基于STEAM理念的校外科学实验室机体群构建研究*

赵国安

（北京邮电大学 网络教育学院，北京 100876）

基于STEAM理念的校外科学实验室机体群构建研究*

赵国安

（北京邮电大学 网络教育学院，北京 100876）

探索基于STEAM理念的课程与实践，已成为校内外科学实验室培养创新型人才的必要手段。目前，基于STEAM教育的校外科学实验室还存在内容单一、知识结构性缺失、标准不统一等问题。为此，在建设北京科学中心的“逻辑与智能信息技术实验室”实验机体群之际，揭示了实验机体内容体系应由知识点、知识线、知识面、知识体四部分构建，实验机体结构应包括机体内容、内容形式、形式内容和客观形式四部分，实验机体教学应由兴趣引入、学习之旅和足迹的“三部曲”组成。

STEAM；STEM；实验机体群；实验室建设；课程设计；游戏化学习

一、引言

源于美国的STEM教育，是以打破原有知识壁垒为手段、以科学融合为入手点、以实践为载体、以培养学习者创新精神为目标的跨学科整合的教育体系。STEM （Science——科学，Technology——技术，Engineering——工程，Mathematics——数学）不是上述四门学科的简称，也不是这四门学科的简单叠加，而是强调多学科的科学融合，进而构建出具有“某种目的”的教育内容用于培养“技术和科学素养”[1]的教育人才。随着实践研究的不断开展，又融入了艺术——Arts，形成了STEAM教育。

这种科学教育理念引起了我国部分学校的重视，[2]在教育界[3]和科学界同样引起了共鸣，并且为科学场馆[4]的建设提供了理论支撑，可以为提升国家的竞争贡献力量。[5]因此，有必要把基于STEAM教育理念建设的“实验机体”（以符合实验室建设为目的所构建出的机体）[6]群进行研究，提供可以被同行借鉴的框架和参考的经验。我们之所以用“机体”这个词，是因为实验室建设的内容不是以学科课程为背景，主要是以项目、情景、问题等多种方式为起点进行教学，但其中又融合了相关的教育评估机制，并且可以作为后期学习互认的一种形式，它是教学后期形成的相关产品、专利等多种形式的成果，因此，用“实验机体”的概念比较适合。

也就是说，“实验机体”是通过教育过程，以解决实际问题、参与实际生活等为导向，传授相关知识内容，并形成多种教学成果的一种教育形式。而机体群是机体的融合，不是简单的叠加，可能是机体之间知识内容上的补充、完善、改进等，也可能是对实际问题解决思路上的提升，对工程流程上的优化，对显示效果的美化等，也就是形成一个扩展“机体”。

借助近年来“创客”之风，开展创客教育成为教育者探索的热点，但目前社会上创客教育出现了“泡沫化苗头”。[7]此时，STEAM教育及其教育理念成为教育者们突破创客教育“过场秀”问题的抓手。STEAM教育得到重视，与美国奥巴马总统2008年上任后对STEAM教育的重视息息相关，[8][9]国内学者掀起了对美国STEAM教育的实践进行分析和总结的热潮。[10]目前，国内的研究主要集中在对个别中小学实施STEAM教育的情况进行了系统研究，[11]对相关机构运作的方式进行调研、探讨并提出相关的启示。[12]一些学者认为，STEAM理念其目标是融合了多学科的教育，使各个学科之间不再孤立。他们并以美国为例，肯定了STEAM教育对提升国家竞争力的贡献，[13]促使了德日等国家的重视，给我们国家也有很多启示。同时一些学者认为，这也是万众创新的教育基础，[14]并借鉴Scratch等技术，促进STEAM教育的开展和实施。[15]还有的学者基于STEAM教育开展创客教育的实践，[16]但针对具体的综合门类下的科技培训实验室的研究，却少之又少。

