基于STEM整合教育理念的課堂教學(xué)研究

郭 偉，徐飛飛，張 宇

（1.吉林省教育學(xué)院，吉林 長(zhǎng)春130022；2.長(zhǎng)春南湖實(shí)驗(yàn)中學(xué)，吉林長(zhǎng)春130022；3.長(zhǎng)春吉大附中力旺實(shí)驗(yàn)小學(xué)，吉林長(zhǎng)春130031）

STEM（Science，Technology，Engineering，Mathematics）整合教育是關(guān)于學(xué)生積極參與、基于項(xiàng)目的跨學(xué)科學(xué)習(xí)，它運(yùn)用了科學(xué)探究和工程設(shè)計(jì)過程，通過團(tuán)隊(duì)合作解決實(shí)際問題，它連接抽象知識(shí)與學(xué)生的生活，整合學(xué)習(xí)的過程和內(nèi)容。它包括一系列不同的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，涉及一定程度的內(nèi)在聯(lián)系，不局限于四門各自獨(dú)立的學(xué)科，而是更關(guān)注其整合的意義和價(jià)值。［1］而STEM理念和實(shí)踐的整合可以增強(qiáng)對(duì)學(xué)科間概念的整合、獲得工程和技術(shù)知識(shí)、促進(jìn)對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的培養(yǎng)。科學(xué)新教材基于核心概念和學(xué)習(xí)進(jìn)階理論進(jìn)行編寫，部分教學(xué)內(nèi)容實(shí)現(xiàn)科學(xué)、技術(shù)與工程等知識(shí)的整合，促進(jìn)了學(xué)生參與工程實(shí)踐和對(duì)重要科學(xué)原理的深入探索，發(fā)展了學(xué)生對(duì)跨學(xué)科知識(shí)的深度學(xué)習(xí)與理解。科學(xué)學(xué)科新一輪變革將聚焦于科學(xué)課程、教學(xué)與學(xué)習(xí)方式的變化，最大化地提升學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。

一、STEM整合教育現(xiàn)狀

（一）國(guó)內(nèi)STEM整合教育現(xiàn)狀

2021年新課程標(biāo)準(zhǔn)要求每門課程花10%的時(shí)間開展跨學(xué)科教育，加強(qiáng)學(xué)科內(nèi)知識(shí)整合，強(qiáng)化學(xué)科實(shí)踐。2017年制定的《義務(wù)教育小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》倡導(dǎo)跨學(xué)科整合的學(xué)習(xí)方式，并在教學(xué)實(shí)踐中嘗試STEM教育。同年，中國(guó)教育科學(xué)研究院撰寫的《中國(guó)STEM教育白皮書》闡述了中國(guó)發(fā)展STEM教育的背景，全面分析了我國(guó)STEM教育的發(fā)展成果及問題與挑戰(zhàn)，提出了“中國(guó)STEM教育2029創(chuàng)新行動(dòng)計(jì)劃”以及具體的行動(dòng)方案，整合科研機(jī)構(gòu)、企業(yè)、社區(qū)和學(xué)校等社會(huì)資源創(chuàng)建STEM教育生態(tài)系統(tǒng)。余勝泉等人介紹了兩種跨學(xué)科整合模式，即相關(guān)課程、廣域課程，同時(shí)分析了三種跨學(xué)科整合的取向：學(xué)科知識(shí)整合取向、生活經(jīng)驗(yàn)整合取向、學(xué)習(xí)者中心整合取向，并提出了跨學(xué)科整合的項(xiàng)目設(shè)計(jì)模式。［2］李春密從橫向和縱向兩個(gè)維度對(duì)各國(guó)在整合課程方面的特色和趨勢(shì)做了比較研究。［3］唐小唯提出科—工整合是最符合我國(guó)科學(xué)教育發(fā)展需要的STEM整合類型，即注重教學(xué)實(shí)施中科學(xué)探究與工程設(shè)計(jì)的有機(jī)結(jié)合。［4］郭玉英提到實(shí)現(xiàn)科學(xué)課程整合首先應(yīng)圍繞大概念組織知識(shí)內(nèi)容，建構(gòu)統(tǒng)一的概念體系，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)合理的學(xué)習(xí)進(jìn)階，以促進(jìn)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的連貫發(fā)展。［5］

