基于文化—歷史活動觀的小學生項目式STEM學習模式探索

首新　胡衛平　王碧梅　陳明艷

摘要：隨著社會對創新型復合人才需求的不斷提高，旨在培養創新能力的項目式STEM學習活動正逐步在各個國家普及推廣。該文基于文化-歷史活動理論構建了項目式STEM學習活動模型，探索從知識到能力、從個體到小組的學習過程。通過教學實踐，采用三角互證分析發現，STEM學習活動模型對學生的STEM技能有顯著促進作用，活動模型創建的良好協作分工氛圍有助于發展高層級STEM能力，有助于快速提升低水平個體的STEM技能。

關鍵詞：文化-歷史活動理論；STEM教育；項目式學習；STEM技能

一、引言

項目式STEM學習是STEM教育的重要組成部分。在融合科學、技術、工程、數學四個領域的知識和思想后，項目式STEM學習旨在以動手體驗的方式讓學生設計、發現、合作、創造并進行問題解決，培養其批判性思維和問題解決能力，為人力資源市場輸送STEM人才奠定基礎。

從已有文獻來看，目前我國學者的研究主要集中在STEM教育政策、構建本土化的STEM教育模式等方面，形成了政策建議和模式探索兩條并行發展的研究路線，而據詹青龍等人的可視化分析顯示，國外近10年STEM教育研究主題豐富，已涵蓋了理論探索、方法運用、學校變革、課程鏈接等多個主題。目前，我國仍缺少STEM教學實踐的探索，趙興龍等人認為STEM教育目標應和核心素養保持緊密聯系，跨越STEM的學科特征本身需指向培養全面發展的、終身發展的人。基于培養學生核心素養，一些地區（如上海等地）也已實施一些STEM學習活動，但其效果還有待進一步考證。相比而言，國外已有大量教學實證研究。從類型來看，基于工程設計的項目式STEM研究較多，STEM學習之所以突出工程，源于很多工程項目都可以被開發成為教育課程，供學生進行創造性的工程設計，研究發現，學生在工程設計項目中更愿意學習與工程相關的科學和數學概念，促進對其他學科的學習；從目標來看，基于問題解決的項目式STEM研究較多，問題導向的STEM學習可把知識與真實問題情境聯系起來，使學生在解決實際問題的實踐活動中探索知識，創造性地解決問題；從形式來看，跨學科整合的項目式STEM研究較多，整合視角下的STEM學習的一個重要議題是跨學科概念的構建與學習，課程開發者不僅要思考學科的核心知識，還要探索連接四個學科領域的大概念和共通概念。研究表明，跨學科的項目式STEM學習活動可以幫助學生更好地理解學科概念，如Merrill的“設計樓梯體系”項目、Horton研制的“地貌主題”項目等都旨在整合多個學科進行項目式STEM學習?？梢姡椖渴絊TEM學習研究已形成一個集群，是學習跨學科概念、培養問題解決能力的重要途徑。

文化一歷史活動理論強調活動共同體、中介工具在系統中的作用，可用于指導項目式STEM學習活動，它為分析教師和學生行為提供了模型框架，可以檢驗師生參與活動的投入度、工具使用效度、目標達成情況以及活動過程。本研究著眼于文化-歷史活動理論開發一個項目式STEM學習活動，探索項目式STEM學習的路徑與效果，以促進相關學科概念的學習，提升學生的問題解決能力。

二、文化-歷史活動理論

文化-歷史活動理論（Cuhural—Historical Activity Theory，CHAlr）的起源可以追溯到德國古典哲學（如康德、黑格爾的學說），后來馬克思和恩格斯辯證地探討了生產資料的歷史形式及作用，為維果斯基、列昂捷夫關注社會與個人生活形式，提出第一代的文化-歷史活動理論奠定了基礎。目前，文化-歷史活動理論得到了全球性的發展。Lantolf認為，現在的文化一歷史活動理論融合了邏輯實證主義、民族方法學、自組織系統理論，已經發展成為一個全新的理論體系。從CHAT的發展過程來看，其基本思想可概括為四個方面：