虽然STEAM教育的研究和实践如此热闹，但还是存在一些问题。譬如，目前STEAM还不是中小学的必修课，没有专业的人才可以直接胜任打破学科界限的STEAM教育，也没有专门的评价体系适合于评价STEAM教育。[17]学术层面的贫乏，也间接地影响了STEAM教育的发展。[18]在STEAM跨学科整合设计中，容易出现学科知识结构性缺失与不足，并且针对STEAM教育的科技培训实验室建设研究的理论支持更少。基于STEAM理念设计的实验室的课程群还没有可依据的框架，缺少相关的标准，而且大部分实验室覆盖面还是比较单一，也就是没有充分发挥STEAM教育的优势——知识的融合，这就需要实践者进行相关框架的研究和实施方法的设计。这也是我们开展本研究的出发点。

那么，究竟基于什么样的顶层设计、参考什么样的机体教育框架结构流程，才能使基于STEAM理念的科技培训实验室，更加适合于科技培训实验室建设和开展？

为了解决STEAM教育体系建设上存在的问题、突破STEAM教育研究的局限性，克服基于STEAM理念或“科学实践理念”建设的实验室（包括科技培训实验室）工作中出现的不足或问题，并为建设以后科技培训实验室和未建设的科学实验室提供一个准标准参考，我们利用为北京科学中心建设基于STEAM教育理念的“逻辑与智能信息技术实验室”研究之际，借鉴相关实验室建设的经验，尝试进行基于STEAM教育理念的科学实验室实验机体及机体群的设计，探讨建设的准标准体系和实施框架。这个准标准体系同时来源于所在项目团队在科技馆、科技展厅、科普教育相关工作过程中的实际操作经验、前期调研和理论依据，是从实际工作与项目组研究中总结所获得的结论，并有机整合到一起。

二、研究理论依据与研究过程

国外学者Frykholm和Glasson的研究证明，开展STEAM教育有利于学习者对科学和数学等相关知识有更加深入地理解；[19]而且培养了学习者利用跨学科的知识解决真实世界中实际问题的能力。[20]美国马里兰大学赫希巴奇提出了STEAM教育跨学科整合课程模式——相关课程（The Correlated Curriculum）模式和广域课程（The Broad Fields Curriculum）模式这两种基本的课程设计，目的是为了解决相关的问题或实现相应的项目，将科学、技术、工程和数学等学科知识有效整合到一起。[21]

在上述研究基础上，我们结合建构主义的教学设计模式等理论，特别是参考了余胜泉教授提出的STEAM项目教学设计的框架模式：教学任务、教学分析、工具与资源设计、支架设计、学习活动过程设计、评价设计、知识结构和与强化练习、项目教学应用（设计修订）、总结性评价。[22]

另外，还借鉴了“5E教学模式”。起源于美国生物课程的“5E教学模式”具有独特的优势，不但使学生学到了生物学科的知识，而且对于知识的整体构建，在培养学习者能力方法方面发挥了重要的作用。它的教学模式是：吸引、探究、解释、迁移、评价。[23]

我们对STEAM教育的深入研究，从拟承接北京科学中心一个基于STEAM教育理念的实验室开始。因为从现状来看，虽然STEAM教育具有一些的理论支撑，但在我国基于STEAM教育理念的教育培训实验室的成功案例，却少之又少。因此，我们组建了一些专门的团队（团队人员覆盖了实验室研究、教学设计、艺术设计、专业教师、设备厂家和专家团队等多个领域）来完成对项目申请、概念设计、详细设计、深化设计，最后到实施：