（二）國(guó)外STEM整合教育現(xiàn)狀

2013年全球STEMX教育大會(huì)上多次提到STEAM，這里的X代表著計(jì)算思維、計(jì)算機(jī)科學(xué)、調(diào)查研究、創(chuàng)造與革新及21世紀(jì)的知識(shí)與技能。2014年美國(guó)科學(xué)教育委員會(huì)發(fā)布的《K-12年級(jí)STEM整合教育現(xiàn)狀、前景和研究議程》對(duì)美國(guó)STEM整合教育實(shí)施提出了建議。［6］2015年奧巴馬簽署的《STEM教育法》將計(jì)算機(jī)學(xué)科整合到STEM教育中。隨后，美國(guó)研究所與美國(guó)教育部發(fā)布《STEM 2026：教育創(chuàng)新愿景》，指出要打破STEM學(xué)科間以及與其他非STEM學(xué)科間的分界線，將跨學(xué)科的學(xué)習(xí)方式整合到P-12課程中，并且整合科研院所、大學(xué)、企業(yè)、圖書館等資源打造網(wǎng)絡(luò)化和參與度高的STEM教育實(shí)踐社區(qū)。2017年，美國(guó)STEM教育峰會(huì)提出以化學(xué)學(xué)科為核心的整合式STEM課程開發(fā)模式，通過工程設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)STEM跨學(xué)科整合，構(gòu)建整合式STEM教學(xué)層級(jí)量表，從學(xué)習(xí)目標(biāo)整合、STEM概念和技能、學(xué)科內(nèi)容知識(shí)、學(xué)習(xí)成果等維度將STEM整合分為探索性整合、發(fā)展性整合和完成性整合三個(gè)層次。《加拿大科學(xué)教育共同框架》將科學(xué)與技術(shù)、社會(huì)和環(huán)境相聯(lián)系與整合，同時(shí)以“共通概念”整合學(xué)科間的概念體系。法國(guó)倡導(dǎo)主題整合引領(lǐng)教學(xué)內(nèi)容，芬蘭的《核心課程標(biāo)準(zhǔn)》將所有學(xué)科以課題的形式整合。

二、STEM整合教育研究框架

STEM整合教育研究框架聚焦三個(gè)方面——目標(biāo)、成果、整合本質(zhì)，每個(gè)方面都有獨(dú)特的內(nèi)容，但在實(shí)踐中它們是相互依存的。

（一）STEM整合教育的目標(biāo)

1．學(xué)生目標(biāo)

STEM整合教育的目標(biāo)為培養(yǎng)學(xué)生的STEM素養(yǎng)和21世紀(jì)能力，這些能力是認(rèn)知能力、人際能力和內(nèi)在能力的整合，可以支持學(xué)生更深層次的學(xué)習(xí)和知識(shí)遷移。認(rèn)知能力包括批判性思維和創(chuàng)新能力；人際能力包括溝通、協(xié)作和責(zé)任擔(dān)當(dāng)能力；內(nèi)在能力包括靈活性、主動(dòng)性和元認(rèn)知。另外STEM整合教育的目標(biāo)還有培養(yǎng)具備STEM能力的人才，提高學(xué)生對(duì)STEM學(xué)科的興趣和參與度，能夠在STEM學(xué)科之間建立聯(lián)系，并利用這些聯(lián)系改變學(xué)習(xí)的方式，從而對(duì)核心概念或大概念深入理解，形成比在單個(gè)學(xué)科的邊界內(nèi)更完整、范圍更廣的知識(shí)。

2．教師目標(biāo)

STEM整合教育的另一個(gè)目標(biāo)是教師，教師要與特定課程相關(guān)的專業(yè)開展合適的教學(xué)教研活動(dòng)。這些課程的目標(biāo)是增加教師的學(xué)科知識(shí)和教學(xué)內(nèi)容知識(shí)，以及促使教師對(duì)學(xué)習(xí)與教學(xué)方式進(jìn)行研究。這些知識(shí)既與STEM學(xué)科相關(guān)，也與學(xué)科之間的聯(lián)系相關(guān)。跨學(xué)科整合的教學(xué)模式至關(guān)重要，因此提高教育者在他們很少接觸的學(xué)科上的教學(xué)技能是必要的，尤其是針對(duì)很少接觸數(shù)學(xué)、科學(xué)或工程方面的校外教育者，應(yīng)適當(dāng)開展整合課程STEM專業(yè)發(fā)展項(xiàng)目。

（二）STEM整合教育的本質(zhì)

STEM整合教育的本質(zhì)是為解決實(shí)際問題而讓學(xué)生積極參與跨學(xué)科項(xiàng)目的合作式學(xué)習(xí)，是將多個(gè)學(xué)科的概念結(jié)合在一起，把一個(gè)概念從一個(gè)主題連接到另一個(gè)主題的實(shí)踐，或者結(jié)合科學(xué)探究和工程設(shè)計(jì)兩者的實(shí)踐。在STEM整合教育中，一個(gè)STEM學(xué)科占主導(dǎo)地位，是在一個(gè)內(nèi)容領(lǐng)域中開發(fā)學(xué)生的知識(shí)或技能，其他學(xué)科的概念或?qū)嵺`通常是為了支持或加深對(duì)目標(biāo)學(xué)科的學(xué)習(xí)和理解。影響STEM整合教育本質(zhì)的重要因素是STEM整合方式和突出STEM實(shí)踐與否。

（三）STEM整合教育的成果

STEM整合教育的成果是知識(shí)和成就、STEM課程實(shí)施、學(xué)習(xí)方式的轉(zhuǎn)變與教學(xué)模式的確定、STEM學(xué)科間的轉(zhuǎn)化理解能力。它對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生的重要成果是知識(shí)和成就、21世紀(jì)能力、STEM課程學(xué)習(xí)、STEM興趣、能夠在STEM學(xué)科之間建立聯(lián)系。STEM整合教育在教育者方面的成果是在恰當(dāng)?shù)慕虒W(xué)模式中實(shí)踐、增強(qiáng)教師STEM教育課堂實(shí)施能力和教學(xué)內(nèi)容知識(shí)。

三、STEM整合教育的實(shí)施策略

實(shí)施STEM整合教育必須考慮施教時(shí)的教學(xué)方法與策略、學(xué)習(xí)方式、評(píng)價(jià)與教學(xué)等。課堂上的STEM學(xué)習(xí)可以作為“元學(xué)科”，在這樣的框架結(jié)構(gòu)下，課程在課堂的呈現(xiàn)以整合的方式推進(jìn)，促進(jìn)了學(xué)生對(duì)教學(xué)內(nèi)容的深度理解以及科學(xué)素養(yǎng)的形成。

