STEM視野下項(xiàng)目式學(xué)習(xí)跨學(xué)科融合課程開發(fā)與實(shí)踐研究

吳 波

（南京師范大學(xué)附屬中學(xué)江寧分校，江蘇南京 211102）

近年來，隨著各類信息技術(shù)，特別是大數(shù)據(jù)技術(shù)和人工智能技術(shù)的發(fā)展，對(duì)學(xué)生的能力素質(zhì)有了更高的要求。映射到基礎(chǔ)教育階段，就是要求在中學(xué)教育階段培養(yǎng)學(xué)生較好的創(chuàng)新思維能力以及較強(qiáng)的綜合學(xué)科核心素養(yǎng)，樹立起終身學(xué)習(xí)意識(shí)。而在對(duì)學(xué)生綜合能力、高階思維能力、溝通協(xié)作能力的培養(yǎng)上，原有的傳統(tǒng)教學(xué)模式往往顯得比較力不從心，因而有一些研究人員提出，在課程設(shè)計(jì)和教學(xué)中，要有針對(duì)性地對(duì)現(xiàn)有基礎(chǔ)課程進(jìn)行整合或者開設(shè)一些新的研究性課程，有效地對(duì)傳統(tǒng)教學(xué)模式的缺點(diǎn)和劣勢進(jìn)行補(bǔ)充和改進(jìn)，進(jìn)而促進(jìn)學(xué)生綜合發(fā)展，養(yǎng)成自主學(xué)習(xí)的能力。STEM 教育從本質(zhì)上屬于跨科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)等四門學(xué)科的項(xiàng)目式學(xué)習(xí)教育方式，因而能夠很好地培養(yǎng)和發(fā)展學(xué)生解決現(xiàn)實(shí)問題的能力，有助于培育創(chuàng)新型人才，這一特點(diǎn)與當(dāng)前我國新課程改革發(fā)展的要求是一致的。

一、STEM 理論基礎(chǔ)

STEM 教育理念最早由美國科學(xué)委員會(huì)于20 世紀(jì)八十年代提出，該教育理念取自科學(xué)（Science）、技術(shù)（Technology）、工程（Engineering）、數(shù)學(xué)（Mathematics）四門學(xué)科的英文首字母。顧名思義，STEM 課程就是指在設(shè)計(jì)課程的過程中，有機(jī)地對(duì)科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)這四門學(xué)科進(jìn)行整合，形成一種有別于傳統(tǒng)學(xué)科課程，以項(xiàng)目式學(xué)習(xí)為主要形式，具有融合性特征的課程。從課程內(nèi)容方面來分析，基于STEM 視野下的課程設(shè)計(jì)內(nèi)容上應(yīng)當(dāng)以項(xiàng)目的內(nèi)容作為主要載體，在設(shè)計(jì)項(xiàng)目內(nèi)容的過程中以對(duì)實(shí)際真實(shí)問題的解決為基本遵循和導(dǎo)向，設(shè)計(jì)過程中要充分考察融合多學(xué)科知識(shí)，以提升和培養(yǎng)學(xué)生在真實(shí)情境下解決問題的能力。從課程結(jié)構(gòu)方面來分析，現(xiàn)有的STEM 課程大多重視科學(xué)和數(shù)學(xué)，輕視工程和技術(shù)。基于此，基于STEM 視野下的課程設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)以工程設(shè)計(jì)作為設(shè)計(jì)核心，設(shè)計(jì)過程中要充分體現(xiàn)和遵循數(shù)學(xué)和科學(xué)等自然科學(xué)規(guī)律來引導(dǎo)和幫助學(xué)生正確認(rèn)識(shí)自然界的規(guī)律，并采取正確的手段改造事物。

