基于STEM教育理念的STEM-AC教學(xué)模式建構(gòu)與實(shí)踐

[摘要]STEM教育理念具有跨學(xué)科性、突出工程設(shè)計(jì)過程、激發(fā)創(chuàng)造力等特點(diǎn)。本文基于STEM教育理念，構(gòu)建了旨在發(fā)展設(shè)計(jì)類學(xué)生藝術(shù)創(chuàng)造力的STEM-AC教學(xué)模式。教學(xué)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，STEM-AC教學(xué)模式對(duì)學(xué)生藝術(shù)創(chuàng)造力的的獨(dú)特性、創(chuàng)造性解決問題、情感性、整合性等有顯著影響。

[關(guān)鍵詞]STEM教育；藝術(shù)創(chuàng)造力；工程設(shè)計(jì)；教學(xué)模式" " "[DOI]：10.20122/j.cnki.2097-0536.2025.02.031

STEM是科學(xué)（Science）、技術(shù)（Technology）、工程（Engineering）、數(shù)學(xué)（Mathematics）英文首字母的縮寫，由于STEM學(xué)科在科技創(chuàng)新方面的重要性，各國(guó)逐漸將STEM教育看成是培養(yǎng)科技創(chuàng)新人才的重要途徑，并得到廣泛關(guān)注。在廣泛開展STEM教育的大潮流中，如何有效開展STEM教學(xué)提升學(xué)生創(chuàng)新能力，探索其教學(xué)模式和教學(xué)策略，成為STEM教育落地課堂教學(xué)深入應(yīng)用的現(xiàn)實(shí)問題。美國(guó)教育部發(fā)布的《STEM2026：STEM教育中的創(chuàng)新愿景》報(bào)告指出，STEM課堂教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)施是亟待解決的開展STEM教育的8大挑戰(zhàn)之一。過去20余年，改革大學(xué)課堂教學(xué)模式、創(chuàng)新教學(xué)方法的呼聲愈發(fā)強(qiáng)烈，STEM教育教學(xué)模式、基于實(shí)證（evidence-based）的跨學(xué)科教學(xué)模式、探究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式得到重視，在課堂上對(duì)學(xué)生思維過程進(jìn)行系統(tǒng)引導(dǎo)，培養(yǎng)他們的創(chuàng)造性思維和問題解決能力逐漸形成了一條科學(xué)、清晰的路徑?；诖?，本研究將STEM教育方法作為發(fā)展設(shè)計(jì)類專業(yè)大學(xué)生藝術(shù)創(chuàng)造力的具體實(shí)施路徑，嘗試構(gòu)建一個(gè)基于STEM教育理念的發(fā)展學(xué)生藝術(shù)創(chuàng)造力（Artistic Creativity，AC）的教學(xué)模式，以期為推動(dòng)新文科教學(xué)改革提供有一定意義的參考。

一、面向創(chuàng)新思維培養(yǎng)的STEM學(xué)習(xí)過程

STEM教育是一種面向高階思維的創(chuàng)新教育，強(qiáng)調(diào)以跨學(xué)科項(xiàng)目引領(lǐng)，通過小組合作探究來培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力[1]。據(jù)筆者了解和一些報(bào)道所見，STEM教育研究已由概念界定、政策引介、模式探索向課程開發(fā)、效果評(píng)估、學(xué)習(xí)分析等方面轉(zhuǎn)變，但是由于對(duì)STEM學(xué)習(xí)目標(biāo)、教育價(jià)值認(rèn)識(shí)不清，其工具主義傾向、泡沫化苗頭初現(xiàn)端倪[2]。從期望價(jià)值視角分析國(guó)內(nèi)外有關(guān)STEM學(xué)習(xí)過程和模式的論述，指向創(chuàng)新思維的STEM學(xué)習(xí)路徑主要包括CDIO理念下的STEM學(xué)習(xí)過程、PBL理念下的STEM學(xué)習(xí)過程。

CDIO代表構(gòu)思（Conceive）、設(shè)計(jì)（Design）、實(shí)現(xiàn)（Implement）和運(yùn)作（Operate），是最新的工程教育理念。CDIO本質(zhì)上概括了工程實(shí)踐活動(dòng)的操作程序，也展現(xiàn)了創(chuàng)造性設(shè)計(jì)過程的要素。CDIO學(xué)習(xí)過程首先要促進(jìn)學(xué)生從工業(yè)實(shí)踐或日常生活中提出問題，并期望學(xué)生以產(chǎn)品（或作品）設(shè)計(jì)引領(lǐng)整個(gè)問題解決過程，然后基于想法進(jìn)行草圖、原型、模型設(shè)計(jì)，隨之將二維或三維的設(shè)計(jì)原型轉(zhuǎn)化成實(shí)物產(chǎn)品，并與原型期望進(jìn)行結(jié)構(gòu)、功能等方面的匹配，反饋產(chǎn)品是否達(dá)到“構(gòu)想-設(shè)計(jì)”階段的預(yù)期標(biāo)準(zhǔn)。最后，通過功能性測(cè)試、過程性完善，進(jìn)行產(chǎn)品外觀、結(jié)構(gòu)、功能等方面的精細(xì)化，使產(chǎn)品具有一定的社會(huì)價(jià)值或教育意義[3]。