（1）给予实验室研究组、教学设计组足够的调研和分析时间，从各自调研的内容分别进行小组内部的讨论和交流；

（2）两个小组进行集中的论证相关实验室定位及内容覆盖范围；

（3）在内容确定后邀请专业教师组加入，三组集中对内容和教学形式等进行设计；

（4）同时引入艺术设计组和设备组，对内容进行多媒体等方面设计，并对相关的环境进行设计，做到与具体的设备的情况所匹配；

（5）对提交的内容请专家进行审核，并在实际人群中测试效果。

我们按研究方案对以下内容进行了详细地探讨：第一，实验室机体群建设的思路（从用户的需求角度出发），实验室机体群建设的创意着眼点；第二，实验室机体群建设结构框架；第三，知识点、知识线、知识面和知识体四部分构成实验室区域的内容和功能；第四，实验室机体建设的结构框架；第五，机体内容、内容形式、形式内容、客观形式四部分机体标准结构的内容和功能；第六，综合形成切实可行的实验室建设原则和步骤。

各个小组的功能如下：实验室研究小组专门调研了目前建设的相关科学培训实验室建设的经验和教训，并与客户沟通达成建设实验室的定位。在此基础上，进一步结合建设内容提出建设的整体内容框架。教学设计小组在定位和内容框架基础上，提出采用的教学方法和手段等，就内容的整体性和局部性做统一规划，并根据用户的需求定制相应机体提出构建框架和教学框架。专业教师小组对具体的专业内容进行把关，并研究知识点如何更好地构成知识线等问题。艺术设计小组根据内容的元素及艺术气息，设计了相关的风格和具体的形式，辅助知识的表达和传承。设备厂家小组负责把讲授过程中涉及到的设备使用和注意事项等进行说明，由教学设计团队统一加入到整个环节中。专家团队小组对课程的内容及形式做最后的审核把关，以保证知识的准确性和有效性。教学对象小组对建设的内容进行学习，实验室研究小组实地考察其中的问题和不足，对前期的教学设计和课程安排进行调整，不断地完善内容和讲解的方式。

基于上面的研究理论和工作流程等，我们提出了基于STEAM理念的实验机体群设计与建设思路，希望为后续的相关研究和科技培训实验室建设提供一些参考。

三、实验室机体群的框架构建

科技培训实验室无论定位在兴趣培养、科学素养建立、知识传播，还是动作操作、DIY、DIT等，即使采用不同的教学形式和手段、使用不同的教学工具和素材，都要以科学知识内容的直接或间接学习为主要目标（培养学习者而非建设者），这就要求我们在构建科技培训实验室的机体群时，要具备一定的科学方法。本研究从以下四个方面，提出了构建科技培训实验室的基本方法。

（一）科技培训实验室的整体研究框架

在建设科技培训实验室的初期，需要对科技培训实验室进行整体的研究。我们通过实地考察、资料调研等，认为科技培训实验室的整体框架需从内容、受众、目标和定位这四个维度进行确认和梳理，具体如图1所示。

图1 科技培训实验室的整体研究框架

其中，内容是整个科技培训实验室需求的核心，体现着实验室建设的灵魂，它具体涉及到知识面的覆盖，这是吸引受众的根本，但不是唯一。内容决定着所使用的形式，好的形式有利于让受众更多地参与到内容的学习，也会提升实验室的形象。

受众是整个科技培训实验室的服务对象，一般分为直接受众、间接受众、其他受众。其中，直接受众是实验室的直接培训对象，是实验室的直接受益群体；间接受众是实验室直接受众的外延，是影响直接受众选择实验室内容与否的群体或者是被直接受众影响的群体，也是间接地对实验室进行了解或者学习的群体；其他受众是指前两种情况之外的社会群体，即可能借助实验室进行报告、宣传、建设等方面的群体，体现着社会上受实验室的社会价值所影响的群体。

目标是整个科技培训实验室的建设着眼点，是经过实验室的培训直接受众所能获得的成果，或是其他受众所期望看到的景象，也是实验室为社会提供服务能力的效果体现。

定位是整个科技培训实验室的指导方向，是实验室建设与发展趋势的一种体现，并可以和其他相似的实验室进行比较，以显现自身的立足点与特色。

（二）实验机体群构建的框架体系

机体群是整个科技培训实验室的内容，也是实验室建设的核心，它是服务于社会的根本出发点。为此，我们需要在克服目前基于STEAM教育理念构建的课程体系不足的同时，构建出一个学科融合的知识体系，机体群的框架体系构建方式具体如图2所示。