（一）多學(xué)科與STEM整合

1.社會(huì)科與STEM整合

社會(huì)科在中小學(xué)的課程范圍內(nèi)包括心理學(xué)、歷史、政治學(xué)等學(xué)科，肩負(fù)著培養(yǎng)學(xué)生社會(huì)責(zé)任感、社會(huì)自豪感和民族教育的重?fù)?dān)。給學(xué)生提供跨學(xué)科整合課程的學(xué)習(xí)體驗(yàn)時(shí)，學(xué)生會(huì)投入到所有的學(xué)科內(nèi)容中，他們的學(xué)習(xí)興趣超越了學(xué)習(xí)單一學(xué)科時(shí)，這樣的學(xué)習(xí)可以開發(fā)學(xué)生創(chuàng)新的潛力。社會(huì)科與STEM整合教學(xué)是讓學(xué)生獲得概念性理解的教學(xué)，注重設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)體驗(yàn)，教學(xué)設(shè)計(jì)要考慮學(xué)生的前概念、興趣、最近發(fā)展區(qū)等。跨學(xué)科整合的社會(huì)科—STEM教育首先要有明確結(jié)果，選擇能夠長(zhǎng)期研究的主題，課程的設(shè)計(jì)者在不同科目的標(biāo)準(zhǔn)之間建立聯(lián)系，然后探究每一學(xué)科的標(biāo)準(zhǔn)和學(xué)習(xí)項(xiàng)目與所圍繞主題之間的聯(lián)系。其次，確定過程性學(xué)習(xí)的證據(jù)，以具體可操作的項(xiàng)目評(píng)價(jià)計(jì)劃開始，注重形成性與發(fā)展性評(píng)價(jià)，使學(xué)生學(xué)習(xí)的潛力發(fā)展最大化。再次，選擇合適的教學(xué)策略、教學(xué)活動(dòng)、教學(xué)順序和教學(xué)資源。最后，要反復(fù)反思與行動(dòng)，鼓勵(lì)學(xué)生用學(xué)到的知識(shí)來解決現(xiàn)實(shí)生活中的真實(shí)問題，同時(shí)反思自己的學(xué)習(xí)過程。

2.科學(xué)閱讀和寫作與STEM整合

科學(xué)閱讀與寫作是對(duì)科學(xué)研究的過程和結(jié)果進(jìn)行資料信息的處理、記錄和書寫，主要包括大量研究?jī)?nèi)容的閱讀，研究計(jì)劃、實(shí)驗(yàn)記錄、實(shí)驗(yàn)報(bào)告、科研論文的撰寫，因此為了提升學(xué)生的綜合素養(yǎng)，將科學(xué)閱讀與寫作納入STEM學(xué)科是必不可少的。科學(xué)閱讀以及有創(chuàng)意的寫作納入STEM學(xué)習(xí)是有價(jià)值的創(chuàng)新，學(xué)生能夠更好地深入學(xué)習(xí)和理解知識(shí)，同時(shí)也能愛上寫作，STEM學(xué)科與創(chuàng)意寫作的融合培養(yǎng)，能夠造就有創(chuàng)造力的思考者、問題解決者和表達(dá)創(chuàng)新想法的發(fā)明者，真正實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新人才的落地培養(yǎng)。把科學(xué)、工程、技術(shù)和數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)與寫作整合在一起，可以打通不同學(xué)科的聯(lián)系，推動(dòng)跨學(xué)科教學(xué)，讓探索發(fā)現(xiàn)成為學(xué)生學(xué)習(xí)的動(dòng)力，并培養(yǎng)學(xué)生深度學(xué)習(xí)的習(xí)慣，引導(dǎo)學(xué)生成為擁有創(chuàng)新思維，又有一定解決實(shí)際問題能力的人。

3.計(jì)算機(jī)科學(xué)與STEM學(xué)習(xí)深度整合

STEM整合教育需要新型技術(shù)的支撐，編程與人工智能教育的蓬勃發(fā)展為STEM教育的發(fā)展提供了很好的契機(jī)，人工智能是計(jì)算機(jī)科學(xué)的一個(gè)分支，而21世紀(jì)核心素養(yǎng)包含數(shù)字信息與通信技術(shù)素養(yǎng)，因此計(jì)算機(jī)科學(xué)與STEM學(xué)習(xí)深度整合是培養(yǎng)學(xué)生跨學(xué)科綜合素養(yǎng)的一種極佳方式。而STEM整合教育的兩個(gè)目標(biāo)人群是學(xué)生和教師，構(gòu)建基于人工智能技術(shù)的STEM跨學(xué)科教育融合模式是未來的一個(gè)重要的整合方向。

