STEM跨學(xué)科項(xiàng)目式教學(xué)活動(dòng)設(shè)計(jì)框架與實(shí)踐

郝鳳濤 董捷迎

［摘 要］跨學(xué)科學(xué)習(xí)是STEM教育的核心特征?？鐚W(xué)科課程教學(xué)、綜合實(shí)踐能力的培養(yǎng)成為當(dāng)今教育改革的熱點(diǎn)之一。STEM教育的實(shí)踐途徑指向跨學(xué)科知識(shí)的綜合運(yùn)用，本文采用基于STEM的教學(xué)模式進(jìn)行跨學(xué)科課程設(shè)計(jì)，依據(jù)“學(xué)習(xí)—實(shí)踐—應(yīng)用”一體化的教學(xué)流程，以項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的方式構(gòu)建探究式教學(xué)活動(dòng)，提出了STEM跨學(xué)科項(xiàng)目式教學(xué)活動(dòng)設(shè)計(jì)框架，并在小學(xué)信息技術(shù)活動(dòng)與競(jìng)賽專題課程中運(yùn)用，為培育具有“專能融合”的跨學(xué)科優(yōu)秀小學(xué)全科教師奠定基礎(chǔ)。

［關(guān)鍵詞］STEM；跨學(xué)科學(xué)習(xí)；項(xiàng)目式教學(xué)；設(shè)計(jì)框架

［中圖分類號(hào)］G42 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

跨學(xué)科學(xué)習(xí)是STEM教育的核心特征?？鐚W(xué)科課程教學(xué)、綜合實(shí)踐能力的培養(yǎng)已成為當(dāng)今教育改革的熱點(diǎn)之一。2016年教育部在《教育信息化“十三五”規(guī)劃》中明確提出，有條件的地區(qū)要積極探索信息技術(shù)在“眾創(chuàng)空間”、跨學(xué)科學(xué)習(xí)、創(chuàng)客教育等新的教育模式中的應(yīng)用。2017年教育部印發(fā)《義務(wù)教育小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》，倡導(dǎo)跨學(xué)科學(xué)習(xí)方式，建議教師可以在教學(xué)實(shí)踐中嘗試STEM教育。2020年7月，教育部印發(fā)了《中小學(xué)教師培訓(xùn)課程指導(dǎo)標(biāo)準(zhǔn)》，把STEM課程與開(kāi)發(fā)納入教師文化知識(shí)學(xué)習(xí)研修主題，彰顯了STEM 教育的重要地位。教育部在2022版課程標(biāo)準(zhǔn)中強(qiáng)化課程綜合性和實(shí)踐性，推動(dòng)育人方式變革，著重培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)。尤其是在義務(wù)階段信息科技課程中明確提出了跨學(xué)科教學(xué)主題，培育新一代的高素質(zhì)STEM教師是踐行STEM教育理念、落實(shí)STEM項(xiàng)目式教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)踐的關(guān)鍵。

STEM教育的核心目標(biāo)是培養(yǎng)具有善于質(zhì)疑、勇于實(shí)踐、敢于創(chuàng)新、具有跨學(xué)科知識(shí)素養(yǎng)和解決真實(shí)問(wèn)題能力的人才［1］。目前，國(guó)內(nèi)相關(guān)研究主要集中在STEM跨學(xué)科教育的概念、課程研究、教學(xué)模式等方面，在具體學(xué)科教學(xué)中的應(yīng)用研究較少。本文主要通過(guò)構(gòu)建STEM跨學(xué)科項(xiàng)目式教學(xué)活動(dòng)設(shè)計(jì)，探析在全科師范生培養(yǎng)專業(yè)課程中的應(yīng)用與實(shí)踐，并運(yùn)用于全科師范教育的專業(yè)課程中，用實(shí)踐的方式進(jìn)行迭代，培育具有跨學(xué)科教學(xué)能力的優(yōu)質(zhì)師資。

1 STEM跨學(xué)科項(xiàng)目式教學(xué)框架設(shè)計(jì)

當(dāng)前的跨學(xué)科模式與先前傳統(tǒng)的單一學(xué)科培養(yǎng)模式有著較大差異，特別是知識(shí)的形態(tài)已經(jīng)逐步由單一走向融合。從“目的—手段”的維度看，跨學(xué)科課程以獲得跨學(xué)科思維為目的，以跨學(xué)科觀念和方法為手段，以解決真實(shí)問(wèn)題為中介。