图2 实验机体群构建的框架体系

机体群所覆盖的主题从知识点到知识体，构建出整个实验室的内容体系。其中具体的知识点和知识线可以构成机体，知识线、知识面和知识体可以构成机体群。基于此框架构建的机体及机体群，既要把握知识点的独立性，也要把握机体群所涵盖知识体系的系统性，做到机体要有“种”，机体群要有“料”，提供并满足短期和中期受众的学习需求。

机体群是服务受众的整体知识体系，这种知识的构建是依托于STEAM理念，它打破了学科的壁垒，构建出学科融合的知识体系，形成以问题驱动或项目研究为出发点的知识学习路径，以技能、思维培养为依托，促进学习者综合能力提高和科学素养的培养。因此，我们在构建机体群知识体系的时候，需要把解决问题或者项目实施中需要使用的多学科知识内容有机融合到一起，从而形成机体群相关的知识线、知识面或知识体。

（三）实验机体的结构框架

俗话说：“内行看门道、外行看热闹”，它蕴含了不同经历者从不同角度认识事物的哲理。所谓机体“门道”，就是机体所体现或者包含的知识内容以及其专业的表现形式，并且可以扩展到机体之间所构成的机体群所涵盖的知识体系；而“热闹”就是机体的外在表现。为了更好地把“门道”和“热闹”高度地融合，我们设计了构成整个机体框架的四个组成部分：机体内容、内容形式、形式内容、客观形式，具体的框架体系如图3所示。

图3 实验机体的结构框架体系

机体内容是机体的知识内容与表现形式，是机体的“魂”，也是机体需要被受众感知、认识和掌握的根本，体现着培训实验室为社会服务的主要价值，这是完成实验室建设使命的最基本单位。机体内容所包含的主要元素有：机体内容名称、教育内容、教学目标、教学模式或教学方法。具体来说：

第一，机体内容名称是认识机体的最直接的表现，是受众直接接触的首要元素之一，也是吸引兴趣的点睛之笔；第二，教育内容是本机体需要讲授的内容，也就是机体的本质，是培养受众认识和理解所涉及到的科学术语和概念的能力，也是促使受众正确理解科学技术对社会的影响；第三，教学目标是指通过本机体的设计、需要学习者达到的目的，是培养受众了解科学研究的一般过程和方法的具体领域陈述；第四，教学模式或教学方法是指在本机体进行教学的过程中，为了更好地达到教学目标可以采用的主要教学模式或教学方法。

内容形式是机体内容可能直接表现的“物化”形式，它和机体内容相辅相成，是为了达成某种目的而对机体内容进行加工、改造或者物化而出现的“形式”，是人们在实际使用中的直接表现、应用或体会。其在机体结构中起着承上启下的作用，有时候可以表现科学术语和概念，有时候是可以表现科学研究的一般过程和方法，有时候是让受众对生活中出现的科技问题做出合理的反应，甚至参与实际的解决问题过程。内容形式所包含的元素主要有：名称、情景（生活、虚拟现实、增强现实等）、教学组织及方法等。

形式内容是客观形式直接感觉的引申，是激发学习者进行客观抽象并为学习内容服务的自身感悟，这种感悟受着客观形式所突出的“点”所引导。所包含的主要元素有：名称、含义、与内容形式的衔接。它也起到承上启下的作用，其中，名称是客观形式的直接表现，含义是客观形式的隐身，并为内容的讲解提供支持。这也是学习者直观感觉的第一次抽象，是引入主题的关键所在。

客观形式是指机体内容可能存在着的直接或间接相关物化体。所包含的元素主要是为了知识内容讲授所使用的物体物理特性，包括名称、材质、形状、颜色、大小等，这些需要被重点强调或突出的物化体所拥有的自然属性以及与机体内容所展示出的科学知识的逻辑关系，也包括丰富或完善基于机体内容进行科学素养培养过程中的教学形式等，它起着增强受众对科学知识存在感的认识，提升对科学知识的感性认知等作用。

