STEM跨學科項目式教學活動設計框架與實踐

郝鳳濤 董捷迎

［摘 要］跨學科學習是STEM教育的核心特征。跨學科課程教學、綜合實踐能力的培養成為當今教育改革的熱點之一。STEM教育的實踐途徑指向跨學科知識的綜合運用，本文采用基于STEM的教學模式進行跨學科課程設計，依據“學習—實踐—應用”一體化的教學流程，以項目驅動的方式構建探究式教學活動，提出了STEM跨學科項目式教學活動設計框架，并在小學信息技術活動與競賽專題課程中運用，為培育具有“專能融合”的跨學科優秀小學全科教師奠定基礎。

［關鍵詞］STEM；跨學科學習；項目式教學；設計框架

［中圖分類號］G42 文獻標志碼：A

跨學科學習是STEM教育的核心特征。跨學科課程教學、綜合實踐能力的培養已成為當今教育改革的熱點之一。2016年教育部在《教育信息化“十三五”規劃》中明確提出，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、創客教育等新的教育模式中的應用。2017年教育部印發《義務教育小學科學課程標準》，倡導跨學科學習方式，建議教師可以在教學實踐中嘗試STEM教育。2020年7月，教育部印發了《中小學教師培訓課程指導標準》，把STEM課程與開發納入教師文化知識學習研修主題，彰顯了STEM 教育的重要地位。教育部在2022版課程標準中強化課程綜合性和實踐性，推動育人方式變革，著重培養學生的核心素養。尤其是在義務階段信息科技課程中明確提出了跨學科教學主題，培育新一代的高素質STEM教師是踐行STEM教育理念、落實STEM項目式教學設計與實踐的關鍵。

STEM教育的核心目標是培養具有善于質疑、勇于實踐、敢于創新、具有跨學科知識素養和解決真實問題能力的人才［1］。目前，國內相關研究主要集中在STEM跨學科教育的概念、課程研究、教學模式等方面，在具體學科教學中的應用研究較少。本文主要通過構建STEM跨學科項目式教學活動設計，探析在全科師范生培養專業課程中的應用與實踐，并運用于全科師范教育的專業課程中，用實踐的方式進行迭代，培育具有跨學科教學能力的優質師資。

1 STEM跨學科項目式教學框架設計

當前的跨學科模式與先前傳統的單一學科培養模式有著較大差異，特別是知識的形態已經逐步由單一走向融合。從“目的—手段”的維度看，跨學科課程以獲得跨學科思維為目的，以跨學科觀念和方法為手段，以解決真實問題為中介。

本文中的跨學科是指基于STEM開展的信息技術和科學教育與小學多學科進行融合、學習、實踐、應用的實踐活動，以跨學科觀念和方法為手段，運用信息技術和技能進行跨學科課程設計，解決小學教育專業全科教師培養專能融合的問題［2］。

STEM教育的實踐途徑指向跨學科知識的綜合運用，在課程設計中采用基于STEM的教學模式進行學科課程設計，從教學目標、教學內容、教學流程和教學評價等方面，建構跨學科“學習—實踐—應用”一體化的教學流程，以項目驅動的方式構建探究式教學活動，使教學目標明確化，提升教學內容的實用性，在教學過程中增加運用環節，并應用到多學科教學設計當中，實現教學評價分層化。

通過項目驅動的學習方式，在“認知—內化—實踐”三個層面遞進式推進學生學習課程學科知識，為小學數學、小學語文、小學英語等課程開發提供支撐，將傳統的教學課堂提升為以學生為中心的參與式教學。課程結束后，通過學生評價表反饋課程教學效果，進行項目評價和反饋［3］。

設計和實施STEM 跨學科課程教學，要考慮到學科知識的系統性、解決實際核心驅動問題的合理性以及項目的實施與學科知識滲透的融合度，最終實現整體知識結構的系統性與各問題之間所包含的學習內容相互融匯和支撐。本文提出STEM跨學科項目式教學活動設計框架，如圖1所示，圍繞教學目標要達成的四個方面，開展八步項目式教學，從學習層到應用層逐步推進。

1.1 問題引入

根據教學的內容，構建基于真實應用的情景，讓學生明白將在什么樣的情境中進行學習探究。賦予學生未來教師的角色或身份，有助于提高學生學習的積極性和主動性。

1.2 確定目標

為了讓學生在進入項目前就知道項目實施學習后要達成的效果，每個項目目標的設定需要圍繞該部分教學內容進行設定。該部分目標需要圍繞知識情感價值觀三維目標進行展開設計。

1.3 項目任務

項目任務從課程要達成的教學任務和學生應掌握的科學知識出發，從實際應用的角度進行選題，幫助學生建立學科知識和真實應用見的關聯，聚焦核心驅動問題，教學所設計的核心驅動問題，是要能覆蓋多個維度的問題。問題涉及所學領域相關的知識原理，能夠激發學生的學習動機，鼓勵他們去探索、學習，其結構應該是開放的、真實的，從而能夠幫助學生在已有知識領域生出想法，方便學生將核心驅動問題進行拆解，為下一環節的學習奠定基礎［4］。

1.4 資訊分析

根據項目任務，學生參與項目學習的過程實際上是學生進行自主科學探究的過程，在這一環節引導學生自我分析，讓學生分析要完成項目任務所涉及的學科知識、解決問題的關鍵技術和經驗，分析在完成項目學習中哪些是自己已經掌握的知識，還有哪些知識點需要獲取。

1.5 制訂計劃

項目中以學生為中心的探究式的教學活動，是學生在充分了解項目目標和自我學習分析的基礎上，根據項目任務，組建學習團隊，制訂實施方案，這部分是項目實施環節總的指導和綱領。

