面向協(xié)作問題解決能力培養(yǎng)的STEAM教學模式研究*

郭佳瑞 周 榕

（陜西師范大學 教育學部，陜西 西安 710062）

一、研究背景

無論是在不同層次的教育環(huán)境中，還是在工作場所中，傳統(tǒng)的技能發(fā)展模式都在發(fā)生變化，強調(diào)個體擁有傳統(tǒng)學業(yè)知識外更廣泛技能的重要性。同時，市場經(jīng)濟學和心理學表明，21 世紀協(xié)作解決問題能力對于實現(xiàn)學業(yè)或職業(yè)的成功而言是重要技能。當前，教育領(lǐng)域中越來越多的學者試圖改變以個體為中心的能力培養(yǎng)模式，探索提升個體協(xié)作解決問題技能的新教學方法[1]。協(xié)作問題解決能力（Collaborative Problem Solving，CPS）是比個人問題解決能力更有前景的研究領(lǐng)域，前者包括：有效的勞動分工；整合多人知識、觀點和經(jīng)驗的能力；以及通過相互反饋改進解決方案的可能性等優(yōu)勢[2]。越來越多的國家，如新加坡和以色列，重視21 世紀關(guān)鍵技能的培養(yǎng)，著手進行課程改革，其中協(xié)作解決問題能力是他們主要關(guān)注點之一[3]。2017年教育部印發(fā)的最新《義務教育小學科學課程標準》倡導，培養(yǎng)學生與同伴交流合作的能力，讓學生學會與同伴合作學習[4]。

然而，目前課堂教學活動中主要是通過劃分學生為小組成員，利用組內(nèi)協(xié)商、分配任務等互動活動，實現(xiàn)任務的協(xié)同解決和協(xié)作問題解決能力的培養(yǎng)。研究指出，僅僅把學生分成小組并不能保證他們會形成積極的協(xié)作關(guān)系，實現(xiàn)協(xié)同問題解決[5]。此外，目前協(xié)作問題解決教學仍采用傳統(tǒng)的評價方式——對任務結(jié)果進行評價，難以有效評估協(xié)作情境中學生協(xié)作行為。因此，本研究試圖構(gòu)建面向協(xié)作問題解決能力培養(yǎng)的教學模式，引入新的測評手段以期為協(xié)作問題解決能力發(fā)展與評估提供新途徑。

二、STEAM 教學與培養(yǎng)協(xié)作問題解決能力的契合度

首先，協(xié)作問題解決能力的獲得依賴問題解決的場景，需要由學生在具體真實的情境中運用跨學科知識與技能，通過協(xié)作分工以協(xié)同完成任務。任務完成過程中需要環(huán)境提供各種技術(shù)資源支持，如腳手架、思維導圖等認知工具幫助學生梳理思路助力討論，使用白板、話筒等演示工具展示講解作品。其中，協(xié)作問題解決學習過程的關(guān)鍵是學生跨學科知識的遷移應用與小組有效協(xié)作，STEAM 教學滿足協(xié)作問題解決能力培養(yǎng)的環(huán)境需求、活動設計與評價支持。

20 世紀90年代，NSF（National Science Foundation）確定STEM 教育對于促進美國經(jīng)濟發(fā)展的重要作用。隨著STEM 教育運動，STEAM 教育產(chǎn)生，其中“A”代表藝術(shù)和人文學科，因為藝術(shù)和人文學科能更好地整合學科，鼓勵創(chuàng)造力和問題解決，所以STEAM 被認為能更好地吸引學生參與并提供真實的學習體驗[6]。Herro 和Quigley[7]提出STEAM 教學，是學生通過項目式學習方式，利用STEAM 多學科知識儲備，嘗試多途徑問題解決的探究方法，使用技術(shù)實現(xiàn)設計與創(chuàng)新以協(xié)同解決問題的新時代教育方式。STEAM 教學中，教師注重學科之間關(guān)聯(lián)性，巧妙使用多方法組織跨學科STEAM 內(nèi)容，提出與學生所在地、生活緊密相關(guān)的問題，幫助學生組成協(xié)作小組以探索和設計開放式問題的解決方案。