二、基于項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的STEM 課程的開發(fā)原則

（一）價(jià)值引領(lǐng)與科學(xué)探究相結(jié)合

價(jià)值觀往往對(duì)于整個(gè)課程設(shè)計(jì)的方向和效果起著非常重要的指導(dǎo)作用，而高中生核心價(jià)值觀問題本質(zhì)上就是知行合一問題，因而在基于STEM 視野下對(duì)項(xiàng)目式學(xué)習(xí)跨學(xué)科融合課程的開發(fā)過程中，需要堅(jiān)持正確的核心價(jià)值觀，這也會(huì)對(duì)整個(gè)開發(fā)設(shè)計(jì)過程和結(jié)果起到價(jià)值解釋、價(jià)值產(chǎn)生和傳遞的作用，在課程開發(fā)和實(shí)踐的過程中潛移默化地將學(xué)生由價(jià)值認(rèn)同引導(dǎo)至價(jià)值共識(shí)，進(jìn)而使其養(yǎng)成正向的理想信念及行為習(xí)慣。在堅(jiān)持正確價(jià)值觀的基礎(chǔ)上，還需要充分考量學(xué)科的嚴(yán)謹(jǐn)性和探究性，引導(dǎo)學(xué)生在課程開發(fā)和實(shí)踐的過程中養(yǎng)成以探索、發(fā)現(xiàn)、質(zhì)疑、創(chuàng)新等視角看待課程要素之間的關(guān)系，并不斷檢驗(yàn)和完善課程的開發(fā)體系和結(jié)構(gòu)。

（二）活動(dòng)序列化與多學(xué)科統(tǒng)整相結(jié)合

在基于STEM 視野下的項(xiàng)目式學(xué)習(xí)活動(dòng)的設(shè)計(jì)中，需要有序構(gòu)建項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的活動(dòng)主題、目標(biāo)、方式、評(píng)價(jià)等，進(jìn)而確保整個(gè)課程教學(xué)活動(dòng)能夠保持系統(tǒng)化、規(guī)范化、科學(xué)化，提升學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的主動(dòng)性和效率，避免出現(xiàn)“高耗低效”問題。與傳統(tǒng)學(xué)科教學(xué)不一樣的是，跨學(xué)科STEM 教育具備較強(qiáng)的生成性和綜合性，本質(zhì)上屬于多學(xué)科知識(shí)融合發(fā)展的新型教育模式和形態(tài)，其核心的要義就是“融合”，因而基于這一視野下的課程開發(fā)必須要充分運(yùn)用學(xué)科整合的思維對(duì)傳統(tǒng)的課程進(jìn)行改造和提升，從全局、系統(tǒng)、整體的角度對(duì)課程開發(fā)過程進(jìn)行綜合權(quán)衡和考量，不能只停留在學(xué)科、教材和案例上。

（三）實(shí)踐操作與高階思維發(fā)展相結(jié)合

新課改背景下要求在教學(xué)過程中將學(xué)生被動(dòng)、單一的學(xué)習(xí)方式向自主性學(xué)習(xí)、合作學(xué)習(xí)、動(dòng)手實(shí)踐等多元學(xué)習(xí)方式轉(zhuǎn)變，因而在對(duì)課程開發(fā)設(shè)計(jì)的過程中應(yīng)當(dāng)注重發(fā)展和提高學(xué)生的高級(jí)思維。項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的形式和模式引導(dǎo)課程教學(xué)對(duì)象在課程實(shí)施的過程中，特別是在學(xué)習(xí)項(xiàng)目的創(chuàng)設(shè)、探究、制作、評(píng)價(jià)等環(huán)節(jié)中，逐步提升分析問題、創(chuàng)新思維、綜合運(yùn)用等方面的能力，進(jìn)而拓寬其思維寬度和維度，提高其高階思維能力。