PBL是指基于問題的學(xué)習(xí)（problem-based learning），PBL隨建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論發(fā)展而來，在STEM跨學(xué)科學(xué)習(xí)中，PBL被賦予了新的內(nèi)涵，是創(chuàng)新思維培養(yǎng)的基石。由于STEM學(xué)習(xí)過程強(qiáng)調(diào)創(chuàng)設(shè)真實(shí)的問題情境，勢(shì)必需要聯(lián)結(jié)科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)及藝術(shù)等多學(xué)科緊密聯(lián)系的跨學(xué)科知識(shí)解決問題。因此，從解決問題的視角讓學(xué)生進(jìn)行問題表征，即將問題轉(zhuǎn)化為具有一定目的的認(rèn)知過程，讓學(xué)生能夠定義、明確問題，進(jìn)一步提出研究問題，對(duì)問題的緊迫性、可行性、目標(biāo)性進(jìn)行分析，由此實(shí)現(xiàn)基于跨學(xué)科知識(shí)進(jìn)行問題解決，提高創(chuàng)造思維能力。

二、基于STEM教育理念的AC教學(xué)模式建構(gòu)

（一）藝術(shù)創(chuàng)造力的內(nèi)涵

藝術(shù)創(chuàng)造力（Artistic Creativity，AC）是人們?cè)趧?chuàng)作過程中，通過獨(dú)特的思維方式、靈感來源及對(duì)傳統(tǒng)形式的挑戰(zhàn)，所展現(xiàn)出的創(chuàng)新能力。它不僅是對(duì)現(xiàn)有藝術(shù)技巧和材料的重新組合，更重要的是，能夠突破慣性思維，創(chuàng)造出富有個(gè)性和深刻內(nèi)涵的作品。藝術(shù)創(chuàng)造力的內(nèi)涵包含了感知的獨(dú)到視角、情感的獨(dú)特表達(dá)，以及對(duì)文化、社會(huì)和歷史的深刻解讀。

藝術(shù)創(chuàng)造力是設(shè)計(jì)類專業(yè)大學(xué)生必備的一種高階思維能力，尤其在視覺設(shè)計(jì)、工業(yè)設(shè)計(jì)、交互設(shè)計(jì)等領(lǐng)域，具備創(chuàng)新思維和藝術(shù)敏感性的學(xué)生更創(chuàng)作出更優(yōu)秀的作品或產(chǎn)品[4]。藝術(shù)創(chuàng)造力不僅是作品新穎性所在，更是推動(dòng)設(shè)計(jì)理念和創(chuàng)造靈感不斷變革的動(dòng)力源泉。設(shè)計(jì)類學(xué)生的藝術(shù)創(chuàng)造力是創(chuàng)新設(shè)計(jì)思維的核心。設(shè)計(jì)不是簡(jiǎn)單形式整合和功能堆砌，而是創(chuàng)新思想和理念的顯性表現(xiàn)。設(shè)計(jì)作品的創(chuàng)新性往往取決于學(xué)生能打破常規(guī)思維禁錮，從視覺、結(jié)構(gòu)、情感、功能等方面嘗試新穎、不同的表達(dá)方式。藝術(shù)創(chuàng)造力使設(shè)計(jì)不僅僅停留在“做出來”的層面，而是推動(dòng)設(shè)計(jì)的本質(zhì)——?jiǎng)?chuàng)造出具有獨(dú)特思想、情感和文化價(jià)值的作品。

（二）基于STEM教育理念的AC教學(xué)模式建構(gòu)

STEM教育理念是更具有跨學(xué)科整合性的學(xué)習(xí)方式，與發(fā)展設(shè)計(jì)類學(xué)生藝術(shù)創(chuàng)造力的教育理念不謀而合。根據(jù)STEM教育在發(fā)展創(chuàng)新思維方面的優(yōu)勢(shì)，本研究構(gòu)建了旨在發(fā)展設(shè)計(jì)類學(xué)生藝術(shù)創(chuàng)造力的STEM-AC教學(xué)模式，旨在引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷創(chuàng)造性設(shè)計(jì)的完整過程，促進(jìn)學(xué)生設(shè)計(jì)思維、藝術(shù)創(chuàng)造力的發(fā)展。STEM-AC教學(xué)模式的環(huán)節(jié)如下圖1所示。