可見，STEAM 教學的鮮明特征——一種跨學科協(xié)作學習方法，強調(diào)從問題出發(fā)，通過解決問題的過程，幫助學生實現(xiàn)多學科知識對于解決問題的遷移和應用，對于培養(yǎng)協(xié)作問題解決能力具有獨特優(yōu)勢。同時，STEAM教學面向真實問題情境與協(xié)作問題解決能力及面向未來社會發(fā)展理念契合，提供的項目式探究學習環(huán)境有助于學生開展積極協(xié)作，與教師、同學及時交流想法、分享成果。綜上，STEAM 的教育理念與實施路徑均非常適合協(xié)作問題解決能力的培養(yǎng)。

三、面向協(xié)作問題解決能力培養(yǎng)的STEAM 教學模式構(gòu)建

（一）面向協(xié)作問題解決能力培養(yǎng)的STEAM教學模式設計

面向協(xié)作問題解決能力培養(yǎng)的STEAM 教學模式設計要從協(xié)作問題解決的心理機制出發(fā)，遵循教學設計原則，考慮教學系統(tǒng)四要素，整合STEAM 教學內(nèi)容與協(xié)作問題解決特征，聚焦STEAM 教學的問題任務設計。

1.協(xié)作問題解決心理機制

協(xié)作問題解決過程包括問題識別、問題表征、計劃、執(zhí)行、監(jiān)控五階段[8]。首先，問題解決是學習者感知到當前狀態(tài)和期望目標狀態(tài)之間的差異，識別差異并制訂解決方案，然后試圖在給定的情況下采取行動，以實現(xiàn)目標狀態(tài)的一種活動?；顒舆^程中伴隨五階段心理和行為活動產(chǎn)生，這些活動不一定按順序發(fā)生，甚至并行進行。五階段過程具體為：第一，自我學習并與小組探討以明確“問題”，即當前狀態(tài)和目標狀態(tài)之間的差異；第二，學習者根據(jù)當前自身知識能力水平，確定實現(xiàn)目標狀態(tài)轉(zhuǎn)換所需步驟并進行心理表征(也稱為“問題空間”)；第三，為更接近目標狀態(tài)，與同伴商討制訂計劃。第四，集體共同執(zhí)行計劃方案；第五，集體對自我與團隊解決問題的過程進行監(jiān)控、反饋。

2.面向協(xié)作問題解決能力培養(yǎng)的STEAM 教學要素設計

（1）學習者分析

根據(jù)皮亞杰認知發(fā)展理論，11 歲以上的孩子處于形式運算階段，這個階段的學生關(guān)注自我意識、強調(diào)獨立意識，具有高度道德感與自尊感，需要采取教學等措施以正確引導其價值觀。面對此階段的孩子，協(xié)作學習這一教學方式具有獨特優(yōu)勢，其利于培養(yǎng)孩子協(xié)作意識與能力、建立良好同伴關(guān)系以及協(xié)作過程中學會合理處理他人評價并形成正確自我認知。同時，研究顯示中小學對于STEAM 這一新穎教學方式與內(nèi)容展示出更高的興趣與學習投入。所以，面向協(xié)作問題解決能力培養(yǎng)的STEAM 教學對象為小學高年級與初中生更合適，構(gòu)建的教學模式能夠更適合且實際地促進學生發(fā)展。

