STEM 跨學科主題學習課程時可以借助新技術和前沿工具呈現(xiàn)主題項目，還可以發(fā)動學生應用信息技術工具獲取跨學科主題研究資料，集中整合運用現(xiàn)代化教育理念和技術資源，從而為跨學科探索提供更充裕的技術支持。

二、實施STEM 跨學科主題學習課程的路徑

（一）圍繞STEM 教育要素精心設計跨學科主題課程方案

實施STEM 跨學科主題學習課程對高中生成長發(fā)揮著積極的影響，學校和教師要緊密圍繞STEM 教育要素精心設計跨學科主題課程方案，保證在規(guī)劃、創(chuàng)新多學科教學過程中滲透STEM 教育理念，進而提升實施跨學科主題學習的前瞻性和科學性，具體措施如下。

1.分析整合高中階段的STEM 跨學科主題學習課程資源。學校要組建獨立的STEM 跨學科主題學習課程教研隊伍，成員包括每個年級涉及STEM 教育的所有學科教師。教研隊伍要分析整合包括數學、化學、物理、生物、信息技術、通用技術、地理、藝術等科目在內的課程資源。教研成員在設計跨學科主題課程方案時要重點分析如何交叉運用多學科領域知識技能，如在設計數學跨學科主題學習課程時，其他學科教師就可以提供一些適用于數學STEM 主題教學的思路和內容，如信息和通用技術軟件工具、物理模型、化學STSE 案例、地理地圖等，然后把這些學科資源應用于實際執(zhí)行數學跨學科主題課程，如借助地理地圖為學生設計數學應用類問題，融合信息化軟件計算和地理測量等跨學科技能，引導學生在跨學科主題學習過程中交叉運用多項技術和技能，提高設計STEM跨學科主題學習課程方案的質量［1］。

2.拓寬STEM 跨學科主題學習課程的來源和設計形式。除了本校教研隊伍自主設計和編研STEM 跨學科主題學習課程之外，各學科教師還應當開發(fā)利用互聯(lián)網+云教育資源，可以登錄網絡教育平臺和論壇篩選、下載一些形式新穎、含有STEM 教育要素的主題課件，并根據本校的實際條件和資源情況適度進行調整，如教師想查找有關科學內容的STEM 跨學科主題課件，而符合條件的成型課件較少，但是本?？茖W學科的施教條件較優(yōu)渥，那么教師在調整STEM 跨學科主題課件時就可以多增設一些科學案例和科學小實驗，避免浪費校本資源。在拓寬設計STEM 跨學科主題學習課程方案的形式時，教師應當根據學科教學大綱和標準多以項目、任務、實際問題、實踐探究等活動形式給學生發(fā)布STEM 跨學科主題研究內容，如在研究物理主題時，教師可以應用一些物質學科、生命科學領域的資料引入探究問題，然后再借助物理基礎知識和工程技術分析解決問題，這樣在設計跨學科主題學習課程方案時就能有效體現(xiàn)和應用STEM 教育要素。

（二）加強應用信息技術，拓展跨學科主題學習資源

信息技術在實施STEM 跨學科主題學習課程中發(fā)揮著重要的作用：一方面，先進的信息設備可以直觀呈現(xiàn)STEM 主題研究情境，激活學生參與探索跨學科主題課程的熱情；另一方面，信息資源中有取之不盡的STEM 教育所需的科學、技術、工程、數學等領域的材料和技術軟件工具，能幫助高中生拓展跨學科主題學習資源，具體應用信息技術的路徑如下。

1.創(chuàng)設STEM 跨學科主題信息化情境。信息化情境可以迅速凝聚學生研習STEM 跨學科主題學習課程的思維專注力，教師可以依照STEM 跨學科研究主題為學生展示種類豐富的信息化情境素材，如借助圖片、短視頻等形式給學生介紹在科學技術領域應用數學、物理、化學概念知識的實例或采用影視劇、音頻材料等為學生講述學科發(fā)展史、科學家的研究故事等。學生在信息化情境中能深入了解跨學科知識，教師順勢導出主題學習課程，學生探究效果勢必能突飛猛進。

2.組織學生根據STEM 課程主題自主搜集、整合信息化學習資料。技術是STEM 的教育要素之一，良好的信息素養(yǎng)可以助力學生更便捷地解決跨學科問題，因此教師應當給學生多提供一些使用信息工具搜集、整合跨學科主題學習資料的機會。如某項STEM 跨學科主題課程涉及數學、科學等領域的拓展資料，學生初步了解STEM 跨學科主題課程內容之后，教師可以提出問題：“同學們，要想完成跨學科主題課程探究目標需要用到哪方面的資料？”學生交流之后作答：“數學和科學?！苯處熢僮穯枺骸澳敲慈绾文苎杆佾@取資料呢？”有學生搶答：“在網絡上搜索。”隨即教師發(fā)布搜集資料的任務：“下面就請同學們4-5 人結為一組，結合STEM 跨學科主題課程要求從互聯(lián)網上自主查閱相關資料。”此時教師要巡視指導學生在搜索框內輸入課程主題關鍵詞，然后從搜索出的海量信息中認真篩選滿足探究需求的科學和數學資料，教師要肯定各小組搜索資料的成果，強化學生自主搜索、整合信息資源的技能，高效、便捷地解決STEM 跨學科課程任務，同步培育學生的信息素養(yǎng)和STEM 學習能力［2］。