（二）STEM知識(shí)、技能、態(tài)度與價(jià)值的整合

STEM科目知識(shí)包括規(guī)律性知識(shí)、跨學(xué)科知識(shí)、綜合實(shí)踐知識(shí)，技能包括認(rèn)知和元認(rèn)知技能，社會(huì)交際情感技能、親身實(shí)踐技能。態(tài)度價(jià)值包括擁有實(shí)事求是的嚴(yán)謹(jǐn)態(tài)度、尊重真理與客觀規(guī)律、獨(dú)立探索、勇于創(chuàng)新和質(zhì)疑與批判、平等合作。將STEM知識(shí)、技能、態(tài)度價(jià)值整合并融入課堂可以培養(yǎng)學(xué)生的STEM學(xué)科素養(yǎng)，促使學(xué)生將這種能力變成一種習(xí)慣，具備終身學(xué)習(xí)的能力。STEM教育不僅傳授STEM科目知識(shí)，還致力于培養(yǎng)批判性思考、問題解決、高階思維、設(shè)計(jì)和推理等技能，并傳授學(xué)習(xí)毅力、適應(yīng)性、團(tuán)隊(duì)合作、組織能力和責(zé)任擔(dān)當(dāng)?shù)刃袨槟芰Γ瑫r(shí)幫助學(xué)生發(fā)展批判性思維技能和問題解決技能。

（三）思維整合－STEM思維的形成

教育要著重培養(yǎng)學(xué)生的思維能力，因?yàn)樗季S能力是學(xué)習(xí)能力的核心要素之一。思維是人類用語言或符號(hào)對(duì)客觀世界發(fā)展的思考和表達(dá)過程，人的思維活動(dòng)在思維情景、思維對(duì)象、思維內(nèi)容、思維形式、思維結(jié)構(gòu)、思維過程等方面都要受到實(shí)踐活動(dòng)的制約和影響。科學(xué)思維指人腦對(duì)科學(xué)的現(xiàn)象、研究對(duì)象、過程等研究領(lǐng)域的內(nèi)在規(guī)律及事物間的聯(lián)系和相互關(guān)系的間接概括反映。工程思維是指人們綜合運(yùn)用科學(xué)、技術(shù)、社會(huì)、人文、管理科學(xué)等方面知識(shí)在進(jìn)行工程設(shè)計(jì)、研究與建構(gòu)實(shí)踐過程中解決工程實(shí)踐問題時(shí)所形成的獨(dú)特的系統(tǒng)思維方式。技術(shù)思維是人類采用綜合分析、抽象、形象思維的方法，通過對(duì)技術(shù)信息的反思處理與分析按照技術(shù)邏輯的要求去解決技術(shù)問題的一種特有的思維活動(dòng)。數(shù)學(xué)思維是指對(duì)數(shù)學(xué)對(duì)象進(jìn)行某種領(lǐng)悟和洞察的思維，用數(shù)學(xué)的觀點(diǎn)去思考和解決問題。計(jì)算思維是有廣泛價(jià)值的思維技能，能幫助人們解決問題、設(shè)計(jì)系統(tǒng)和理解人類行為，使每個(gè)學(xué)習(xí)者都有能力評(píng)估信息、分析問題，并通過適當(dāng)使用數(shù)據(jù)和邏輯思維制定解決方案。思維整合致力于形成STEM思維，STEM思維是按一定的結(jié)構(gòu)、方法和程序?qū)⒖茖W(xué)思維、工程思維、技術(shù)思維、數(shù)學(xué)思維、藝術(shù)思維等結(jié)合起來從多層次、多角度對(duì)要解決的實(shí)際問題進(jìn)行綜合性思考的高階思維。

（四）STEM教育中教學(xué)方式的整合

STEM課堂教學(xué)方式是當(dāng)下教育研究的熱點(diǎn)，STEM教學(xué)重點(diǎn)在于培養(yǎng)學(xué)生的STEM思維能力，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)批判質(zhì)疑和創(chuàng)新發(fā)現(xiàn)。與STEM教育相匹配的教學(xué)方式是以學(xué)生為中心、強(qiáng)調(diào)動(dòng)手實(shí)踐、以科學(xué)探究和工程實(shí)踐為基礎(chǔ)。在課堂教學(xué)方面包含了多種教學(xué)方式，例如以學(xué)生為中心的項(xiàng)目學(xué)習(xí)、問題化學(xué)習(xí)、體驗(yàn)式和開放式的教學(xué)方式。

1.基于問題學(xué)習(xí)的STEM教育

基于問題的學(xué)習(xí)是一種體驗(yàn)式教學(xué)策略，鼓勵(lì)學(xué)生積極學(xué)習(xí)，讓他們參與到結(jié)構(gòu)松散的問題中，這些問題與他們?cè)谏钪杏龅降那闆r相似，并且可能有多種解決問題的方案。將問題學(xué)習(xí)整合到STEM教育中是一種很好的嘗試，它的中心特征是：學(xué)生中心論、小組合作、教師角色作為引導(dǎo)者、現(xiàn)實(shí)問題作為學(xué)習(xí)的最核心焦點(diǎn)和刺激、通過自主學(xué)習(xí)獲得新信息。