（2）STEAM協(xié)作活動設計

研究建議將學生置于“類社會”環(huán)境是發(fā)展其解決問題能力的核心策略[9]。社會環(huán)境中的多重社會互動幫助學生的理解更加簡潔和快速，利于學生在團隊任務中采取高階信息處理方式。STEAM 活動作為一個面對面的高交互情境，為學習者提供思考推理、分享闡述和協(xié)同建構(gòu)STEAM 知識的機會。因此，STEAM 協(xié)作活動中應多設置如面向真實社會問題的討論、同伴互助、小組競爭以及組間互評反饋等，引導學生在團隊中合作解決問題，通過參與交流展示、分工合作、同伴反饋過程使他們習得高階能力。此外，STEAM 協(xié)作活動設計重點關(guān)注四條件：STEAM 知識與技能，即小組成員是否具備理解問題重點、協(xié)作活動分工的STEAM 知識與技能；支持學生思考談論的探究環(huán)境，這一環(huán)境提供技術(shù)資源和文化氛圍，如支持想法分享的電子白板、畫筆以及已有優(yōu)秀協(xié)作小組案例展覽等；充足的練習，協(xié)作互動中需要的特定技能、行為活動，活動設計應注重提供如清晰陳述自我想法、為了聽者理解而采取的一些肢體語言等訓練和提示；共同認知，促進參與者對群體成員關(guān)于事物的理解以及采取行動原因的共情。

（3）STEAM協(xié)作問題任務設計

STEAM 協(xié)作活動中的問題任務設計，是實現(xiàn)協(xié)作問題解決能力培養(yǎng)的教學重點。首先，問題的規(guī)則、評分標準、時限要求都應清楚地呈現(xiàn)給學生，以便學生有清晰的問題認知和明確的學習動機。此外，可以用前面所提到的五階段來設計協(xié)作問題的解決過程，但須注意協(xié)作問題解決行為不能單一映射到不同的階段，每階段有不同的協(xié)作行為側(cè)重，如問題識別階段注重集體對于任務的識別討論，問題表征時完成所需信息的辨別并達成共識，而每個階段都是存在監(jiān)控、反饋的。其中，利用協(xié)作過程中的監(jiān)控、分析掌握協(xié)作學習情境下學習者行為，了解學習者如何受自我調(diào)節(jié)和同伴協(xié)作影響，進而應用外在資源提供可模仿的樣例、實踐指導和評價反饋等策略以促進個體及時自我調(diào)節(jié)行為。

因此，要注重將問題設計與協(xié)作問題解決過程聯(lián)系起來。同時，本問題任務設計建議為學生提供腳手架以幫助其解決問題。

圖1 面向協(xié)作問題解決能力培養(yǎng)的STEAM 教學模式

（二）STEAM協(xié)作問題解決能力評價框架

當前，關(guān)于協(xié)作問題解決的問卷、量表、評價框架等測評工具研究充足。通過文獻分析，結(jié)合本研究目的，介紹Danielle 團隊分析七所開展STEAM 課程學校的教學視頻所開發(fā)的STEAM 協(xié)作問題解決測評框架[10]，如表1所示其維度包括：同伴互動；積極溝通；豐富的探究方法；面向真實問題的解決方法和現(xiàn)實任務；跨學科思維。日后，開展STEAM 教學活動，利用此協(xié)作問題解決能力評價量表進行過程性評價與總結(jié)性評價，能更好促進協(xié)作行為的開展，實現(xiàn)有效協(xié)作。

表1 STEAM 教育中協(xié)作問題解決能力評價量表

四、面向協(xié)作問題解決能力提升的STEAM教學建議

（一）細化小組協(xié)作分工

當前，STEAM 協(xié)作學習出現(xiàn)部分同學不參與小組討論、動手實踐而“坐享”小組集體成果的“搭便車”行為，這些行為對個人而言是失去鍛煉社交能力、獲得STEAM 知識與技能的機會，對群體協(xié)作而言則擾亂同學們的參與積極性、破壞團隊意識，并未實現(xiàn)協(xié)作的目的——優(yōu)勢互補。因此，建議在開展STEAM 教學中采用教師動態(tài)分組機制，由教師根據(jù)學生特征進行合理分組。同時，小組成員在執(zhí)行方案中明確個人任務，互相監(jiān)督、不斷溝通交流，在實施小組任務過程中利用元認知計劃、監(jiān)控和評估個人學習目標、進度和表現(xiàn)，任務完成后開展同伴與組內(nèi)互評、教師評價以增強學生協(xié)作學習的積極性與規(guī)范性。

（二）注重情感類目標培養(yǎng)