（三）策劃跨學科探究，歷練學生協(xié)作解決問題的能力

高中階段實施STEM 跨學科主題學習課程十分考驗學生的探究能力和團隊協(xié)作精神，目前大部分學生的STEM 素質都偏弱，解決跨學科主題課程問題的技能有待增強，對此，教師應當加強策劃開展跨學科探究活動的比重，以任務型、項目化教學等形式把跨學科研究問題升級為真實具體的活動，組織小組、團隊學習，從而歷練學生協(xié)作解決問題的能力，具體實施探究活動的方式如下。

1.策劃發(fā)布以科學實驗為基礎的跨學科探究項目。STEM跨學科主題教學強調實踐性且涉及的多個學科都倚重實驗教學，所以教師應當多策劃發(fā)布以科學實驗為基礎的跨學科探究項目。從學生的日常生活、科學研究、社會生活中甄選真實的案例，如利用多媒體屏幕播放能自己跑起來的能量小車視頻，然后提出探究項目問題：“同學們，這輛小車能跑起來借助的是什么能量？其中涉及哪些知識原理？請大家展開合理猜想并說出依據?！睂W生分組交流之后認為驅動小車跑動的能量是太陽能，涉及太陽能驅動原理，學生通過認真觀察不難發(fā)現(xiàn)視頻中的小車有供能裝置。接著教師就可以發(fā)布跨學科實驗項目課題：“大家的猜想是否正確需要通過科學實驗來驗證，老師為大家準備了一些科學實驗器材，請大家分工合作，嘗試依照猜想親手設計制作一輛視頻中的能量小車。”此時，教師要先指導學生設計繪制能量小車的裝置圖紙，啟發(fā)學生從工程思維和太陽能驅動原理的方面展開設計和思考，然后按照圖紙組裝小車構件，組裝完畢之后再調試小車是否能正常跑動，最后按小組依次闡述其中的能量轉換和傳感原理。這樣既能提高學生的協(xié)作學習、手動實驗和科學探究能力，也能高效整合STEM 教育要素，達到實施STEM 跨學科主題學習課程的目標［3］。

2.策劃發(fā)布以整理、分析數據為基礎的跨學科探究項目。整理和分析數據具有跨學科的特點，適合作為重點策劃和開發(fā)的STEM 跨學科主題探究項目。教師在具體實施時可以指導學生根據主題課程學習需要自主獲取有關數據，可以讓學生從互聯(lián)網媒體中自主搜索和下載跨學科主題課程研究需要的調查數據，如針對數學、物理等學科的模型數據來說，教師可以引導學生使用測量儀、計算器等工具手動測量和計算獲取數據。學生自主合作完成收集和獲取跨學科課程數據之后，教師可以繼續(xù)指導學生編制數據統(tǒng)計表，如函數曲線圖、扇形、條形統(tǒng)計圖等，標注好數據門類，最后分析和解讀圖表中顯示的數據統(tǒng)計整理結果，如論述數據統(tǒng)計結果反映的現(xiàn)象和問題，概括其中蘊藏的跨學科概念、原理以及公式等，進一步增強學生STEM 跨學科協(xié)作探究的能力［4］。

（四）重視練習和反饋，提高STEM 跨學科教學的實效性

高中教學工作中引入STEM 跨學科主題學習課程還需要配套的練習與反饋機制，以便活化和鞏固學生的跨學科探究思維，完善學生的反思、質疑等能力，具體實施路徑如下。

1.用心制定STEM 跨學科主題練習任務。教師應當根據學生在STEM 跨學科主題探究過程中學到的知識技能制定隨堂練習任務，如學生通過信息技術課程掌握幻燈片的制作方法之后，教師就可以跟進設置STEM 跨學科主題練習任務：以介紹某科學家的背景信息為主題，鼓勵學生合作搜集與該科學家有關的背景資料，如畫像、照片和文本介紹等，然后選擇幻燈片板式，插入搜集到的內容，制作完之后再輪流放映和演示幻燈片，介紹科學家的背景信息及其突出的科研成果，有效深化學生的STEM 跨學科主題學習效果。

2.組織學生反饋、互評練習成果，交流共享跨學科學習經驗。學生初步分組完成STEM 跨學科主題練習任務之后，教師還要鼓勵學生積極反饋和質疑，大膽提出解決任務的過程中遇到的新問題，師生合力探討攻克這些問題。教師要發(fā)動各小組之間、生生之間互動評價STEM 練習成果，分享有價值的跨學科學習經驗，如查閱資料時發(fā)現(xiàn)的指導價值很高的工程學網站、科研資訊等，提高STEM跨學科主題學習課程的實踐成效。

三、結語

在高中教學工作中實施STEM 跨學科主題學習課程不但可以增強學生疊加運用綜合知識解決實際問題的素養(yǎng)，也能驅動協(xié)調提升學生的交流、合作、創(chuàng)新等能力，還能集中整合應用現(xiàn)代化教育理念和技術資源。教師要圍繞STEM 教育要素精心設計跨學科主題課程方案，拓展學生的跨學科學習資源，歷練學生協(xié)作解決問題的能力和創(chuàng)新意識，從而達到預期實施STEM 跨學科主題教學的成效。