2.基于項(xiàng)目學(xué)習(xí)的STEM教育

項(xiàng)目式學(xué)習(xí)是以學(xué)生為中心的合作性學(xué)習(xí)活動(dòng)，通過學(xué)生自主提出問題、設(shè)計(jì)方案、解決問題、評(píng)價(jià)和反思這個(gè)探究過程解決多學(xué)科的有實(shí)際意義的問題，使學(xué)生更高效地理解學(xué)科知識(shí)，并培養(yǎng)學(xué)生的21世紀(jì)實(shí)際技能。基于項(xiàng)目學(xué)習(xí)的一般特征包括主題引入、任務(wù)確定、調(diào)查研究、資源收集、搭建腳手架、團(tuán)隊(duì)合作、反思交流。基于項(xiàng)目的學(xué)習(xí)已經(jīng)實(shí)施很多年，但是與中小學(xué)的STEM教育整合在一起是新的嘗試，因此STEM項(xiàng)目教學(xué)法應(yīng)運(yùn)而生，STEM項(xiàng)目教學(xué)由教師創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境，在教師的引導(dǎo)下，以學(xué)生為中心，利用充足時(shí)間，對(duì)于一個(gè)跨學(xué)科項(xiàng)目，由學(xué)生自己收集與處理信息、設(shè)計(jì)方案、實(shí)施項(xiàng)目及評(píng)價(jià)，解決具有實(shí)際意義的問題。它是以STEM項(xiàng)目問題的生成、探究、解決、運(yùn)用來培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力，又以學(xué)生的發(fā)展為本，形成學(xué)習(xí)共同體，注重核心素養(yǎng)全面提升的一種探究式、體驗(yàn)式、開放式教學(xué)模式。

（五）STEM教育中學(xué)習(xí)方式的整合

將STEM與基于項(xiàng)目的學(xué)習(xí)整合后發(fā)展為基于項(xiàng)目的STEM學(xué)習(xí)。基于項(xiàng)目的STEM學(xué)習(xí)是在有明確目標(biāo)的基礎(chǔ)上，把模糊的任務(wù)置于較為豐富的學(xué)習(xí)情景下，以學(xué)生為中心，進(jìn)行小組合作學(xué)習(xí)、制定項(xiàng)目的方案設(shè)計(jì)、解決現(xiàn)實(shí)生活中的問題，從而考察學(xué)生對(duì)跨學(xué)科知識(shí)和概念的掌握以及利用知識(shí)解決問題的能力。基于項(xiàng)目的STEM學(xué)習(xí)也是一種整合科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)的學(xué)習(xí)方式，這種學(xué)習(xí)方式要求學(xué)生有批判性的思維并且要善于分析問題，強(qiáng)化了更高水平的思維技能，這種學(xué)習(xí)是一種合作性的學(xué)習(xí)方式，要求學(xué)生團(tuán)隊(duì)協(xié)作、與同伴溝通、合作解決問題。基于項(xiàng)目的STEM學(xué)習(xí)需要教師創(chuàng)建豐富且真實(shí)的情景體驗(yàn)，因此引入情境學(xué)習(xí)與體驗(yàn)式學(xué)習(xí)也至關(guān)重要，同時(shí)采用發(fā)現(xiàn)式學(xué)習(xí)也是必須的。

（六）STEM教育評(píng)價(jià)與教學(xué)的整合

在STEM項(xiàng)目學(xué)習(xí)的課堂中整合評(píng)價(jià)與教學(xué)非常關(guān)鍵，在課程設(shè)計(jì)中要清楚地說明教學(xué)標(biāo)準(zhǔn)，使評(píng)價(jià)和教學(xué)緊密交織在一起。評(píng)價(jià)要和學(xué)習(xí)環(huán)境相匹配，教師以自己學(xué)科領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)作為對(duì)學(xué)生期望的基礎(chǔ)，然后發(fā)展出能夠解決這些期望的STEM項(xiàng)目學(xué)習(xí)環(huán)境。對(duì)相同內(nèi)容或標(biāo)準(zhǔn)的評(píng)價(jià)會(huì)因?yàn)榘l(fā)生的學(xué)習(xí)是小組學(xué)習(xí)還是個(gè)人學(xué)習(xí)而不同，所以教師可以根據(jù)學(xué)習(xí)情況調(diào)整評(píng)價(jià)方法。教師應(yīng)利用多項(xiàng)資源來評(píng)價(jià)學(xué)習(xí)，不僅要包括傳統(tǒng)類型的測(cè)驗(yàn)和測(cè)試等評(píng)價(jià)形式，也要包括面試、觀察、開放性問題、標(biāo)推化測(cè)試的分?jǐn)?shù)。教師也可以用評(píng)價(jià)量規(guī)來確定學(xué)生的表現(xiàn)，評(píng)估學(xué)生制作的手工制品，并進(jìn)一步通過同伴評(píng)價(jià)來提供建設(shè)性的反饋與評(píng)價(jià)。這些過程會(huì)培養(yǎng)學(xué)生反思的思維技能，并增強(qiáng)學(xué)生開發(fā)元認(rèn)知的知識(shí)和策略的意識(shí)。使用形成性評(píng)價(jià)和發(fā)展性評(píng)價(jià)能幫助學(xué)生開發(fā)學(xué)習(xí)的潛力，培養(yǎng)學(xué)生在項(xiàng)目教學(xué)中的批判性思維技能。值得注意的是，形成性評(píng)價(jià)是一種為了促進(jìn)學(xué)習(xí)而在教學(xué)中開展的評(píng)估形式，而不是對(duì)學(xué)習(xí)成就進(jìn)行評(píng)估。形成性評(píng)價(jià)應(yīng)該是教學(xué)必備的有機(jī)組成部分，應(yīng)該從始至終落實(shí)到學(xué)習(xí)項(xiàng)目的過程中。