情感可以促進或抑制學習過程，進而增加或減少學生的學習理解、動機和學業(yè)成就。積極情緒的擴展-建構(gòu)理論指出，學生學習過程中獲得積極情緒體驗有助于知識構(gòu)建和高階認知目標如批判性思維的提升。2016年，《中國學生發(fā)展核心素養(yǎng)》總體框架強調(diào)重視學生的情感、態(tài)度與價值觀，可見當前教育變革強調(diào)情感類目標培養(yǎng)的重要性。STEAM 教育的多學科學習內(nèi)容誘發(fā)學生好奇心，體驗式、問題探究式、項目式等教學模式激發(fā)高參與度的主動學習行為，同時問題解決過程中的同伴交流互助、作品展示等多樣互動利于達成學生間共情力、團隊凝聚力、道德感等積極情感體驗培養(yǎng)目標。因此，利用STEAM 教學培養(yǎng)學生自我效能感、STEAM 職業(yè)傾向感、責任感等情感類目標的優(yōu)勢，助力教育變革滿足學生全面發(fā)展的時代需求。

（三）加強STEAM教師的跨學科合作

目前，缺乏對STEAM 領(lǐng)域間知識整合關(guān)系的理解，無法實現(xiàn)STEAM 內(nèi)容的融合以及難以開展跨學科教師間的合作，是實施STEAM 教學的重大挑戰(zhàn)[11]。此外，國內(nèi)STEAM 課程多依托信息技術(shù)及科學老師利用公司開發(fā)的軟件、課件等開展，教師間未開展有效溝通，導致其對于STEAM 內(nèi)容理解不夠透徹。未來，STEAM 教學需要成立STEAM 學科教師團隊與搭建STEAM 教師同伴支持小隊，通過多學科教師團隊共同交流答疑，促進其對于STEAM 教學內(nèi)容的理解，注重每個學科之間的關(guān)聯(lián)性，有方法、有技巧地融合跨學科知識，以便STEAM內(nèi)容激發(fā)學生的有效知識建構(gòu)、遷移與運用。此外，跨學科融合的設計不僅要求授課教師具有跨學科的知識背景，更需要多學科教師能夠齊心協(xié)力，共同探討設計STEAM 教學內(nèi)容。而STEAM 教師同伴小隊的跨學科、小規(guī)模合作益于教師間共情、反思以及提供及時貼切的教學策略支持，更能體會協(xié)作學習的內(nèi)涵，有助于組織學生開展協(xié)作問題解決活動。

（四）促進面向協(xié)作問題解決能力培養(yǎng)的STEAM課程體系開發(fā)與完善

隨著STEAM 教育的普及度提升，其培養(yǎng)協(xié)作問題解決能力特征會備受關(guān)注，故須利用跨學科教師團隊的合作，學生、家長對于STEAM 課程的反饋以及智能技術(shù)的支持，以共同構(gòu)建與完善一系列的STEAM 課程體系，使得其任務、問題對于能力培養(yǎng)更具有適切性、進階性與持續(xù)性。學生認知發(fā)展水平具有階段性，協(xié)作問題解決能力培養(yǎng)對于不同年齡段的學習者也須有所不同，如編程課作為STEAM 課程的一種形式，面向3～5年級時側(cè)重個人編程知識技能的掌握與參與協(xié)作的意向，面向6～9年級時強調(diào)個人在建立和維持團隊編程成果方面的行為表現(xiàn)。可見，完善STEAM 課程體系是學習者協(xié)作問題解決能力得以科學發(fā)展的核心，其利于應用協(xié)作解決問題能力評估框架對學生表現(xiàn)進行全面評價。

綜上，STEAM 教學中學習者協(xié)作問題解決能力的培養(yǎng)，對不論是STEAM 教學的理論研究與實踐應用，還是對學生面向未來發(fā)展的技能培養(yǎng)都有著重要作用與意義。學習者在STEAM 學習過程中練習溝通、發(fā)言、傾聽、協(xié)作等社交技能，提高協(xié)作能力與問題解決能力，有助于更好地適應未來社會發(fā)展，滿足社會對人才的新需求。