（一）活動的獨立性與層次性

獨立性源于維果斯基“單元切分法”的思想，在他看來，傳統研究采用的“因素分解法”將整個事件劃分為因變量與自變量進行分析割裂了研究對象的整體性，“單元切分法”確定最小整體單元是活動，這類似于化學研究中的“分子”，以及天文學研究中“地月系”。活動作為最小整體分析單元必然具有相對獨立l生，表現為活動、行動、操作三個層次結構。操作是實現行動的方式，行動由一系列操作構成，一系列的行動又集合成活動系統，實現行動目標。

（二）工具的中介性和變化性

認識到人類活動中使用中介工具，推翻了笛卡爾哲學把個體心理與文化和社會分離的論調，工具調節著主客體以及共同體之間的關系，參與對象的轉換過程并形成結果，表現出中介性。文化、社會等要素從活動外部控制行為，決定著工具的創造和使用過程，表現出變化性。

（三）活動交互性與發展性

一方面，活動系統內部主客體間的相互作用形成主體內化的知識和技能；另一方面，活動系統與外部交流時，主體間達成一致的知識和技能外化為共同的行為。這樣，活動就是一個由內化到外化、由外化再影響內化的過程，這種內外化交互性促成了活動的發展。恩格斯托姆提出的第三代活動理論正是考慮活動之間的相互作用，表明活動系統之間可以相互影響，最終促成調整和發展。

（四）主客間的矛盾性與統一性

活動理論認為，主客體是不可割裂的，主客體間的作用和發展由矛盾啟動，外部實踐活動的客體和內部思維的主體相互融合。Roth舉了一個例子，一個學生制作一個特殊工藝品的過程：制作工藝品即是實踐活動的客體，思考工藝品所應呈現的形狀即是思維主體。首先，學生觀看前人是如何制作的，隨后他試了20次，直到他覺得自己的作品與頭腦中所想到的作品形式一致了，這即是說20次以后的作品解決了主客體兩種形式的矛盾?？梢园l現，文化一歷史活動理論的哲學方法基礎是辯證唯物主義，認為矛盾驅動了改變的發生。

三、文化-歷史活動理論下的項目式STEM學習活動模型建構

本研究試圖依據上述CHAT理論指導項目式STEM學習過程，以活動的獨立性與層次性、交互性與發展性為主體，以工具為中介，以主客間的矛盾為內驅力構建STEM學習系統，讓學生在概念學習、支架式自主學習中形成合作問題解決意識，發展其批判性分析、創新等高階思維能力。

在概念學習階段，學生將數學知識、科學概念轉化為其內部經驗，制作出一個結構完整的理想模型，接受教師的評價。此時學生是有意義的接受學習過程，需要不斷修正、內化知識結構，完成知識有意義的建構，學習以個體自組織活動為主。

在支架式自主學習階段，技術、工程導向的生生、師生合作學習占主導地位，學生個體的自組織活動向學生間、師生間擴展，形成以項目為紐帶的合作學習活動系統，項目成員圍繞規則、分工進行有目的的合作學習，形成了系統層面的自組織活動?；顒酉到y的形成過程是變化、發展、適應、調節的過程，學生在活動系統內獲得概念，進行問題解決，表現出學習的自組織性質。依據CHAT理論，項目式STEM學習活動模型，如圖1所示。

（一）主體：參與項目式STEM學習的學生

學生首先學習與活動內容相關的數學、科學概念，然后進行工具的組裝和改進，其次以小組為單位進行合作練習，最后將接受STEM技能評價。主體可以是學生個體，也可以是小組、學生群體、甚至整個集體。隨著活動進程不斷發展，STEM活動的主體由學生個體聚合成團隊或群體，逐漸形成穩定的聚類，通過心理活動與實踐活動的同步發展，實現低級心理機能轉向高級心理機能，最終使整個群體的高階思維水平產生質變，整體顯著提升。

（二）客體

建立指標對學生的學習結果進行評價，評價指標既應包括整合的，也應包括分科的項目式STEM學習內容，體現STEM學習的特點及其現實教育意義。由于不同活動時期的分工、規則、形式不一樣，評價指標應該隨著活動發展而不斷變化，在活動發展初期，評價指標相對來說應是獨立于內容的、孤立的，只有經過一段時間，隨著活動系統變得越來越復雜，評價才會與活動內容聚合在一起，形成基于內容而導于能力的過程性評價體系。