1.6 項目實施

項目實施環節是以學生為主，輔以教師指導的過程，這部分是理論與實踐相結合的環節。

1.7 成果評價

成果評價環節主要從學生完成項目的自我滿意度、小組成員和組間的互評以及教師評價等多元角度進行，通過多元評價，幫助學生提升對自我學習的認識和反饋，增強學生的效能感。

1.8 我的收獲

這一環節的設置，讓學生總結反思項目本身需要提升改進的內容，從而進行修正和反饋，進而迭代到課程開發項目中去。

2 STEM跨學科項目式教學活動實踐

2.1 活動實踐基本情況

在實踐環節，將STEM跨學科項目式教學活動設計框架應用于小學教育專業的專業限選課小學信息技術活動與競賽專題的教學中，共涉及該專業19級的6個班共181名學生。通過調查問卷的方法對學生進行上課前和結課后調研，對學生現狀和需求進行調查分析，有的放矢地開展教學工作。

以跨學科為切入點，以科學技術知識為手段（科學技能包括scratch編程技術、樂高機器人、米思奇、創客等），設置課程內容，以項目驅動形式展開技能知識教學，以跨學科綜合教學運用展開實踐演練，結合學生職業規劃需要，最終完成基于STEM跨學科的小學數學、語文、英語、科學、美術、音樂等相關課程教學案例的開發，增強學生跨學科創新教學的能力。

2.2 活動實施過程

活動實施過程以定點停車的問題解決為切入點，完成樂高機器人知識及編程知識的學習，將數學、工程、科學、技術綜合完成項目學習，并遷移運用到小學數學課程的教學中，開發跨學科的教學案例。

2.2.1 問題引入，構建項目情景

從生活中引入定點停車，與學生共同確定項目要解決的實際問題。跨學科知識：數學，學會運用數學思維和工具（直尺）解決工程中的問題；工程，構建小車定點停車的項目，合理分工進行實踐；技術，運用樂高技術解決核心問題，完成項目的制作與測試。

2.2.2 確定目標，探究項目達成成效

學習樂高的基本理論知識，并運用到實踐中；學會STEM的跨學科教學設計，掌握測量在項目中的運用的意義技能：能夠根據要求搭建小車結構，確保正常運行；能夠進行編程，控制小車的運行和停車，并將所學內容進行轉化遷移，設計教學案例；具備綜合運用和跨學科創新能力。

2.2.3 項目任務，聚焦核心驅動問題

如何運用STEM跨學科知識完成解決定點停車的項目，并開發撰寫教學案例？將定點停車轉化為STEM跨學科教學案例。

2.2.4 資訊分析確定完成項目已知和需知內容

已知問題：如何進行測量？車輪的作用有哪些？

需知問題：樂高編程軟件怎么應用？如何構建小車的結構？如何運用所學開發STEM跨學科教學項目？

2.2.5 制訂計劃，在自主學習的基礎上做出計劃

根據要解決的核心問題，制訂要達成任務的計劃：制定整體設計方法；搭建小車硬件；編寫軟件；項目測試；組間評價；改進提升。

2.2.6 項目實施，按照項目計劃完成學習并進行應用

第一步，引導學生在沒有傳感器的情況下，運用數學知識實現小車的定點停車方案。

第二步，按照方案，搭建小車硬件結構。

第三步，利用LOGO MINDSTORMS軟件編寫程序，主要是設定電機的驅動方式和功率大小，通過計算車輪的周長，以及用總路程除以車輪的周長來確定電接的運行參數。

第四步，通過測試修正參數，完成整體設計。

第五步，轉化成果，進行教學案例的開發。

2.2.7 成果評價，對項目進行多元評價

通過演示自己的項目成果和教學案例，進行個人評價（25 %）+小組互評（25 %）+教師評價（20 %）+用戶評價（30 %），并對項目效果進行總評。

2.2.8 我的收獲，總結問題和改進方法

定點停車受哪些因素影響？在完成實踐項目應用后，轉化為STEM跨學科項目式教學案例設計。

2.3 活動效果與反思

為了檢驗STEM跨學科項目式教學活動的效果，在研究過程中，課堂效果的評價以學習者的所學所感作為衡量的評判杠桿，采用課前和課后調查問卷的形式進行評估和檢測。課前問卷安排在第一次課后進行；課后調查問卷，在學生結束本課程后進行。通過課前課后問卷數據的對比，得出結論：STEM跨學科項目式教學活動較好地提升了學生的學習效果，有助于培養學生解決問題的能力和應用能力。

3 結語

構建STEM跨學科項目式教學活動框架，將學科教學與專業發展相結合，能夠提升學生解決問題的能力和跨學科知識的綜合運用能力，真正做到了學以致用［5］。以項目驅動的方式正向實施探討式教學活動，實現學科知識的“認知—內化—應用”遞進式學習，并在小學信息技術活動與競賽專題課程中運用，為培育具有“專能融合”的跨學科優秀小學全科教師奠定基礎。

參考文獻

［1］余勝泉，胡翔. STEM教育理念與跨學科整合模式 ［J］. 開放教育研究，2015，21（4）：13-22.

［2］李克東，李穎. STEM教育跨學科學習活動5EX設計模型［J］. 電化教育研究，2019，40（4）：5-13.

［3］曾麗穎，任平，曾本友. STEAM教師跨學科集成培養策略與螺旋式發展之路［J］. 電化教育研究，2019，40（3）：42-47.

［4］高志軍，陶玉鳳. 基于項目的學習（PBL）模式在教學中的應用［J］. 電化教育研究，2009（12）：92-95.

［5］宋歌，管玨琪. 面向整合式STEM的教師跨學科素養：結構模型與發展路徑［J］. 現代遠程教育研究，2022，34（3）：58-66.