（四）課程成果評(píng)價(jià)與過程性評(píng)價(jià)相結(jié)合

和傳統(tǒng)教學(xué)模式相比，基于STEM 背景下的項(xiàng)目式學(xué)習(xí)跨學(xué)科融合課程在進(jìn)行課程評(píng)價(jià)中更加注重綜合過程與結(jié)果，因而在教學(xué)開發(fā)和實(shí)踐的過程中，要特別注重和強(qiáng)調(diào)對(duì)項(xiàng)目研究和學(xué)習(xí)成果的檢驗(yàn)，將對(duì)學(xué)生通過項(xiàng)目研究實(shí)現(xiàn)多學(xué)科知識(shí)構(gòu)建能力的培育充分體現(xiàn)在對(duì)課程評(píng)價(jià)的過程中來。此外，還可以通過學(xué)習(xí)和項(xiàng)目成果的展示和交流提高學(xué)生之間的交流協(xié)同能力。在基于STEM 視野下對(duì)項(xiàng)目式學(xué)習(xí)跨學(xué)科融合課程的開發(fā)過程中，要特別注重將結(jié)果評(píng)價(jià)和過程評(píng)價(jià)進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，不應(yīng)當(dāng)只注重對(duì)成果的終結(jié)性評(píng)價(jià)，還應(yīng)當(dāng)對(duì)學(xué)生在整個(gè)課程實(shí)施過程中、項(xiàng)目開發(fā)過程中所展現(xiàn)出的方法、技能、知識(shí)、情感、價(jià)值觀等因素進(jìn)行綜合考量和評(píng)價(jià)，使課程評(píng)價(jià)真正發(fā)揮其促進(jìn)學(xué)生全方位發(fā)展的重要作用，進(jìn)而激發(fā)學(xué)生參與項(xiàng)目式學(xué)習(xí)進(jìn)行探究互動(dòng)的積極性和主動(dòng)性。

三、基于項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的STEM 課程目標(biāo)確立

梳理分析基于《普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（2020 年修訂版）》（以下簡稱新課標(biāo)）關(guān)于綜合實(shí)踐活動(dòng)類課程的教學(xué)目標(biāo)，包括以下幾點(diǎn)。

（一）知識(shí)融通與實(shí)踐應(yīng)用

知識(shí)融通與實(shí)踐應(yīng)用主要是指學(xué)生在課程教學(xué)的過程中逐步培養(yǎng)能夠通過個(gè)人在實(shí)際生活中與其他事物、自然環(huán)境的接觸獲取跨學(xué)科知識(shí)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的能力，實(shí)現(xiàn)多學(xué)科領(lǐng)域的有機(jī)融合，在此基礎(chǔ)上形成關(guān)于人類社會(huì)、自然地理的理解與認(rèn)知，形成能夠用知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)解決現(xiàn)實(shí)問題的能力。

（二）系統(tǒng)設(shè)計(jì)與問題解決

系統(tǒng)設(shè)計(jì)與問題解決主要是指通過課程開發(fā)和實(shí)踐，使得學(xué)生在的課程教學(xué)過程中面對(duì)STEM 項(xiàng)目式課程內(nèi)容，能夠通過綜合使用科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)四類學(xué)科領(lǐng)域的綜合知識(shí)，在授課教師的指導(dǎo)下，綜合各類知識(shí)設(shè)計(jì)提出針對(duì)某一類問題的解決方案，形成分析解決實(shí)際問題的能力。

（三）創(chuàng)意物化與交流表達(dá)

創(chuàng)意物化與交流表達(dá)主要是指在實(shí)際的課程開發(fā)和實(shí)踐過程中，學(xué)生要能夠通過指導(dǎo)教師在教學(xué)項(xiàng)目實(shí)施過程中提供的工具和材料，基于創(chuàng)意工作方案進(jìn)行實(shí)踐，將紙面上的設(shè)計(jì)方案轉(zhuǎn)變?yōu)閷?shí)踐，并在完成項(xiàng)目學(xué)習(xí)的過程中能夠與小組成員圍繞問題進(jìn)行交流溝通，進(jìn)而提高自身動(dòng)手能力和合作交流能力。