（七）STEM與教育技術(shù)的整合

教育技術(shù)在STEM教育中占有重要的地位，在STEM教育中使用技術(shù)，學(xué)生能夠發(fā)展技術(shù)素養(yǎng)、獲得數(shù)據(jù)技能，例如人工智能、網(wǎng)絡(luò)探究、社交媒體等教學(xué)工具正在深度融入STEM課堂。使用建模工具等計(jì)算機(jī)軟件能幫助學(xué)生看到數(shù)據(jù)的變化，擴(kuò)展探究學(xué)習(xí)的空間。這些技術(shù)在教師專業(yè)發(fā)展活動(dòng)和教與學(xué)的過程中也該得到有效的利用，如采用網(wǎng)絡(luò)教研形式促進(jìn)省際教師之間的交流學(xué)習(xí)，發(fā)展教師的專業(yè)素養(yǎng)。STEM項(xiàng)目學(xué)習(xí)中使用的教育技術(shù)有四種類型，即探究、溝通、建構(gòu)和表達(dá)。探究的技術(shù)支持著搜索、發(fā)現(xiàn)、收集、示范和分析數(shù)據(jù)；溝通的技術(shù)支持著展示、語言、聽覺等形式進(jìn)行合作性工作；建構(gòu)的技術(shù)支持著建構(gòu)新事物；表達(dá)的技術(shù)支持著通過特定形式將所得到的結(jié)果與他人分享。

將教育技術(shù)整合到STEM教育中可以采用ASSURE模式。ASSURE模式包括分析學(xué)習(xí)者、陳述目標(biāo)、選擇方法和技術(shù)、使用技術(shù)、要求學(xué)習(xí)者參與、評(píng)估和修改六個(gè)階段。即分析學(xué)習(xí)者的年齡、社會(huì)文化、技能、態(tài)度、興趣、動(dòng)機(jī)等，在STEM教育結(jié)束時(shí)明確期望學(xué)生取得的成果，并有計(jì)劃地運(yùn)用教育策略和技術(shù)，為學(xué)生提供豐富的學(xué)習(xí)體驗(yàn)和社交互動(dòng)的機(jī)會(huì)，利用評(píng)估結(jié)果幫助STEM項(xiàng)目學(xué)習(xí)取得更好的設(shè)計(jì)和實(shí)施效果。

四、工程設(shè)計(jì)取向的STEM項(xiàng)目學(xué)習(xí)的教學(xué)設(shè)計(jì)研究

將工程設(shè)計(jì)的思想整合到中小學(xué)STEM教育與科學(xué)教育中，提高了課堂所學(xué)內(nèi)容在現(xiàn)實(shí)生活中的實(shí)用性，形成深度學(xué)習(xí)。以工程設(shè)計(jì)為基石的STEM項(xiàng)目學(xué)習(xí)借助工程設(shè)計(jì)過程，將工程概念核心思想和實(shí)踐納入課堂，幫助教師講解科學(xué)、技術(shù)、數(shù)學(xué)和工程等多個(gè)學(xué)科之間的相互依賴關(guān)系以及對(duì)社會(huì)和自然的影響，能真正實(shí)現(xiàn)學(xué)生對(duì)STEM概念的深入學(xué)習(xí)，體驗(yàn)廣泛的STEM技能、問題和機(jī)會(huì)。通過模仿工程設(shè)計(jì)的過程實(shí)現(xiàn)課程的整合最為理想，能將STEM思維滲透到各個(gè)環(huán)節(jié)。STEM整合教育中的工程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)要運(yùn)用高階思維，在確定需求環(huán)節(jié)會(huì)用到人性化思維，在設(shè)計(jì)解決問題方案環(huán)節(jié)會(huì)用到和創(chuàng)造性思維息息相關(guān)的“頭腦風(fēng)暴”，在權(quán)衡利弊環(huán)節(jié)需要用到分析性思維、批判性思維等，設(shè)計(jì)過程是系統(tǒng)的和迭代的。基于工程設(shè)計(jì)取向的STEM項(xiàng)目學(xué)習(xí)的教學(xué)流程如下：

（一）情景創(chuàng)建

STEM整合教育中的課程通常是通過基于問題、項(xiàng)目或設(shè)計(jì)的任務(wù)來讓學(xué)生參與解決真實(shí)世界的問題。教師在確立研究主題后給出模糊的任務(wù)，讓學(xué)生借助現(xiàn)代技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)資源自主收集相關(guān)信息，提取關(guān)鍵有研究?jī)r(jià)值的學(xué)習(xí)內(nèi)容，再通過設(shè)計(jì)引人注意的開場(chǎng)，回顧以往的知識(shí)，引出下一步的學(xué)習(xí)。工程設(shè)計(jì)取向的STEM學(xué)習(xí)是在有明確目標(biāo)的基礎(chǔ)上，把模糊的任務(wù)置于較為豐富的與社會(huì)生活相關(guān)的課堂環(huán)境下，學(xué)生綜合運(yùn)用各學(xué)科知識(shí)解決一個(gè)有趣而富有挑戰(zhàn)的實(shí)際問題。