（三）中介工具

學生STEM學習的操作對象，如概念、模型、工具等。工具可以是心理方面的（如語言能力、概念模型、經典科學實驗等），也可以是實實在在的實物（如放大鏡、教科書、機器人等）。工具參與主客體的轉換過程并形成結果，這種結果可以與預期相符也可以違背預期，但這都可以構建或驅使構建一系列活動。與主客體一樣，隨著STEM活動的深入，個體間的交互越來越復雜，中介工具也從原型開始進化，一方面發展成普遍適用的模型、框架、理論等，另一方面發展成滿足特殊要求的、具有創新功能的產品。

（四）共同體

STEM學習中與主體共同完成設計、制作和操作任務的其他活動成員，即生生之間、師生之間為達成活動目標而形成的教與學共同體。以STEM項目為紐帶形成的學習共同體共同影響整個活動的效果及目標達成情況，其作用機理之一便是共同體的協商作用。通過協商，個體可以逐步得到共同體其他成員的身份認同，促使個體建立歸屬感，實現個體間為達成共同目標而互惠共利、相互信任、分享信息；同時，共同體還會形成積極健康的學習氛圍和輿論氣息，促進和諧人際關系、民主管理制度的形成，從而更好地激發個體積極主動的參與到活動之中。

（五）規則

STEM學習成員共同遵守的活動原則、標準、規范等。規則是維持共同體持續健康發展的保障，它所指定的標準可以是明確的，也可以是含蓄的，但必須起到規范共同體行為，影響主客體相互作用的目的。規則有一般和特殊之分，一般規則是某一系列活動普遍使用的準則，如在活動中保持客觀性、公正性、規范性等，特殊規則是由于活動內容不同而形成的達到某種特殊目標的準則，如技術規范、操作細則等。整體而言，隨著時間的推移，規則經歷從臨時要求向正式規范轉變的過程。

（六）勞動分工

師生或學生之間為達成STEM學習目標而產生的分工協作。在學習的不同階段師生扮演的角色不同，為了達成活動目標，每位成員都應該適應角色轉化，主動尋求分工協作。如在概念學習階段，以教師教學生內化概念為主；在工具制作階段，以教師指導學生創造性設計為主；在合作學習階段，以學生間相互學習協商、教師個別指導為主。勞動分工推進活動不斷向前發展，反過來，隨著活動逐漸深入，勞動分工呈現出從被動接受分工任務到主動尋求分工責任的轉變，勞動分工也從無序化向有序化發展。

四、文化-歷史活動理論下的項目式STEM學習模式

（一）文化-歷史活動理論下項目式STEM學習過程

在STEM學習活動中，期望建立這樣一種教與學氛圍：圍繞STEM學習內容建立師生活動共同體，以模型、技術、概念等為中介工具，在不同學習階段動態分配師生勞動，建立并發展知識到能力、個體到小組的學習規則，師生之間、生生之間相互協作，最終達到發展STEM技能的目的。依據這一理念，同時結合項目式STEM學習的特點，CHAT理論下的學習過程可分為如下幾個階段：

1.相關概念學習階段。此階段以有意義接受學習為主，教師需旁征博引日常生活實例激發概念的同化、順應。STEM教育是“以數學為基礎，通過工程理解科學和技術”的跨學科、整合的教育體系，相關數學、科學概念對后續技術、工程活動起著關鍵作用。概念學習階段著眼于一系列積極的思維活動，確保新舊知識共通互融，形成明確而穩定的意義。

2.模型或工具的組裝和設計階段。此階段以設計、創造中介工具為主，教師需激發創新設計思維，引領工具的發展方向。以工程設計的形式學習科學和技術首先需要組裝和設計符合活動主題的工具或模型。作為活動顯性的中介工具，模型（工具）并非一成不變，而是隨著活動的深入不斷改變、修訂、更新，最終滿足客觀評價結果。模型或工具一般有原型，教師的任務是進行范例指導，基于原型啟發學生改裝和創造性設計，并評估學生的想法，如果認為可行，可協助學生進行設計與改進。