本文中的跨學(xué)科是指基于STEM開(kāi)展的信息技術(shù)和科學(xué)教育與小學(xué)多學(xué)科進(jìn)行融合、學(xué)習(xí)、實(shí)踐、應(yīng)用的實(shí)踐活動(dòng)，以跨學(xué)科觀念和方法為手段，運(yùn)用信息技術(shù)和技能進(jìn)行跨學(xué)科課程設(shè)計(jì)，解決小學(xué)教育專業(yè)全科教師培養(yǎng)專能融合的問(wèn)題［2］。

STEM教育的實(shí)踐途徑指向跨學(xué)科知識(shí)的綜合運(yùn)用，在課程設(shè)計(jì)中采用基于STEM的教學(xué)模式進(jìn)行學(xué)科課程設(shè)計(jì)，從教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)流程和教學(xué)評(píng)價(jià)等方面，建構(gòu)跨學(xué)科“學(xué)習(xí)—實(shí)踐—應(yīng)用”一體化的教學(xué)流程，以項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的方式構(gòu)建探究式教學(xué)活動(dòng)，使教學(xué)目標(biāo)明確化，提升教學(xué)內(nèi)容的實(shí)用性，在教學(xué)過(guò)程中增加運(yùn)用環(huán)節(jié)，并應(yīng)用到多學(xué)科教學(xué)設(shè)計(jì)當(dāng)中，實(shí)現(xiàn)教學(xué)評(píng)價(jià)分層化。

通過(guò)項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的學(xué)習(xí)方式，在“認(rèn)知—內(nèi)化—實(shí)踐”三個(gè)層面遞進(jìn)式推進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)課程學(xué)科知識(shí)，為小學(xué)數(shù)學(xué)、小學(xué)語(yǔ)文、小學(xué)英語(yǔ)等課程開(kāi)發(fā)提供支撐，將傳統(tǒng)的教學(xué)課堂提升為以學(xué)生為中心的參與式教學(xué)。課程結(jié)束后，通過(guò)學(xué)生評(píng)價(jià)表反饋課程教學(xué)效果，進(jìn)行項(xiàng)目評(píng)價(jià)和反饋［3］。

設(shè)計(jì)和實(shí)施STEM 跨學(xué)科課程教學(xué)，要考慮到學(xué)科知識(shí)的系統(tǒng)性、解決實(shí)際核心驅(qū)動(dòng)問(wèn)題的合理性以及項(xiàng)目的實(shí)施與學(xué)科知識(shí)滲透的融合度，最終實(shí)現(xiàn)整體知識(shí)結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)性與各問(wèn)題之間所包含的學(xué)習(xí)內(nèi)容相互融匯和支撐。本文提出STEM跨學(xué)科項(xiàng)目式教學(xué)活動(dòng)設(shè)計(jì)框架，如圖1所示，圍繞教學(xué)目標(biāo)要達(dá)成的四個(gè)方面，開(kāi)展八步項(xiàng)目式教學(xué)，從學(xué)習(xí)層到應(yīng)用層逐步推進(jìn)。

1.1 問(wèn)題引入

根據(jù)教學(xué)的內(nèi)容，構(gòu)建基于真實(shí)應(yīng)用的情景，讓學(xué)生明白將在什么樣的情境中進(jìn)行學(xué)習(xí)探究。賦予學(xué)生未來(lái)教師的角色或身份，有助于提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性。

1.2 確定目標(biāo)

為了讓學(xué)生在進(jìn)入項(xiàng)目前就知道項(xiàng)目實(shí)施學(xué)習(xí)后要達(dá)成的效果，每個(gè)項(xiàng)目目標(biāo)的設(shè)定需要圍繞該部分教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行設(shè)定。該部分目標(biāo)需要圍繞知識(shí)情感價(jià)值觀三維目標(biāo)進(jìn)行展開(kāi)設(shè)計(jì)。

1.3 項(xiàng)目任務(wù)