（二）確定問題和目標(biāo)定義

學(xué)習(xí)挑戰(zhàn)是由某種需要、愿望或問題引發(fā)的。學(xué)生課前使用計(jì)算機(jī)對(duì)確定的根本性問題進(jìn)行資料收集、閱讀與信息整理，確定問題的具體要求，明確安全和成本等限制性條件，從而對(duì)合理的方案進(jìn)行定義。在跨學(xué)科的STEM項(xiàng)目學(xué)習(xí)上，教師要識(shí)別科學(xué)、數(shù)學(xué)、工程與技術(shù)等學(xué)科在各個(gè)年級(jí)對(duì)應(yīng)的基礎(chǔ)知識(shí)和技能標(biāo)準(zhǔn)，重視學(xué)生知識(shí)與技能的習(xí)得，進(jìn)行學(xué)科內(nèi)部和學(xué)科之間的無縫隙整合，并將教學(xué)評(píng)價(jià)與學(xué)習(xí)目標(biāo)相結(jié)合。

（三）自主設(shè)計(jì)解決方案

教師讓學(xué)生辨別問題時(shí)必須均衡多種不同的因素，如成本、審美、材料、安全等制約因素和標(biāo)準(zhǔn)，學(xué)生借助學(xué)習(xí)前對(duì)相關(guān)學(xué)習(xí)項(xiàng)目的信息搜集和調(diào)查研究，通過開展頭腦風(fēng)暴形成一些創(chuàng)新性的解決問題的觀點(diǎn)。學(xué)生應(yīng)該盡可能多地進(jìn)行頭腦風(fēng)暴，將問題分解成一個(gè)個(gè)小問題，再對(duì)每個(gè)小問題進(jìn)行頭腦風(fēng)暴尋求解決方案。教師要幫助學(xué)生把注意力放在產(chǎn)生想法上，不是關(guān)注他們的想法是否合適。一旦形成了大量的可能解決問題的方案，學(xué)生就開始分析這些方案，對(duì)每個(gè)方案是否滿足設(shè)計(jì)綱要的目標(biāo)和限制條件進(jìn)行評(píng)判，使用系統(tǒng)的方法分析，研究每一個(gè)方案的優(yōu)勢(shì)與缺陷。

（四）構(gòu)建模型、測(cè)試與優(yōu)化、展示與交流

在建立模型的環(huán)節(jié)中，學(xué)生們一起將設(shè)計(jì)的方案進(jìn)行建模，并在實(shí)際動(dòng)手操作中發(fā)現(xiàn)問題、解決問題、收獲知識(shí)。學(xué)生利用數(shù)學(xué)知識(shí)和計(jì)算思維等測(cè)試解決方案，必要時(shí)可引入人工智能設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和模擬，判斷解決方案是否合適。學(xué)生在反復(fù)的制作、測(cè)試、優(yōu)化中不斷反思，改進(jìn)設(shè)計(jì)方案，提升動(dòng)手實(shí)踐能力和批判性思維能力。測(cè)試可以采用“公平測(cè)試”的方法，依次更改每一個(gè)獨(dú)立因素。工程設(shè)計(jì)過程具有反復(fù)性，學(xué)生要有意識(shí)地對(duì)自己的設(shè)計(jì)進(jìn)行改良，創(chuàng)作出最好的設(shè)計(jì)方案。在整個(gè)工程設(shè)計(jì)過程中，教師都應(yīng)該給學(xué)生提供與同學(xué)交流測(cè)試結(jié)果的機(jī)會(huì)；如果有可能，還應(yīng)該讓他們與更廣的受眾進(jìn)行交流。在“測(cè)試、評(píng)估和優(yōu)化”環(huán)節(jié)，學(xué)生應(yīng)該分享自己的測(cè)試結(jié)果、關(guān)系到改良設(shè)計(jì)方案的決策以及支撐這些決策的證據(jù)。最后，教師還應(yīng)該給學(xué)生機(jī)會(huì)讓他們展示自己的最終方案，說明方案成功的依據(jù)以及找到這個(gè)方案的途徑。

（五）評(píng)價(jià)與反思

對(duì)學(xué)生在STEM項(xiàng)目學(xué)習(xí)中的表現(xiàn)進(jìn)行評(píng)估是通過多種方式實(shí)現(xiàn)的。教師要對(duì)學(xué)生在項(xiàng)目中的表現(xiàn)進(jìn)行跟蹤，如設(shè)計(jì)過程的每一步應(yīng)該達(dá)到的效果、學(xué)生使用的方法、成員對(duì)主題的理解與領(lǐng)悟等。同時(shí)評(píng)價(jià)應(yīng)更加注重學(xué)習(xí)過程中的生生之間互動(dòng)以及對(duì)學(xué)生思維發(fā)展方面展開批判性評(píng)價(jià)。STEM項(xiàng)目學(xué)習(xí)中的真實(shí)性評(píng)價(jià)是最有挑戰(zhàn)性的評(píng)價(jià)方式，評(píng)價(jià)內(nèi)容與學(xué)生所學(xué)內(nèi)容相吻合，教師明確如何評(píng)價(jià)，何時(shí)去評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)的對(duì)象是誰，評(píng)價(jià)什么等也是非常重要的。［7］在評(píng)價(jià)形式上，采用評(píng)價(jià)量規(guī)對(duì)學(xué)生團(tuán)隊(duì)在學(xué)習(xí)具體內(nèi)容和實(shí)踐活動(dòng)時(shí)概念生成的成分進(jìn)行評(píng)價(jià)，通過合理評(píng)價(jià)讓學(xué)生分享學(xué)習(xí)過程，反思遇到的問題，互學(xué)互教，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造性和深層次的思考，從而利于學(xué)習(xí)的拓展遷移。