3.合作學習階段。此階段以學生間的相互商討、練習為主，教師根據學生技術操作水平、技巧熟練程度進行異步輔導。學生在學習諸如基本操作、調試技巧、行為規則等之后，以小組為單位進行練習。小組練習是合作學習過程，同伴影響起著重要作用，通過模仿榜樣的規范行為，與榜樣交流操作技巧，小組群體的STEM技能水平會顯著提高。此階段除了考驗上一階段模型（工具）的改裝效果外，更注重培養學生靈活掌握、融會貫通各項知識、技巧的能力。教師的后期分工轉化成個性化指導。

4.評價階段。此階段已是項目式STEM學習末期，教師可采用多種形式評價學生的STEM技能，如以小組為單位進行比賽，客觀影射產品的創新性、學生的技術操作水平、知識遷移水平等。值得注意的是，項目式STEM教學有別于傳統教學過程，其評價不應該是知識本身，而是知識、技術、工程的遷移應用能力，或者說應該跨越學科知識和技能，而評價指向全面發展的人的STEM技能。

項目式STEM活動以“概念學習”開始，直至“STEM技能評價”結束活動流程。不同階段，CHAT系統各要素發揮著不同的作用，在一、二階段，主要以中介工具為主；在三、四階段，勞動分工與協作、活動規則占據主導；在活動末期，STEM評價指標成為體現活動結果的客體?？傮w而言，各要素共同作用于STEM活動的每個階段，只是其表現出的重點略有不同。具體操作流程如圖2所示。

（二）文化-歷史活動理論下項目式STEM活動師生行為

隨著活動的進行，教師行為經歷了從概念教學到支架式教學的轉變，學生行為經歷了從知識學習到能力發展的變化，學習形式也從個體拓展至集體（如同伴、小組、群體）。在活動初期，教師主要從概念、操作上幫助學生形成并領會工程技術要領。根據我們的教學實踐來看，開始實踐練習之后，學生會立馬想驗證技術要領和改進后的產品，但由于對技術要領的了解不甚清晰，會造成初次的練習結果質量不高。我們認為，此時學生可能正在經歷所謂的觀念轉變的過程，他們試圖把教師直接教授的操作方法納入自我的“錯念”網中，并且嘗試依據“錯念”引導的操作動作得到與教師期望一致的結果。其他一些研究也有相似的解釋，認為此時學生正在經歷依據自我的最初觀念到形成一個更具有概括性概念的過程。

在活動中期，學生對規則和技術要領基本都已熟悉，教師更加注重規范學生的工程技術行為，如交流技術經驗、模仿操作動作、期待教師關注產品效果、同伴合作與競爭等。此時，教師給予學生更多的動手操作時間，讓同伴之間協同互助，交流實踐技巧，并對其不規范行為進行糾正和重塑。從同伴關系來看，生生之間的合作更可能使個體積極融入工程技術行為之中，降低其懈怠程度。從小組氛圍來看，在遇到技術困難時，個體可以尋求其他共同體成員的幫助，合作治理問題和不標準的行為。從學習責任感來看，團隊的成功依靠成員共同的努力，學習責任是不可缺少的協調因素，可以有效抑制投機取巧、機會主義的產生，為小組STEM技能的提高提供保障。

在活動后期，教師已經很少關注知識以及與學生交流工程技術行為，而更傾向于發現STEM技能產生的直接后果（如產品創意水平、目標達成情況等）。部分學生在此階段可能會出現“瓶頸效應”，主要表現為積極性降低、探索欲下降、練習次數較少等。尋其緣由，主要是嫻熟的技術、良好的工具并沒有促使STEM能力快速發展，行為與能力之間的矛盾引起了挫敗感和倦怠感。因此，以STEM能力為導向的后期活動可采取諸如組長帶隊、重點跟蹤、獎勵、末尾淘汰等策略，激發學習動機，提高參與活動的積極性。

五、文化-歷史活動理論下項目式STEM教學實踐

依據項目式STEM學習活動模型和學習模式，我們實施了“手擲飛機模型制作與飛行訓練”STEM活動來驗證其教學效果。

（一）對象與研究設計

對重慶市某小學五、六年級自愿參與“手擲飛機模型制作與飛行訓練”STEM活動的13名學生（其中男生10人，女生3人）進行了兩個多月的教學。在項目開始之前，研究者與兩位老師（一位是區級骨干科學教師，另一位是具有研究生學歷的新手科學教師）一起探討CHAT理論、活動模型及活動階段，以使教師全面理解CHAT理論下的項目式STEM教學過程。