第一，提出問題。本環(huán)節(jié)是為了設(shè)置問題情境，引發(fā)學(xué)生的設(shè)計(jì)思考和興趣，吸引學(xué)生主動(dòng)參與到后續(xù)設(shè)計(jì)任務(wù)活動(dòng)中?；谇榫程岢鏊麄冴P(guān)注的問題，從而吸引學(xué)生積極參與學(xué)習(xí)任務(wù)。作為教學(xué)的開端，情境問題的選取應(yīng)與活動(dòng)任務(wù)密切相關(guān)，既可以是現(xiàn)實(shí)社會(huì)中的問題，也可以是學(xué)生在生活或?qū)W習(xí)中可能遇到的現(xiàn)象或問題。

第二，制定方案。本環(huán)節(jié)要求學(xué)生基于問題情境中的設(shè)計(jì)任務(wù)制定方案或者產(chǎn)品草圖，體現(xiàn)一定的目標(biāo)。任務(wù)目標(biāo)是學(xué)生開展產(chǎn)品設(shè)計(jì)的重要方向指引。本環(huán)節(jié)中，學(xué)生要深入剖析問題的突破點(diǎn)，并找到問題解決的大致方案，然后開展進(jìn)一步方案制定或產(chǎn)品草圖設(shè)計(jì)。方案應(yīng)具有可行性和實(shí)用性。本環(huán)節(jié)對(duì)學(xué)生的創(chuàng)造性思維要求較高，需要學(xué)生對(duì)問題解決的大方向和項(xiàng)目目標(biāo)有統(tǒng)整性的認(rèn)識(shí)。

第三，設(shè)計(jì)與開發(fā)。本環(huán)節(jié)旨在基于項(xiàng)目方案進(jìn)行精細(xì)化設(shè)計(jì)與實(shí)施。這一過程中學(xué)生要明確工程設(shè)計(jì)實(shí)踐的限制條件和功能要求，確保設(shè)計(jì)要具有可操作性和實(shí)踐性，學(xué)生可通過實(shí)際操作來回應(yīng)計(jì)劃或方案。同時(shí)，教師應(yīng)為學(xué)生提供必要的資源支持，包括學(xué)習(xí)材料、工具和設(shè)備等，以保障學(xué)生順利完成項(xiàng)目任務(wù)。

第四，測(cè)試與優(yōu)化。本環(huán)節(jié)是對(duì)初步完成的設(shè)計(jì)產(chǎn)品進(jìn)行功能測(cè)試和效果檢驗(yàn)。一般而言，測(cè)試與優(yōu)化過程會(huì)形成一個(gè)迭代環(huán)，通過對(duì)產(chǎn)品、作品存在的不足進(jìn)行測(cè)試與分析，不斷優(yōu)化設(shè)計(jì)創(chuàng)新點(diǎn)。多次的分析、設(shè)計(jì)、制造和測(cè)試之后，最終學(xué)生的成果或解釋將趨于完美，學(xué)生在不斷嘗試的過程中藝術(shù)創(chuàng)造力得到發(fā)展。該環(huán)節(jié)的重點(diǎn)是學(xué)生根據(jù)測(cè)試反饋反思并對(duì)方案進(jìn)行調(diào)整。這一過程不僅要求學(xué)生在技術(shù)層面進(jìn)行調(diào)整，還可能涉及到其他方面的改進(jìn)，比如資源管理、時(shí)間安排或團(tuán)隊(duì)協(xié)作。

第五，反思與評(píng)價(jià)。本環(huán)節(jié)學(xué)生的行為主要表現(xiàn)為對(duì)整個(gè)學(xué)習(xí)過程、方法以及最終成果的回顧、評(píng)估和自我調(diào)整。這個(gè)環(huán)節(jié)強(qiáng)調(diào)學(xué)生在項(xiàng)目完成后進(jìn)行深度反思，從而識(shí)別自身的成長(zhǎng)與不足，為后續(xù)學(xué)習(xí)和實(shí)踐提供改進(jìn)方向和動(dòng)力。通過反思，學(xué)生不僅能夠發(fā)現(xiàn)自己在項(xiàng)目中取得的成就，還能識(shí)別自己在執(zhí)行過程中未曾注意到的問題或做得不夠好的地方。這一過程有助于學(xué)生更好地理解自己的優(yōu)點(diǎn)與局限，進(jìn)而為下一步的改進(jìn)提供依據(jù)。

三、基于STEM教育理念的AC教學(xué)實(shí)踐

（一）對(duì)象與研究設(shè)計(jì)