五、對(duì)STEM整合教育實(shí)施的建議

整合可以改善學(xué)科的概念學(xué)習(xí)，但效果不同，這取決于整合的性質(zhì)、衡量的結(jié)果以及學(xué)生的原有知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)。

（一）整合要適度

在STEM學(xué)科間建立聯(lián)系，需要以一種可測(cè)量的、策略性的方式實(shí)施STEM整合教育，要以學(xué)生在認(rèn)知和學(xué)習(xí)上的利弊為依據(jù)，注意STEM單個(gè)學(xué)科中的學(xué)習(xí)目標(biāo)和學(xué)習(xí)進(jìn)程，避免破壞學(xué)生對(duì)這些學(xué)科的學(xué)習(xí)興趣。筆者主張借鑒新科學(xué)教材編寫模式，以所學(xué)科學(xué)知識(shí)和學(xué)生現(xiàn)有的工程技術(shù)知識(shí)整合進(jìn)行基于項(xiàng)目的STEM整合式學(xué)習(xí)。

（二）支持學(xué)生學(xué)習(xí)單個(gè)學(xué)科的知識(shí)

當(dāng)學(xué)生不理解單個(gè)學(xué)科的相關(guān)概念時(shí)，建立學(xué)科間的聯(lián)系就有困難。同樣在整合的情境中，學(xué)生不會(huì)自然地應(yīng)用其學(xué)科知識(shí)，對(duì)知識(shí)的理解以及知識(shí)的遷移會(huì)感覺困難，因此應(yīng)當(dāng)在實(shí)施STEM分科教育同時(shí)適當(dāng)實(shí)施STEM整合教育。實(shí)施STEM整合教育面臨的挑戰(zhàn)在于盡可能為學(xué)生提供超越分科學(xué)習(xí)價(jià)值的時(shí)機(jī)、情境和目標(biāo)。

（三）整合必須明確

學(xué)生對(duì)多個(gè)學(xué)科和單元內(nèi)容間的整合不是自發(fā)完成的，不能假定學(xué)生自主完成學(xué)習(xí)目標(biāo)和整合目標(biāo)，一定要重視整合經(jīng)驗(yàn)的課程教學(xué)設(shè)計(jì)，為學(xué)生在學(xué)科內(nèi)和學(xué)科間獲取知識(shí)和技能提供有目的的和明確的支持，即教育方案的設(shè)計(jì)者需要明確設(shè)計(jì)STEM整合教育所要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)，實(shí)施后會(huì)產(chǎn)生怎樣的學(xué)習(xí)結(jié)果以及如何測(cè)量這些結(jié)果等。促進(jìn)STEM學(xué)習(xí)興趣和有個(gè)性的自我發(fā)展是STEM整合教育的重要潛在成果，也被認(rèn)為是學(xué)生繼續(xù)參與STEM相關(guān)的活動(dòng)的動(dòng)力源泉。

（四）打造STEM整合教育實(shí)踐的良好環(huán)境

標(biāo)準(zhǔn)、評(píng)價(jià)、教師支持這三個(gè)情境因素可能會(huì)給實(shí)施STEM整合教育帶來機(jī)遇和挑戰(zhàn)。課程標(biāo)準(zhǔn)是一門課程的基本導(dǎo)向，STEM課程標(biāo)準(zhǔn)在我國(guó)尚處于起步階段，標(biāo)準(zhǔn)的制定要考慮的基本原則包括學(xué)生積極參與的真實(shí)性任務(wù)，支持概念性知識(shí)和推理的研發(fā)，在真實(shí)情景中應(yīng)用知識(shí)，并要考慮在發(fā)展學(xué)科知識(shí)的同時(shí)支持學(xué)生在學(xué)科間建立聯(lián)系，讓整合對(duì)學(xué)習(xí)結(jié)果產(chǎn)生積極影響。已有的評(píng)價(jià)傾向于重視單科知識(shí)，且只重視內(nèi)容知識(shí)，很少關(guān)注學(xué)科中的實(shí)踐和應(yīng)用知識(shí)，所以學(xué)生的技術(shù)和工程素養(yǎng)和實(shí)踐科學(xué)任務(wù)的情況也應(yīng)納入到考核范圍之內(nèi)。教師對(duì)STEM整合教育也至關(guān)重要，教學(xué)的有效性的制約因素之一在于教師的知識(shí)儲(chǔ)備，教育者需要知道如何提供教學(xué)支持以幫助學(xué)生認(rèn)識(shí)學(xué)科間的聯(lián)系，以通過整合活動(dòng)教學(xué)促進(jìn)學(xué)生的能力發(fā)展。

（五）STEM首要目標(biāo)與次要目標(biāo)整合

基于項(xiàng)目的STEM學(xué)習(xí)都開始于一個(gè)設(shè)計(jì)好的有明確定義的結(jié)果，也可以把它表定為首要目標(biāo)。首要目標(biāo)與次要目標(biāo)整合才能使學(xué)生得到發(fā)展。正是這種整合后的結(jié)果才是啟動(dòng)設(shè)計(jì)過程，進(jìn)行終結(jié)性評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)以及所有教學(xué)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。次要目標(biāo)也是至關(guān)重要的，因?yàn)樗鼈兌x了整合，并且為基于項(xiàng)目的學(xué)習(xí)提供了STEM。