依據技術素養三個維度（技術知識、技術思考與行為的方式、技術能力）的內容設計評價指標，考慮指標與活動內容發生聯系，選取8個指標（如表1所示）研發“STEM技能評估”問卷，初測發現其內部一致性信度為0.724。另外采用唐勇編制的小組合作學習量表測量合作水平，該量表包含個體責任、合作技能、合作氛圍、互賴互信四個維度，信效度較好。

運用問卷、訪談、觀察等方式進行三角互證，提高研究的信度。第一，依據“STEM技能評估”問卷進行三次追蹤測量，三個時間點分別是：階段一末期、活動中期、階段四；使用“小組合作學習量表”在階段四進行合作水平測量；第二，采取田野調查（Fieldwork）研究范式，研究者跟進整個學習過程，通過參與性觀察、記錄、錄像等方式獲取師生行為表現數據；第三，對測量1表現較差的學生進行追蹤訪談，了解其真實的變化路徑，訪談提綱主要依據“技術能力”“技術思考與行為的方式”兩個維度的內容修訂而來。

（二）結果與分析

1.STEM技能整體變化

從右表2所示，隨著活動的進行，均值（M）有所提高，學生間的差異水平（SD）減小，初步說明我們構建CHAT理論下的STEM學習模型效果較好。進一步用單因素重復測量方差分析法進行趨勢分析，方差分析結果顯示F（2，24）=80.09，p<0.001，說明從整個過程來看，三次測量時間點之間學生的STEM技能有顯著性差異，進一步進行多重比較，結果表明三次測量兩兩之間有顯著差異（p<0.05）。

不同測量時間的趨勢分析顯示，STEM技能有顯著的線性增長（p<0.01），但是二次增長不顯著（p=0.077>0.05），這與我們的預期一致，因為活動中后期教師側重于關注STEM能力，與知識比起來，能力的增長是緩慢的，相較于中期階段，其提高的幅度較小。

2.STEM技能各個維度的變化

采用3（時間：測量1、測量2、測量3）×3（維度1、維度2、維度3）兩因素重復測量方差分析法了解STEM技能不同維度在不同測量階段的變化，發現不同測量點之間有顯著差異，F（2，24）=114.218，p<0.001；而維度之間無顯著差異，F（2，24）=1.143，p=0.354；二者交互作用也不顯著，F（2，24）=0.562，p=0.696，這說明STEM技能主要表現為隨著時間而變化，如表3所不。

進一步在分維度水平下考察三個測量點間的差異，發現在維度1水平下，測量2顯著好于測量1（pn=0 003），測量3顯著好于測量2（ph<0.001）；在維度2水平下，測量2好于測量1，但不顯著（pc=0.387），測量3顯著好于測量2（pd=0.001）；在維度3水平下，測量2好于測量1，但不顯著（pe=0.071），測量3顯著好于測量2（pf<0.001）?？梢?，除了pe和pe，其余p值都達到顯著水平，這說明各分維度的STEM技能都有顯著增長。

具體變化趨勢如下頁圖3所示。技術知識的兩次增長率分別是16.52%和17.27%，增長斜率幾乎相同，說明在學習活動中，學生從之前缺少與本活動內容相關的知識、概念，逐漸變得善于聯系概念和事實進行活動實踐，更加善于用知識組塊的方式對概念進行加工和利用。L同學談到：“我以前玩過飛機模型，開始覺得挺簡單的，但是試飛總不滿意，就試著調節重心，對稱機翼，我還和XX探索了一種新飛法，就是把機頭微微放低，飛機就沿著直線飛出去了，只要力度合適，就能飛到那兒（指目標區域）?！笨梢?，在經歷“概念轉變”之后，認知沖突所帶來的改變不僅讓學生領悟了概念本身，還對后續的行為有重要影響。

