STEM本土化課例設計實踐研究

王 戈（北京市朝陽區教育科學研究院）

一、問題的研究背景

為應對21世紀信息時代對教育的挑戰，培養具有專家思維和復雜人際交往能力的創新型人才成為教育的重要任務，STEM成為培養學生創新能力的重要途徑。STEM中要解決非虛構的真實問題，學生需要具有綜合的知識、跨學科能力、協作能力，才能在問題解決過程中培養創新能力；面對知識爆炸的學習環境，需要使用聚類思想，依據共同特征或相似屬性來融合相關知識、方法與過程，以降低學生同化或順應新知的難度，STEM的跨學科性在其中起著無可替代的作用。

以北京市社會科學基金項目課題《信息技術與中小學跨學科教育深度融合教學實踐研究》（編號19JYB011）為抓手，課題組對于基于STEM本土化的課例設計進行了系統研究，試圖尋找從學科核心素養到核心素養培養的破局之法，形成了一些初步的成果。

二、初步成果

（一）STEM本土化的理論概念初探

1.STEM的本土化概念

課題組認為：STEM以理工類學科的知識和技能為載體，將多門學科內容組合形成有機整體，通過凝練上位大概念，利用真實問題生成具體項目問題，學習跨學科知識和技能，培養學生綜合利用跨學科知識解決現實問題的能力，重點培養學生的科學探究和工程素養及創新精神。

2.STEM的本土特征

（1）跨學科但有側重

跨學科性是STEM的本質特征。由于國內分科教學的現實，跨學科但有側重在一個很長的歷史時期內是會本土化STEM課例的一個特征，這是由國內分科教學，教師不具備跨學科能力等的現實情況所決定的，不必要求科學、技術、工程、數字等學科元素是均衡的。

（2）真實具體的復雜任務

真實而具有挑戰性的問題，才能激發學生的研究興趣，增加學生切身體驗，在參與、體驗獲得知識的過程中，學生不僅獲得結果性知識，還習得蘊含在項目問題解決過程中的過程性知識，更具備了非良構問題的解決能力，創新能力得以培養。

（3）重視科學探究和工程設計

科學探究能力和工程素養是本土化STEM課例設計時最要關注的。通常根據教學內容，問題性質，把課例設計為側重于科學探究的項目、側重于工程設計的項目或者兩者并重的項目。而兩者并重的項目居多，科學探究得出正確結論，工程設計實現和驗證科學探究的結果，兩者結合，解決問題。

（4）重視協作

本土化STEM課例設計時，要關注學生協作能力的培養，關注學習社群或學習小組的環境搭建和協作分工，四人是協同學習的最好人數，男女生搭配可以提高課堂的效率、并有助于進行組內管理。異質學生可以促使學生向高學力學生看齊，通過組內互助，達到本組內最高水平。

（二）STEM課程的設計模式

1.“話題”模式

此模式特征是以某一個話題為中心，不同學科圍繞這個話題，各自設計本學科內容，內容之間沒有直接的交叉融合。以人工智能技術服務老人為題，各學科分別設計。信息技術研究如何用語音控制夜燈幫助老人；語文通過閱讀人工智能文獻后寫一篇議論文；英語翻譯描述人工智能的文章；物理通過研究更為智能的開關來控制電路；體育研究老年運動監控；美術繪制技術與老人的和諧共處……

2.“一科獨大外延”模式

這是當前國內數量最多的STEM課程模式，由某一個學科為主，向外延伸到其他學科的部分內容，設計目的為學習本學科內容；其他學科的內容僅是因為項目中要用到，或直接使用，或僅進行最淺層的學習。

以“語音控制智能夜燈”為例，信息技術教師設計了課程，其教學目標為：知道語音識別技術的概念、原理和實現過程；學會制作語音識別過程的流程圖。了解聲波的概念及聲音三要素、特征提取的概念；了解電磁繼電器原理及弱電控制系統原理。

3.“上位跨學科核心概念統領”的主題模式

此模式從不同學科之間，找出其知識技能的交叉點，總結凝練不同學科之間共通的跨學科核心概念，并從學科核心素養中，總結凝練更為上位的共同核心素養；設計者能夠對不同學科的核心概念和學科方法了然于心，把各學科核心概念、跨學科核心概念、共同核心素養熔為一爐，設計具有“上位核心概念統領”的STEM課程。

以“人工智能語音識別——聲控燈的設計制作”項目為例，解決的真實問題是：幫助不方便的老人設計個性化的智能家居照明，涉及老人房間的面積、布局、燈的位置、需要的照度等。案例挖掘電路知識、語音控制的科學原理、科學計算日出日落時間等知識，引導學生運用設計思維、工程思維，充分發揮跨學科學習的優勢。學生需要主動學習并綜合地運用這些跨學科知識，在交叉融合中，解決復雜綜合問題，提升學生的批判性思維和創新實踐精神，引導學生關注社會問題。

（三）邏輯切分以適應短課時

在進行STEM課例設計時，就注意對于整個項目的有效劃分。以適應國內實際，進行分學時實施。

工程任務是具有現實意義且有一定復雜度綜合度的真實任務，是總項目的最終成果。為了適應短課時的要求，要把工程任務分解為一個個工程挑戰任務。在進行劃分時，要尊重任務的劃分邏輯，通過驅動問題，形成問題鏈，引導學生進行分析，把一個復雜的問題，通過分解分層，成為一個個容易解決又有邏輯關系的小問題。從知識技能層面上，明已知，找未知；從能力上講，知已具備，明白缺乏。層層分解后的未知小問題和未具備能力，就是我們設計工程挑戰任務的依據。在尊重邏輯的基礎上，關注時間的劃分，把這些小問題根據邏輯關系，或組成或分解，成為一節節45分鐘的課。這也是為應對本土化實際情況的舉措。

三、研究展望

課題組要加強對于不同學科核心大概念和學科核心素養的理解，從知識層面，找出不同學科核心概念之間的交叉點，形成跨學科核心概念；從能力層次，找出不同學科之間共同的能力要求；從更綜合的角度，提煉出不同學科的共有上位核心素養。從各學科核心概念、跨學科核心概念，共同核心素養三個維度，總結凝練設計跨學科STEM的理念和方法，以生成更多的高品質本土STEM課例。