（四）文化體驗(yàn)與價(jià)值認(rèn)同

文化體驗(yàn)和價(jià)值認(rèn)同主要是指在課程開發(fā)和實(shí)踐的過程中，學(xué)生能夠通過課程教學(xué)學(xué)習(xí)和實(shí)踐項(xiàng)目，初步了解和掌握工程設(shè)計(jì)、科學(xué)技術(shù)等內(nèi)容和要求，并在學(xué)習(xí)的過程中能夠感受到學(xué)科內(nèi)容所要傳達(dá)的文化體驗(yàn)，獲得從理論到實(shí)踐的價(jià)值認(rèn)同。

（五）科學(xué)態(tài)度與責(zé)任擔(dān)當(dāng)

科學(xué)態(tài)度與責(zé)任擔(dān)當(dāng)則主要是指通過課程開發(fā)和實(shí)踐過程，學(xué)生能夠逐步形成運(yùn)用科學(xué)的手段和規(guī)范探究問題的能力和習(xí)慣，建立一定的社會(huì)擔(dān)當(dāng)意識(shí)，培養(yǎng)起尊重生命、保護(hù)環(huán)境、自立自強(qiáng)的意識(shí)以及自立嚴(yán)謹(jǐn)?shù)纳顟B(tài)度。

四、課程內(nèi)容組織

課程內(nèi)容的組織以《普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（2020年修訂版）》為依據(jù)，針對(duì)中學(xué)生群體的教學(xué)需求，以項(xiàng)目活動(dòng)作為課程內(nèi)容的主要載體，建立核心知識(shí)網(wǎng)，統(tǒng)一整合概念性知識(shí)和實(shí)踐性技能，選取適合中學(xué)教育學(xué)習(xí)過程的項(xiàng)目活動(dòng)內(nèi)容。課程內(nèi)容結(jié)構(gòu)見附圖1。

五、課程實(shí)施程序

基于前文研究基礎(chǔ)，參照《普通高中通用技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)》，以電子控制技術(shù)課程中《趣味傳感器》課程項(xiàng)目為例，對(duì)項(xiàng)目式跨學(xué)科融合課程設(shè)計(jì)與實(shí)施過程進(jìn)行說明。

（一）確定項(xiàng)目主題內(nèi)容

首先，教師要充分了解和分析受眾學(xué)生的關(guān)注點(diǎn)和興趣愛好，而后再結(jié)合相應(yīng)受眾群體的國家課程標(biāo)準(zhǔn)篩選、選擇、歸納相應(yīng)的課程內(nèi)容，內(nèi)容上要盡量體現(xiàn)學(xué)生的興趣和關(guān)注點(diǎn)，確定項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的主題和內(nèi)容。基于STEM 背景下，在確定和設(shè)計(jì)課程主題及學(xué)習(xí)內(nèi)容的過程中，不但要依據(jù)課程教學(xué)目標(biāo)和要求，同時(shí)還要注重與教學(xué)對(duì)象的生活環(huán)境和經(jīng)驗(yàn)相聯(lián)系，從而激勵(lì)其主動(dòng)探索的積極性。本課程教學(xué)目標(biāo)見附表1。

表1 教學(xué)目標(biāo)