項(xiàng)目任務(wù)從課程要達(dá)成的教學(xué)任務(wù)和學(xué)生應(yīng)掌握的科學(xué)知識(shí)出發(fā)，從實(shí)際應(yīng)用的角度進(jìn)行選題，幫助學(xué)生建立學(xué)科知識(shí)和真實(shí)應(yīng)用見(jiàn)的關(guān)聯(lián)，聚焦核心驅(qū)動(dòng)問(wèn)題，教學(xué)所設(shè)計(jì)的核心驅(qū)動(dòng)問(wèn)題，是要能覆蓋多個(gè)維度的問(wèn)題。問(wèn)題涉及所學(xué)領(lǐng)域相關(guān)的知識(shí)原理，能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，鼓勵(lì)他們?nèi)ヌ剿?、學(xué)習(xí)，其結(jié)構(gòu)應(yīng)該是開(kāi)放的、真實(shí)的，從而能夠幫助學(xué)生在已有知識(shí)領(lǐng)域生出想法，方便學(xué)生將核心驅(qū)動(dòng)問(wèn)題進(jìn)行拆解，為下一環(huán)節(jié)的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)［4］。

1.4 資訊分析

根據(jù)項(xiàng)目任務(wù)，學(xué)生參與項(xiàng)目學(xué)習(xí)的過(guò)程實(shí)際上是學(xué)生進(jìn)行自主科學(xué)探究的過(guò)程，在這一環(huán)節(jié)引導(dǎo)學(xué)生自我分析，讓學(xué)生分析要完成項(xiàng)目任務(wù)所涉及的學(xué)科知識(shí)、解決問(wèn)題的關(guān)鍵技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)，分析在完成項(xiàng)目學(xué)習(xí)中哪些是自己已經(jīng)掌握的知識(shí)，還有哪些知識(shí)點(diǎn)需要獲取。

1.5 制訂計(jì)劃

項(xiàng)目中以學(xué)生為中心的探究式的教學(xué)活動(dòng)，是學(xué)生在充分了解項(xiàng)目目標(biāo)和自我學(xué)習(xí)分析的基礎(chǔ)上，根據(jù)項(xiàng)目任務(wù)，組建學(xué)習(xí)團(tuán)隊(duì)，制訂實(shí)施方案，這部分是項(xiàng)目實(shí)施環(huán)節(jié)總的指導(dǎo)和綱領(lǐng)。

1.6 項(xiàng)目實(shí)施

項(xiàng)目實(shí)施環(huán)節(jié)是以學(xué)生為主，輔以教師指導(dǎo)的過(guò)程，這部分是理論與實(shí)踐相結(jié)合的環(huán)節(jié)。

1.7 成果評(píng)價(jià)

成果評(píng)價(jià)環(huán)節(jié)主要從學(xué)生完成項(xiàng)目的自我滿意度、小組成員和組間的互評(píng)以及教師評(píng)價(jià)等多元角度進(jìn)行，通過(guò)多元評(píng)價(jià)，幫助學(xué)生提升對(duì)自我學(xué)習(xí)的認(rèn)識(shí)和反饋，增強(qiáng)學(xué)生的效能感。

1.8 我的收獲

這一環(huán)節(jié)的設(shè)置，讓學(xué)生總結(jié)反思項(xiàng)目本身需要提升改進(jìn)的內(nèi)容，從而進(jìn)行修正和反饋，進(jìn)而迭代到課程開(kāi)發(fā)項(xiàng)目中去。

2 STEM跨學(xué)科項(xiàng)目式教學(xué)活動(dòng)實(shí)踐

2.1 活動(dòng)實(shí)踐基本情況

在實(shí)踐環(huán)節(jié)，將STEM跨學(xué)科項(xiàng)目式教學(xué)活動(dòng)設(shè)計(jì)框架應(yīng)用于小學(xué)教育專業(yè)的專業(yè)限選課小學(xué)信息技術(shù)活動(dòng)與競(jìng)賽專題的教學(xué)中，共涉及該專業(yè)19級(jí)的6個(gè)班共181名學(xué)生。通過(guò)調(diào)查問(wèn)卷的方法對(duì)學(xué)生進(jìn)行上課前和結(jié)課后調(diào)研，對(duì)學(xué)生現(xiàn)狀和需求進(jìn)行調(diào)查分析，有的放矢地開(kāi)展教學(xué)工作。

