基于項目的STEM高中校本課程的實踐探索

耿秋萍

【內容摘要】學校利用校本課程這個靈活的平臺進行高中STEM教育的探索，可以將嚴肅的學術知識與項目化的學習方式結合起來，讓學生通過結構模糊型問題獲得問題解決的不同方案以及維持學習的持續自主性。在課程的實踐過程中，教師團隊更多地需要協助和互學，統籌協調好課堂內外的相互關系，并且要借助主客觀相結合的量化評價系統，共同做好課程的過程性評價，為學生學習并實踐問題解決技能、溝通技能和管理技能搭建支撐平臺。

【關鍵詞】STEM教育校本課程項目式學習

STEM教育是一種將嚴肅的學術概念與現實生活中的課程相結合的跨學科教育方案，學生應用科學、技術學、工程學和數學于特定環境中，是學校、社會、工作和全球企業聯系起來，發展STEM素養，最終提升新經濟形勢下的競爭力[1]。我國教育部在2016年印發的《教育信息化“十三五”規劃》中提出“有條件的地區要積極探索信息技術在“眾創空間”、跨學科學習（STEAM教育）、創客教育等新的教育模式中的應用，著力提升學生的信息素養、創新意識和創新能力，養成數字化學習習慣，促進學生的全面發展，發揮信息化面向未來培養高素質人才的支撐引領作用。”在基于項目的STEM課程實踐中，校本課程逐漸成為STEM教育實踐者們偏愛的陣地，這是由于校本課程的可靈活規劃的特征決定的，校本課程是對國家課程體系的一個補充，它不受國家課程體系標準的限制，教材具有即時性和可更新性，課程實施的時間和年級也靈活可調。在規劃實施校本課程《樹莓派芯小車的操控》的過程中，課程的項目組在課程設計、團隊建設、教學激勵和課程評價這四方面做了與傳統課程不同的規劃。

一、設計跨學科整合的校本課程

STEM是一個非具象的名詞縮寫，它非特指科學、技術、工程和數學，它傳遞的是一種跨學科、整合性的理念。而STEM校本課程則是將嚴肅的學術知識與項目化的學習方式結合起來的一種課程。從課程的設計理念、目標和結構上都要注重學科的跨度和融合。

在規劃《樹莓派芯片小車的操控》課程的初期，教師團隊對這個項目制定的目標是完成一個可視化操控的小車組裝與編程。這個課程內容涉及了電工學和軟件工程兩方面知識。這是對于高中生來說，是一個不小的工程，這個校本課程的學習目標是讓學生通過老師指導、自主學習和團隊合作，學會PVC板材的組裝，掌握雙直流減速電機的焊接、了解SG90舵機的轉動角度控制、能夠用C語言呈現相應的算法以及無線操控攝像頭的開啟。不僅如此，課程中還糅合了大量的科學和生活常識，例如：測電筆的使用、IP地址的設置、舵機潤滑劑的選取等等。根據知識和技能的需求，項目組安排了兩門學科的老師相互配合著教學。教學過程中既有學科的獨立，又有項目式的融合。舵機的運轉原理是閉環控制，利用無線控制對伺服電機的充放電時間，即可以實現舵機的運轉角度，從而實現機械臂的上下前后左右的控制。而這也正是工業自動化與數控的基本原理。知識的整合在項目式的學習中釋放了更具效用的實際意義。

二、建設協作與互學相結合的教師團隊

項目式是一種跨學科的教學方式，不同學科的教師可以通過集體合作來開展各種各樣的項目。在STEM課程的教師團隊中，文理科老師皆有，教研團隊的組織管理較其他單學科的教師團隊來說，更具特殊性。教研組根據不同學期的課程安排作調整，每學期由項目負責人擔任校驗和備課組長，組織小組成員對課程的規劃、學生的管理、課堂的設計等環節進行研討。小組成員既是協作關系，也是相互學習的“師徒關系”。課堂外共同制定教學方案，課堂內共同執導教學環節。