（二）確定項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)性問題

STEM 視野下的課程是生成性的而非預(yù)設(shè)的，是開放性而非封閉的，是動(dòng)態(tài)而非靜態(tài)的。一個(gè)好的STEM 課程或課題不僅應(yīng)當(dāng)具備富有吸引力的內(nèi)容，更應(yīng)當(dāng)體現(xiàn)以學(xué)習(xí)者為中心的教育理念以及學(xué)科之間的碰撞。因此，在課程實(shí)施的過程中，如何尋找一個(gè)好的驅(qū)動(dòng)性問題成為決定課程內(nèi)容方向和效果的關(guān)鍵問題。好的驅(qū)動(dòng)型問題可以作為概念聚合器，引導(dǎo)學(xué)生能夠以更快的效率和更好的效果探索學(xué)習(xí)內(nèi)容。在設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)性問題的過程中要充分考慮學(xué)生實(shí)際的學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)，不能超越學(xué)生的認(rèn)知水平，同時(shí)要注重對(duì)實(shí)際需要解決的問題或者假定的項(xiàng)目問題進(jìn)行一定程度的抽象和延伸。以電子控制系統(tǒng)的教學(xué)為例，在實(shí)際的課程教學(xué)實(shí)施過程中，授課教師可以首先播放門鎖演變的視頻，引入電子控制技術(shù)及電子控制系統(tǒng)的概念（電子控制系統(tǒng)如圖2 所示），引導(dǎo)全班學(xué)生結(jié)合日常生活討論生活中哪些商品屬于電子控制系統(tǒng)，它們的被控量和被控對(duì)象分別是什么？教師可以從生活中的實(shí)例中拋出問題，進(jìn)而引導(dǎo)學(xué)生自主探究分析電子控制系統(tǒng)的組成和工作過程。

圖2 電子控制系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)圖

（三）制訂項(xiàng)目學(xué)習(xí)計(jì)劃

基于STEM 背景下面向高中生教育培養(yǎng)項(xiàng)目式學(xué)習(xí)跨學(xué)科融合課程的學(xué)習(xí)計(jì)劃可從以下幾個(gè)方面著手：首先，要結(jié)合課程設(shè)計(jì)目標(biāo)和要求科學(xué)設(shè)計(jì)和統(tǒng)籌項(xiàng)目的內(nèi)容和教學(xué)活動(dòng)計(jì)劃安排，對(duì)項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的目標(biāo)和任務(wù)進(jìn)行明確，并按照邏輯順序?qū)?nèi)容進(jìn)行統(tǒng)籌編排；其次，在此基礎(chǔ)上，要科學(xué)、靈活地安排項(xiàng)目和教學(xué)活動(dòng)的階段性劃分和階段任務(wù)；再次，要進(jìn)行進(jìn)一步細(xì)化，在階段劃分的基礎(chǔ)上對(duì)各階段活動(dòng)和時(shí)間順序進(jìn)行擬定和安排；最后，確定具項(xiàng)目學(xué)習(xí)和教學(xué)活動(dòng)實(shí)施過程中涉及的成本和材料，擬定相應(yīng)的計(jì)劃，以確保教學(xué)順利進(jìn)行。以趣味傳感器教學(xué)為例，其項(xiàng)目學(xué)習(xí)計(jì)劃如附表2 所示。

表2 項(xiàng)目教學(xué)內(nèi)容安排目標(biāo)

（四）開展基于項(xiàng)目實(shí)踐的深度融合和探究

STEM 教育本質(zhì)上是對(duì)技術(shù)、科學(xué)、數(shù)學(xué)、工程等課程學(xué)習(xí)內(nèi)容的融合，在對(duì)課程內(nèi)容和教學(xué)活動(dòng)進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，應(yīng)當(dāng)遵循學(xué)科的核心邏輯主線，以項(xiàng)目學(xué)習(xí)作為主要內(nèi)容載體，引導(dǎo)學(xué)生在課程學(xué)習(xí)的過程中綜合運(yùn)用技術(shù)、科學(xué)、數(shù)學(xué)、工程設(shè)計(jì)等知識(shí)，并適當(dāng)?shù)毓膭?lì)學(xué)生進(jìn)行綜合知識(shí)的融合和深度探究，以提高學(xué)生的認(rèn)知水平和學(xué)科知識(shí)的領(lǐng)會(huì)能力，構(gòu)建綜合認(rèn)知結(jié)構(gòu)體系，同時(shí)也能夠在提升學(xué)生通過舊知識(shí)遷移學(xué)習(xí)新知識(shí)的能力。基于此，確定跨學(xué)科教學(xué)內(nèi)容框架如附圖3 所示。