以跨學(xué)科為切入點(diǎn)，以科學(xué)技術(shù)知識(shí)為手段（科學(xué)技能包括scratch編程技術(shù)、樂(lè)高機(jī)器人、米思奇、創(chuàng)客等），設(shè)置課程內(nèi)容，以項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)形式展開(kāi)技能知識(shí)教學(xué)，以跨學(xué)科綜合教學(xué)運(yùn)用展開(kāi)實(shí)踐演練，結(jié)合學(xué)生職業(yè)規(guī)劃需要，最終完成基于STEM跨學(xué)科的小學(xué)數(shù)學(xué)、語(yǔ)文、英語(yǔ)、科學(xué)、美術(shù)、音樂(lè)等相關(guān)課程教學(xué)案例的開(kāi)發(fā)，增強(qiáng)學(xué)生跨學(xué)科創(chuàng)新教學(xué)的能力。

2.2 活動(dòng)實(shí)施過(guò)程

活動(dòng)實(shí)施過(guò)程以定點(diǎn)停車的問(wèn)題解決為切入點(diǎn)，完成樂(lè)高機(jī)器人知識(shí)及編程知識(shí)的學(xué)習(xí)，將數(shù)學(xué)、工程、科學(xué)、技術(shù)綜合完成項(xiàng)目學(xué)習(xí)，并遷移運(yùn)用到小學(xué)數(shù)學(xué)課程的教學(xué)中，開(kāi)發(fā)跨學(xué)科的教學(xué)案例。

2.2.1 問(wèn)題引入，構(gòu)建項(xiàng)目情景

從生活中引入定點(diǎn)停車，與學(xué)生共同確定項(xiàng)目要解決的實(shí)際問(wèn)題?？鐚W(xué)科知識(shí)：數(shù)學(xué)，學(xué)會(huì)運(yùn)用數(shù)學(xué)思維和工具（直尺）解決工程中的問(wèn)題；工程，構(gòu)建小車定點(diǎn)停車的項(xiàng)目，合理分工進(jìn)行實(shí)踐；技術(shù)，運(yùn)用樂(lè)高技術(shù)解決核心問(wèn)題，完成項(xiàng)目的制作與測(cè)試。

2.2.2 確定目標(biāo)，探究項(xiàng)目達(dá)成成效

學(xué)習(xí)樂(lè)高的基本理論知識(shí)，并運(yùn)用到實(shí)踐中；學(xué)會(huì)STEM的跨學(xué)科教學(xué)設(shè)計(jì)，掌握測(cè)量在項(xiàng)目中的運(yùn)用的意義技能：能夠根據(jù)要求搭建小車結(jié)構(gòu)，確保正常運(yùn)行；能夠進(jìn)行編程，控制小車的運(yùn)行和停車，并將所學(xué)內(nèi)容進(jìn)行轉(zhuǎn)化遷移，設(shè)計(jì)教學(xué)案例；具備綜合運(yùn)用和跨學(xué)科創(chuàng)新能力。

2.2.3 項(xiàng)目任務(wù)，聚焦核心驅(qū)動(dòng)問(wèn)題

如何運(yùn)用STEM跨學(xué)科知識(shí)完成解決定點(diǎn)停車的項(xiàng)目，并開(kāi)發(fā)撰寫教學(xué)案例？將定點(diǎn)停車轉(zhuǎn)化為STEM跨學(xué)科教學(xué)案例。

2.2.4 資訊分析確定完成項(xiàng)目已知和需知內(nèi)容

已知問(wèn)題：如何進(jìn)行測(cè)量？車輪的作用有哪些？

需知問(wèn)題：樂(lè)高編程軟件怎么應(yīng)用？如何構(gòu)建小車的結(jié)構(gòu)？如何運(yùn)用所學(xué)開(kāi)發(fā)STEM跨學(xué)科教學(xué)項(xiàng)目？

2.2.5 制訂計(jì)劃，在自主學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上做出計(jì)劃

根據(jù)要解決的核心問(wèn)題，制訂要達(dá)成任務(wù)的計(jì)劃：制定整體設(shè)計(jì)方法；搭建小車硬件；編寫軟件；項(xiàng)目測(cè)試；組間評(píng)價(jià)；改進(jìn)提升。

2.2.6 項(xiàng)目實(shí)施，按照項(xiàng)目計(jì)劃完成學(xué)習(xí)并進(jìn)行應(yīng)用

第一步，引導(dǎo)學(xué)生在沒(méi)有傳感器的情況下，運(yùn)用數(shù)學(xué)知識(shí)實(shí)現(xiàn)小車的定點(diǎn)停車方案。