《樹莓派芯片小車的操控》課程的前四節是PVC板材的組裝、雙直流減速電機的焊接、SG90舵機的運行原理以及電池電量的數字顯示，在這四堂課中，物理老師負責執教，信息技術老師旁聽學習，并協助指導學生的操作，記錄學生的學習態度、學習進度、獨立學習能力以及團隊合作狀況，總之，就是為學生除專業知識之外的其他學習目標進行打分，而專業知識部分由物理老師進行點評。這樣的分工緩解了單個授課老師的壓力，方便建立學生的項目是學習檔案，實現了課堂精細化管理，同時也是在逐步培養跨學科的SETM型教師。

三、利用結構模糊型問題維持學習的自主性

結構模糊型問題是項目式學習的組織中心，它們是復雜而混亂的，“沒有簡單的、固定的、公式化的解決方案”[Illinois Mathematics and Science Academy，2004]。利用結構模糊型問題，可以讓課堂逐步走向辯論，能夠獲得頭腦風暴般的各種方案，這些方案將為學生解決問題提供有力的支撐。STEM課堂，接近一種通用技術和創客的學習，團隊協作是建立在獨立思考的基礎上的——既要讓團隊發揮集體的力量、煥發更璀璨的集體創造性光芒，又要善于利用制度來約束個人的懈怠，保持并持續促進個人在團隊中的活躍度，真正實現“眾志成城”的學習效果。唯具有批判性和開放性的問題，才能將持有不同意見的學生推到同一個“辯論”的平臺上，進行思維的碰撞。而自主性正是由這樣活躍的氛圍所激發的。瑞安和德西（Ryan & Deci，2000）曾討論過“無論有形的獎勵，還是威脅、截止日期、指令、帶有壓力的評估和強制性的目標，這些因素都對教師的內在動機有負面的影響”。當然，學生也是如此。而他們的研究則發現，自主能提高內在動機[2]。

在《樹莓派芯片小車的操控》課程中，結構明確的問題如“PVC板如何組裝”、“雙直流減速電機的焊接”、“SG90舵機的工作原理”等，它們的答案指向性明確，適合學生課前或課后通過自主學習和相互交流完成，而模糊型問題如“機械臂的幾段操控比較好”、“小車控制的算法如何設計”等則讓學生展開討論，以不同的見解形成不同的項目實施過程，在這樣的學習中，辯論的雙方既是行動上、思路方法上的競爭，又是思維成熟、知識成長道路上的合作。

四、建立多方位的課程評價體系

基于項目的STEM高中實踐探索的課程評價以過程性評價為主，綜合主客觀評價。主觀評價的是學生的學習狀態、學習風格、獨立思考的能力、以及團隊協作的能力，客觀評價是項目的完成情況、技能的掌握程度、以及綜合運用能力，主客觀評價的量化依據評價表的反饋統計。

在《樹莓派芯片的小車操控》課堂上，授課老師會在授課和指導之余，觀察個學生的技能掌握和項目完成情況，并給出相應的主觀分數，而協助老師則在協助指導學生的同時，為每個學生評價學習方法、學習態度、獨立完成情況、以及團隊協作情況打分。在課堂的最后五分鐘內，由學生完成自評自測和對本節課教師團隊的打分。學生的反饋也為教師團隊建設提出不同視角的意見和建議。所有的評價量化依托電子問卷平臺，不僅方便快捷，且利于數據庫分析與留存。

跨學科的STEM項目學習，使單一學科的主題超越了傳統課程的范疇，囊括了各種各樣的社會科學技術，既有莫大的潛力，也存在明顯的挑戰。它倡導的是學生的動機和參與，在由明確結果相伴的情況下，能夠減輕教師和學生就課堂管理方面的考慮。學生能夠借助模糊型問題的思考和討論集中注意力，形成主動學習的狀態。學校利用校本課程這個平臺將STEM的理念逐步進入到常規教學中，支持學生學習并實踐問題解決技能、溝通技能和管理技能，并且能克服知識和思維的脫節，創造一種積極的學生與課程之間的關系。

【參考文獻】

[1] 阿爾帕斯蘭·沙欣.基于事件的STEM教學模式[M].侯奕杰，朱玉冰，殷捷，季民卿，聶婷華，邢可，譯.上海：上海科科技出版社，2016：9.

[2] 羅伯特·M·卡普拉羅，瑪麗·瑪格麗特·卡普拉羅，詹姆斯·R·摩根.基于項目的STEM學習[M].王雪華，譯.上海：上海科技出版社，2016：65.

（作者單位：江陰市山觀高級中學）