（五）展示和交流項(xiàng)目化學(xué)習(xí)成果

在項(xiàng)目式學(xué)習(xí)跨學(xué)科融合課程實(shí)踐的過程中，學(xué)習(xí)成果的展示與交流是課程開發(fā)與實(shí)踐過程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其主要目標(biāo)是幫助學(xué)生加深對(duì)核心概念的理解，同時(shí)也收獲解決實(shí)際問題的成就感和喜悅感。要確保該環(huán)節(jié)的教學(xué)效果，通常至少應(yīng)當(dāng)包括成果介紹、成果展示、總結(jié)收尾三個(gè)環(huán)節(jié)。教師在組織開展交流展示的過程中，應(yīng)當(dāng)為學(xué)生展示和交流的成果提供內(nèi)容和形式上的輔助和指導(dǎo)，幫助學(xué)生全方位展示其成果和收獲，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的熱情和信心，同時(shí)通過展示與交流幫助學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)內(nèi)容和知識(shí)獲得新的領(lǐng)會(huì)和升華。

（六）完成課程教學(xué)評(píng)價(jià)與總結(jié)

對(duì)跨學(xué)科融合課程進(jìn)行教學(xué)評(píng)價(jià)和總結(jié)的過程中必須要遵循教學(xué)實(shí)踐、教學(xué)成果、教學(xué)目標(biāo)以及教學(xué)評(píng)價(jià)在標(biāo)準(zhǔn)和出發(fā)點(diǎn)上的一致性，要兼顧過程性評(píng)價(jià)和總結(jié)性評(píng)價(jià)對(duì)學(xué)生參加課程教學(xué)的效果進(jìn)行評(píng)估，評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)當(dāng)與教學(xué)目標(biāo)保持一致。此外，還要注意對(duì)課程的教學(xué)評(píng)估要保持貫穿始終。與其他學(xué)科課程的教學(xué)不同，基于STEM 視野下的項(xiàng)目式學(xué)習(xí)跨越融合課程的教學(xué)更加關(guān)注學(xué)生在實(shí)際項(xiàng)目和活動(dòng)中的獨(dú)立分析能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，更加關(guān)注課程的過程性，在對(duì)課程評(píng)價(jià)的形成過程中，要始終根據(jù)課程過程評(píng)價(jià)結(jié)論對(duì)下一步的教學(xué)進(jìn)行調(diào)整和設(shè)計(jì)。在課程設(shè)計(jì)和實(shí)施時(shí)，要首先擬定規(guī)范統(tǒng)一的評(píng)價(jià)量規(guī)，為學(xué)生探究實(shí)踐活動(dòng)評(píng)價(jià)提供可靠權(quán)威的評(píng)價(jià)和指導(dǎo)。評(píng)價(jià)問卷如附表3、4、5 所示。

表3 學(xué)生自評(píng)表

六、結(jié)語

在信息技術(shù)時(shí)代，國家的發(fā)展離不開創(chuàng)新人才的推動(dòng)，事實(shí)已經(jīng)證明，學(xué)科交叉是創(chuàng)新的源泉，而STEM 教育作為創(chuàng)新人才培養(yǎng)的重要手段，在未來一段時(shí)期內(nèi)必將是我國基礎(chǔ)教育課程改革的著力點(diǎn)之一。為了進(jìn)一步推進(jìn)我國基礎(chǔ)教育STEM 課程發(fā)展，今后的研究可從以下幾個(gè)維度開展：一是組織具有跨學(xué)科整合性的知識(shí)結(jié)構(gòu)；二是構(gòu)建STEM 課程評(píng)價(jià)指標(biāo)體系；三是建立STEM 教師聯(lián)合培養(yǎng)機(jī)制。

附圖

圖1 課程內(nèi)容結(jié)構(gòu)圖

圖3 項(xiàng)目跨學(xué)科知識(shí)框架

附表

表4 組內(nèi)互評(píng)表

表5 教學(xué)效果評(píng)價(jià)表