第二步，按照方案，搭建小車硬件結(jié)構(gòu)。

第三步，利用LOGO MINDSTORMS軟件編寫程序，主要是設(shè)定電機(jī)的驅(qū)動(dòng)方式和功率大小，通過(guò)計(jì)算車輪的周長(zhǎng)，以及用總路程除以車輪的周長(zhǎng)來(lái)確定電接的運(yùn)行參數(shù)。

第四步，通過(guò)測(cè)試修正參數(shù)，完成整體設(shè)計(jì)。

第五步，轉(zhuǎn)化成果，進(jìn)行教學(xué)案例的開(kāi)發(fā)。

2.2.7 成果評(píng)價(jià)，對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行多元評(píng)價(jià)

通過(guò)演示自己的項(xiàng)目成果和教學(xué)案例，進(jìn)行個(gè)人評(píng)價(jià)（25 %）+小組互評(píng)（25 %）+教師評(píng)價(jià)（20 %）+用戶評(píng)價(jià)（30 %），并對(duì)項(xiàng)目效果進(jìn)行總評(píng)。

2.2.8 我的收獲，總結(jié)問(wèn)題和改進(jìn)方法

定點(diǎn)停車受哪些因素影響？在完成實(shí)踐項(xiàng)目應(yīng)用后，轉(zhuǎn)化為STEM跨學(xué)科項(xiàng)目式教學(xué)案例設(shè)計(jì)。

2.3 活動(dòng)效果與反思

為了檢驗(yàn)STEM跨學(xué)科項(xiàng)目式教學(xué)活動(dòng)的效果，在研究過(guò)程中，課堂效果的評(píng)價(jià)以學(xué)習(xí)者的所學(xué)所感作為衡量的評(píng)判杠桿，采用課前和課后調(diào)查問(wèn)卷的形式進(jìn)行評(píng)估和檢測(cè)。課前問(wèn)卷安排在第一次課后進(jìn)行；課后調(diào)查問(wèn)卷，在學(xué)生結(jié)束本課程后進(jìn)行。通過(guò)課前課后問(wèn)卷數(shù)據(jù)的對(duì)比，得出結(jié)論：STEM跨學(xué)科項(xiàng)目式教學(xué)活動(dòng)較好地提升了學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，有助于培養(yǎng)學(xué)生解決問(wèn)題的能力和應(yīng)用能力。

3 結(jié)語(yǔ)

構(gòu)建STEM跨學(xué)科項(xiàng)目式教學(xué)活動(dòng)框架，將學(xué)科教學(xué)與專業(yè)發(fā)展相結(jié)合，能夠提升學(xué)生解決問(wèn)題的能力和跨學(xué)科知識(shí)的綜合運(yùn)用能力，真正做到了學(xué)以致用［5］。以項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的方式正向?qū)嵤┨接懯浇虒W(xué)活動(dòng)，實(shí)現(xiàn)學(xué)科知識(shí)的“認(rèn)知—內(nèi)化—應(yīng)用”遞進(jìn)式學(xué)習(xí)，并在小學(xué)信息技術(shù)活動(dòng)與競(jìng)賽專題課程中運(yùn)用，為培育具有“專能融合”的跨學(xué)科優(yōu)秀小學(xué)全科教師奠定基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

［1］余勝泉，胡翔. STEM教育理念與跨學(xué)科整合模式 ［J］. 開(kāi)放教育研究，2015，21（4）：13-22.

［2］李克東，李穎. STEM教育跨學(xué)科學(xué)習(xí)活動(dòng)5EX設(shè)計(jì)模型［J］. 電化教育研究，2019，40（4）：5-13.

［3］曾麗穎，任平，曾本友. STEAM教師跨學(xué)科集成培養(yǎng)策略與螺旋式發(fā)展之路［J］. 電化教育研究，2019，40（3）：42-47.

［4］高志軍，陶玉鳳. 基于項(xiàng)目的學(xué)習(xí)（PBL）模式在教學(xué)中的應(yīng)用［J］. 電化教育研究，2009（12）：92-95.

［5］宋歌，管玨琪. 面向整合式STEM的教師跨學(xué)科素養(yǎng)：結(jié)構(gòu)模型與發(fā)展路徑［J］. 現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育研究，2022，34（3）：58-66.