我们认为，上述四部分不是零散的，而是基于STEAM理念进行有机融合，以打造机体的整体统一性，并且都为教育实验室的目标服务。作为科技教育实验室的目的之一，也承担着把外行引导成内行的前期义务。

所以，如何通过构造机体的四部分，融合成有“形”（形式、形状、行动）的教育形式——实现学习者有感（激发学习者的感觉、感悟、感情，体会到知识的作用，激起学习相关知识内容的热情，并对知识有所感悟）而动（知晓、熟悉、应用素质教育的目标）的教育使命，这就成为我们教育实验室努力研究的方向。

上述四部分在教学的各个环节中也充当着不同的作用，都是调动学习者各种感官的有力载体，也是承载着STEAM理念的内涵，我们提出把“四好一实”充分融合到机体四部分设计之中。所谓“四好”是指好看、好听、好玩、好用，“一实”是指实用。

（1）好看：是一种辩证的好看，有吸引眼球之效、有长远发展之用、具有特色点，是对视觉和心理的一种冲击等，可以应用在机体内容的名称、机体形式的名称和客观形式等具体元素上；

（2）好听：有震撼之效、天籁之音、笑话之声等，可以应用在机体内容的展示宣传上、教师的讲解上等；

（3）好玩：应用游戏化学习的理念，让学习者在轻松快乐的环境中把内容学好；

（4）好用：解决学习者实际学习、生活上的一些问题；

（5）一实：能够反馈到家庭的应用、日常学习生活之中，真正让学习者体会到科技给生活带来的改变。

通过“四好一实”的设计，激发学习者的好奇、好胜、探索之心，完成对机体内容的学习，实现对具体知识理解、使用和对科学发展的了解。

（四）实验机体的教学模式

为了更好地实现科学素养的培养和知识的有效传承，我们对机体教学实施环节的课程进行了设计，构建了以兴趣引导为目的的教学“三部曲”：Intra（兴趣引入——兴趣性、艺术性、应用性）——The procedure of learning（学习之旅——欣赏中学、玩中学、交互中学、做中学）——Foot（足迹——收获、成长）。

第一，兴趣引入：此部分覆盖实验室机体的展示和教学开始两个环节。从机体对外宣传展示的名字、内容的开始就充分吸引学习者来学习；并进一步伸展到科学实验室本身的宣传上，采用多种形式进行展示宣传；在正式进入主题学习的时候，充分地把学生的兴趣点引导到有关内容的学习上来，以融合到科学知识的海洋中。

第二，学习之旅：它是实现具体教学方法的主要过程载体，把需要传达的知识蕴含在整个教学过程之中，让学习者具有愉悦的、快乐的学习经历，并把交互学习、游戏教学等方式植入到此过程之中。

第三，足迹：让学习者把学习所获得的收获，以多种形式体现，譬如，可以带回家等方式。同时，也可以形成志同道合的学习伙伴，建立进行科学学习的学习共同体等。

利用此“三部曲”教学模式所构成的教学，使内容与形式的充分融合，实现校外科学实验室的目的。我们再把机体四个部分充分融入到教学“三部曲”中，达到“寓教于乐”的校外科学培训实验室的学习体验之目标。

（五）实验室设计实例

基于上述的理论体系与框架等，我们形成了北京科学中心“逻辑与智能信息技术”科技培训实验室的总体设计思路并进行了实施。

1.实验室整体定位

北京科学中心建设已列为“提升公共文化服务”中的“加快重大功能性文化设施建设”部分，明确为“十二五”期间需要建成的“标志性文化设施”。[24]这里以“逻辑与智能信息技术”实验室为案例，该实验室基于STEAM理念，构建以学科融合为主旨的科学素养培养的校外教育培训实验室。实验室的直接受众对象是K12阶段的学习者；间接受众对象是家长、多元化需求的社会人士和中小学校教职工；其他受众是北京科学中心、媒体等群体。实验室建设的目标是通过实验室的运营实现双重素质教育——科学与工程，特别是通过在实验室的学习，提升对科学知识的兴趣和探索的欲望，达成对学习者科学素养的培养，目前已成为文化北京和科技北京的重要标志性文化设施。[25]总之，实验室的总体定位是科学素养的培养、素质教育、创客教育等。