技術行為在后期的增長率高于前期（19.15%>10.53%），這主要源于此階段教師由概念教學為主轉向了實踐訓練和小組指導，學生則在實訓過程中更加注重對“程序性”知識技能的解釋和自省，摒棄了活動初期按部就班地操作程序。隨著學習活動的推進，學生經歷從模仿到建立自我經驗的過程。一位開朗的女同學Q談到：“最開始我以為女生力氣小，在擲飛方面不如男生。但是，我發現只要掌握擲飛技巧，多加練習，力氣小也沒什么。我現在的留空飛行（技能）比XX還要好（指一位男生）。”可以看到，操作技巧直接影響結果，并間接影響技術能力的形成與提高，還會影響學生參與活動的積極性。技術行為屬于實踐性知識技能，具有情境性、靈活性、多樣性等特性，學生需要在活動實踐中模仿、體會、糾正，以構建自我經驗系統。

技術能力的二次增長率為23.40%，促使其由開始的最低水平上升到最高水平，表明小組協作的形式、規則處理的過程等都更加趨于合理，學生對概念、行為有更加深入的思考和反思。技術能力依賴于技術知識和技術行為，表現出滯后性，當技術知識和技術行為有顯著提升時（測量2），技術能力不久便會有所變化（測量3）。某小組的C同學談到：“最初我只知道使勁的用力把飛機甩出去，讓它飛得更久。同學的幫助讓我快速掌握了技術要領，我們還進行了比賽呢（TAC-10）。”可以看出，學生對生生之間形成的協作網絡呈支持態度。同伴之間的商討、爭辯、合作、甚至競爭都是促進技術能力提高的重要因素。

3.合作學習水平與STEM技能的相關

在活動末期，考察合作水平與STEM技能之間的關系。以合作水平作為控制變量（自變量），STEM技能（測量3所得結果）作為校標變量（因變量），典型相關分析結果顯示，共獲得三組典型變量，但只有第一組變量達到顯著性水平（WilksX=0.351，p=0.725，p<0.05）。進一步分析組建第一組典型變量的各個系數，在“合作水平”維度下，“合作氛圍”的系數絕對值最大（b=1.188），反映“合作水平”的典型變量主要由“合作氛圍”決定；在“STEM技能”維度下，“技術能力”的系數絕對值最大（b=3.779），反映“STEM技能”的典型變量主要由“技術能力”決定。由于這兩個系數同號，反映“合作氛圍”和“技術能力”正相關，即“合作氛圍”越好則“技術能力”提高越多。

典型冗余分析顯示（如表4所示），第一組典型變量（W1，V1）的典型相關為0.725代表了其52.6%的重疊方差。典型變量W1在“合作氛圍”上因素負荷最高（0.565），其次是“互賴互信（0.370）”，而在“個體責任”和“合作技能”上因素負荷較低，分別為0.222和-0.107。對于技術素養，典型變量V1在“技術能力”上因素負荷最高（0.997），而在“技術知識”和“技術思考與行為方式”上較低（分別為0.228和0.162）。這表明“合作氛圍”與“技術能力”有很強的相關，這與上述構建典型變量系數分析的結果一致，也就是說良好的合作氛圍能夠有效地提高個體的技術能力。此外，第一典型相關變量組解釋了“合作水平”典型變量W1的12.9%，解釋了“STEM技能”典型變量v1的36.8%?！昂献魉健钡湫妥兞縒1通過典型變量組可以解釋“STEM技能”方差的19.4%，而“STEM技能”典型變量V1通過典型變量組可以解釋“合作水平”方差的6.8%，上述分析可用如下路徑圖表示（如下頁圖4所示）。

4.學生個體的STEM技能變化趨勢

以學生個體為研究單位，更能顯示STEM技能三個維度整合在一起而表現出來的變化趨勢。從分維度視角進行分析的一個明顯不足之處在于，僅考慮了局部而欠回歸個體本身，因此我們有必要從學生個體層面進行研究，以彌補割裂整體所帶來的不足。

分別對三次測量中個體均分進行標準分轉化，以明確個體在團體中的相對位置。筆者和教師普遍關心的是活動初期低水平的學生在經歷STEM活動之后有何變化，因此，我們選擇測量1樣本中z<-0.4的個體進行跟蹤，結果如圖5所示。可以發現，有些學生呈現出波動，有較少幅度的增長；個別學生在經歷下降之后又有顯著提升；大部分學生一直處于提升狀態，只是增長率不同，說明大部分學生STEM技能水平有所提升。T同學總結道：