基于STEM-AC教學(xué)模式，在設(shè)計(jì)類本科專業(yè)“服飾與服裝設(shè)計(jì)專業(yè)”的《計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)》《立體裁剪》等課程中進(jìn)行了旨在發(fā)展學(xué)生藝術(shù)創(chuàng)造力的教學(xué)。教學(xué)實(shí)驗(yàn)采用單組追蹤實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，時(shí)間為3個(gè)月，在教學(xué)開始和結(jié)束時(shí)分別對(duì)學(xué)生進(jìn)行藝術(shù)創(chuàng)造力測(cè)試。

測(cè)試量表為“大學(xué)生藝術(shù)創(chuàng)造力測(cè)試（The Artistic Creativity Test for College Students，ACTCS）”，包括獨(dú)特性、復(fù)雜性、情感性、技術(shù)技能、創(chuàng)造性解決問題、整合性等6個(gè)方面。該量表包含了10道題目，旨在評(píng)估藝術(shù)創(chuàng)造力和藝術(shù)表現(xiàn)能力。ACTCS的信度在多個(gè)研究中得到了驗(yàn)證，顯示出良好的內(nèi)部一致性和重測(cè)信度。本研究顯示，其Cronbach's" Alpha 只為0.85。驗(yàn)證性因素分析顯示，KMO值為0.872，卡方Bartlett球形度檢驗(yàn)值為373.765，df=94，plt;0.01。根據(jù)特征值大于的標(biāo)準(zhǔn)，共抽離出6個(gè)因子，與理論建構(gòu)一致，累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)到81.35%，說明量表ACTCS結(jié)構(gòu)效度較好。

（二）結(jié)果與分析

基于本研究所構(gòu)建STEM-AC教學(xué)模式開展教學(xué)實(shí)踐，結(jié)果顯示，整體而言，采用STEM-AC模式教學(xué)前后學(xué)生的藝術(shù)創(chuàng)造力呈顯著差異（t=5.832，plt;0.05），教學(xué)實(shí)踐后學(xué)生藝術(shù)創(chuàng)造力得分均值高于前側(cè)（M后=8.543gt;M前=6.368），說明基于STEM教育理念的AC教學(xué)模式能顯著提升學(xué)生的藝術(shù)創(chuàng)造力。在任務(wù)驅(qū)動(dòng)的現(xiàn)實(shí)環(huán)境中進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)與開發(fā)，體會(huì)設(shè)計(jì)、測(cè)試、改進(jìn)、創(chuàng)新等產(chǎn)品研發(fā)和實(shí)施過程，學(xué)生的高層次思維得到發(fā)展，對(duì)工程設(shè)計(jì)過程和程序的認(rèn)識(shí)有了較大提升，逐漸由模糊變得明晰，說明基于STEM教育理念的AC教學(xué)模式在一定程度上提升了學(xué)生藝術(shù)創(chuàng)造力。

具體來看，教學(xué)前后學(xué)生藝術(shù)創(chuàng)造力的獨(dú)特性、創(chuàng)造性解決問題、情感性、整合性等方面具有顯著差異（plt;0.05），特別是藝術(shù)創(chuàng)造力的獨(dú)特性的得分均值由4.239增長(zhǎng)到8.832，提升較大。但教學(xué)前后學(xué)生藝術(shù)創(chuàng)造力的復(fù)雜性、技術(shù)技能等方面具有起伏，且教學(xué)前后無顯著差異。這表明，盡管STEM-AC教學(xué)模式在提升學(xué)生創(chuàng)造性解決問題的能力和情感表達(dá)等方面取得了明顯效果，但在提升復(fù)雜性和技術(shù)技巧的掌握上，可能還受到其他因素的影響。

需要指出的是，STEM教育理念是一種復(fù)合性的教育信念，并非固定于某一個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)，教師在運(yùn)用STEM-AC教學(xué)模式時(shí)更應(yīng)該基于教學(xué)內(nèi)容科學(xué)合理的安排教學(xué)環(huán)節(jié)，以發(fā)展學(xué)生的藝術(shù)創(chuàng)造力為首要任務(wù)，在開放性設(shè)計(jì)環(huán)境中激發(fā)學(xué)生高層次認(rèn)知，提升其藝術(shù)創(chuàng)造力和工程設(shè)計(jì)思維。

參考文獻(xiàn)：

[1]王璞，苗玉偉.美國(guó)高校STEM教育的多元實(shí)踐路徑研究——基于自組織理論的視角[J].教育發(fā)展研究，2024，44（Z1）：115-124.

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

[3]褚鈺萌，鄧洋陽(yáng)，葉愛山.STEM理念下高等教育應(yīng)用型課程建設(shè)研究[J].江蘇商論，2023，（10）：100-103.

[4]毛志昂.基于STEM教育理念的工業(yè)設(shè)計(jì)教育研究[D].江西財(cái)經(jīng)大學(xué)，2023.