该实验室项目在上述定位基础上，我们进行了教育创意，并对参与实验学习的学习者的教育内容采用如下的教育方式进行构建与引导（如图4）。

图4 实验室教育方式引导创意图

2.机体群设计框架

按照前面的四部分框架及教学模式“三部曲”等，设计了该实验室机体群，框架如下（见图5）：

图5 实验室机体群设计框架

3.机体设计框架

对于所设计的30门机体，按照整体研究框架展开。其中，采用二维码机体的四部分概要如图6所示。

图6 二维码机体四部分概要

采用二维码机体的设计思路具体如下：

第一，兴趣引入部分主要是激发学习兴趣，并引入学习的主题。我们用魔方或乐高玩具拼出的二维码（旁边备着装有传感器的扫把和平板电脑）作为引入场景，提示“扫一扫魔方有惊喜（你知道魔方也可以扫一扫么吗）”。拿起扫把，语言提示——“小朋友你非常勤劳，玩具还没有脏还不需要这样扫”；使用平板扫描用魔方或乐高玩具拼出的二维码，“欢迎进入《我的二维码名片》课堂，二维码还可以这样玩”，引起学生的兴趣。观看异形二维码和创意二维码的播放，感受不一样的二维码，激发学生的创意。

第二，学习之旅主要通过学生与“景”的玩、用和实践等方式实现。其中结合“找茬游戏”学习二维码相关知识（侧重在二维码的历史、基础知识、原理等方面）；根据知识的层次性设计进阶游戏（基础知识、原理等方面）。鼓励学生自己创作二维码（侧重在二维码的实际使用方面），进行动手实践。引导学生通过“翻名牌”的游戏方式，进行二维码的应用方面的讨论和学习。

最后，学习者可以留下自己制作的二维码名片，保留在实验室的电子名片相册之中；同时，也可以继续找找身边的二维码（实验室内的，顺利切换到其他课程或者其他小游戏）。留在实验室名片相册中的学习者在互换名片环节可以添加其他学习者的各种联系方式，可供兴趣相投的小朋友进行人脉扩展。通过上述互动方式，使学习者留下各种“足迹”。

另外，在学习者学习黄金分割螺旋机体和二维码之后，可以自己设计黄金分割螺旋二维码名片等，不但机体内部实现了学科的融合，而且机体之间也做到了一定的学科交叉与融合。

四、讨论与展望

本文设计的校外科技实验室，是指学生以家庭方式参与或以学校较少频率参与的。也就是说，学习者还不能以长时间、高频次参与到实验室的学习之中，只能利用有限时间和次数参与到特定的主题学习之中。这就要求我们构建这样的校外科技实验室只能以科学素养的培养、兴趣的建立等短期目标为载体去实现素质教育的目的。即它不同于以知识传播性、体验性为目的的科技馆、展厅等，所以，我们所设计的校外科技实验室主要面向中小学的学习者为主体受众，同时具备了类似北京科学中心的多种类型的间接受众。

我们认为，首先要有明确的实验室定位、实验室的相关受众、主要目的和类比导向，同时把握科技内容的覆盖面及重要程度和知识点内涵，才能设计好一个实验室的机体群体系结构。然而，不只是机体群体系涵盖的内容是重要的，机体本身也需要具有良好的结构定义和功能，这样可以在扩展到不同领域内的科技教育的同时，也可以使框架本身运用得更加合理、完善、简单。机体培训本身应该具有一定的教学流程，为学习者打造轻松快乐的学习体验，以达到教学者的机体设计有章可循、有法可依，以区别于步骤完全一致、强迫性、内容展现形式单调、枯燥、无味的传统实验室。