“我最開始完全不懂L老師講的那些概念到底指的是什么，還好有XX同學給我講了規則，我再自己琢磨，現在可以了。”可見，該同學將進步歸屬于活動共同體的協作，規則的深入了解以及自我經驗建構。

但同時也發現，小部分學生在整個學習活動中始終處于相對靠后的位置，通過觀察和訪談，發現原因主要有：首先，對概念本身了解不甚清晰，造成飛機調試不到位，不能較好地維系后續技術行為活動；其次，與同伴或教師缺乏交流，造成技術動作僵硬，技術要領不能融會貫通；最后，缺乏學習動機，由于技術行為總不能達到預期，缺乏積極性，最后造成不能形成系統的技術能力。值得指出的是，一直處于相對靠后位置的是兩位女同學，因此我們猜測性別、活動內容可能會影響結果，后續將進行進一步研究。

六、教學反思與啟示

應用CHAT理論設計項目式STEM學習活動模型并進行教學實踐，我們發現：

（一）STEM學習活動模型有助于STEM技能的提高

不管是從整體上還是從分維度來看，依據STEM學習活動模型進行的教學實踐對STEM技能的形成和提高都有促進作用。隨著活動的進行，概念向行為轉變，行為向能力轉變，個體活動向小組互動轉變，STEM技能建構過程變得越來越復雜，產生了基于規則而又超越規則的思維體系，形成了高級和復雜認知加工過程。因此，在項目式STEM學習過程中，教師要基于內容設計從概念到行為的活動路徑，探索從個體到小組的協作機制，逐步轉變自我的教學角色，增加能力導向的創造性活動，使學生形成能進行問題解決的STEM技能。

（二）STEM學習活動模型創建的協作分工學習氛圍有助于發展高層級的STEM能力

在項目式STEM學習中，使學生獲得較高層級的STEM技能是教師一直關注的教學目標。我們認為，初級水平的STEM技能包括事實、概念、術語等概念性知識和事實性知識，中級水平的STEM技能是以程序性知識和元認知知識為基礎表現出的工程技術行為，包括與同伴的交流協作、問題解決、技術決策等，高級水平的STEM技能是指依靠工程技術行為進行問題解決而所形成的能力。技術能力與技術行為之間有相互促進作用，如具備某種技術能力之后，新情境下的技術行為將會更加規范。

典型相關分析發現，良好的合作氛圍有助于技術能力的提高。隨著活動的進行，學生在小組協作過程中對問題的思考逐漸深入，探討也更具有針對性，逐漸由初級的知識概念水平向高級的能力水平過渡，形成了穩定的個體素質。因此，在STEM學習過程中，教師應根據STEM學習內容將能力劃分為由低到高的進階水平，逐步進行培養和訓練。最終，活動過程中的概念和技術要領相互作用共同促進能力的形成，形成的能力又反過來促進概念和技術要領的發展。

（三）STEM學習活動模型有助于低水平個體STEM技能的提升

教育一直關注表現不佳的學生的發展，本研究亦是如此。研究數據顯示：大部分低水平的學生在同伴協作中經歷自我經驗建構之后其STEM技能有較大提升，但兩名女生的STEM技能沒有提高，猜測可能是項目內容并沒有激發其學習積極性，性別可能是重要的影響因素。因此，在學習活動中，教師要充分評估學生的學習興趣與積極性，在不同階段對于學習態度散漫、產生情緒倦怠的學生應及時給予針對性的建議與引導。

七、結束語

本研究是初次將CHAT理論運用于項目式STEM學習活動之中，在教學實踐過程中還存在一些問題及需要完善之處：一是教師方面，雖然兩位教師都具有良好的專業素質，但是還沒有全面的理解依據CHAT理論所設計的STEM學習活動模型的內涵，在教學過程中不能靈活地轉變角色，適應師生分工的變化；二是學生方面，由于認知水平仍處于快速發展階段，不能很好地理解和內化某些對于學習內容來說非常重要的知識和概念，這給后續的技術行為帶來了一些阻礙；三是STEM學習活動模型本身，雖然我們的研究顯示STEM學習活動模型能全面促進STEM技能的提高，但是運用該模型，并非意味著就能如此。由于項目內容、研究樣本等原因，研究結論在其他情境中可能不具有適用性，該模型的效果仍有待進一步教學研究的考證。