（一）以STEAM为指导，重构课程内容

在北京科学中心“逻辑与智能信息技术”实验室项目研究中，我们就从内容上都对原有的课程体系进行了梳理。如，课程名字晦涩无味抛弃，课程内容过于单一的部分抛弃，扩展了课程的覆盖面。

（1）梳理部分课程的主题，优化比例5%。重在通过青少年日常生活中能接触到的实际现象，激发青少年受众进入实验室学习的兴趣，将深奥晦涩的科学知识以浅显易懂的方式传送给青少年受众。

（2）体现信息技术的前沿发展。梳理部分课程的领域内容，优化比例5%。将物联网技术与实验室环境相结合，使得青少年受众在学习过程中亲身体验物联网技术等带来的新变化，同时注重启发青少年受众的探索意识。

（3）关注青少年受众的多元智能。梳理部分课程的教授方式，优化比例4%。基于多元智能理论，突出对青少年受众的空间智能、人际智能等方面的锻炼，通过协作、竞争、分享等途径，实现青少年受众逻辑能力的提高。

（4）培养创新意识和创新能力。梳理部分课程的实现方式，优化比例5%。注重青少年受众的创新意识和创造能力提高，通过动画设计制作、游戏设计制作等系列课程，让青少年受众在实践中提升自身的创新意识和能力。

（二）STEAM理念下的新型教学设计

我们基于机体的四部分并结合教学模式设计的“三部曲”展开研究和设计。机体的几部分是机体可能存在的各种直接和潜在的形式，并通过三个环节的教学模式“传达”给学习者，这样最大程度的通过丰富多彩的形式把需要表达的教育内涵传达学习者，让学习者真正体会到快乐、健康的学习生活，从而产生热爱相关科技领域的感觉，达到教育培训的目的。

因为实验机体不同于传统课程，实验机体强调STEAM理念下的实验性和融合性，体现了机体教学的针对性；实验机体具有趣味性的目标和多样式的综合评价，体现了机体构建的系统性；实验机体以生活场景为依托，建立知识体系与生活的无缝连接，体现了机体的可用性。在具体机体设计中，我们体现出把游戏化设计的思路蕴含在学习之旅之中，通过机体卡片等方式让学习者把收获带回家，留下机体学习的足迹（内容、心得、关键科学术语、资源信息等）。但是这种“玩”不同于科技馆中的纯玩，融入了对科学知识的传授和对学习的支持。

（三）基于STEAM的校外实验室研究需要不断深入

目前，基于STEAM理念的教育课程，已经在我国中小学校内外的学习者中开始实施，国内外的一些专家学者对相关课程体系进行了研究和总结，[26][27][28]而本研究更加侧重在校外科学实验室的建立和运营，提供了机体群构建的体系结构，设计了机体教学设计的方法，阐述了机体四部分和教学“三部曲”，并以实际案例进行诠释，使其更加具备可操作性。

虽然本研究提出了基于STEAM理念以机体形式为核心构建的校外科学培训实验室的理论基础和实践案例，但是，一个能够被认可的机体群构建体系，需要充分考虑到具体科学领域受众接受的主要知识点，以及这些知识点所适合的教学方式、教学方法等问题；一个能够被认可的机体，还需要充分考虑到机体的四部分如何合理地融入STEAM学科的知识内容中，并且四部分需要有机地成为一体并为主题服务；同时，一个被认可的教学过程，需要充分考虑到综合融合教学“三部曲”，而不是简单生硬地利用“三部曲”进行教学。这些都是今后实践中需要考虑的问题，也是需要进一步研究的。

此研究为我们参加项目的实施奠定了坚实的理论基础，也为后续的教育培训实验室的运营提供了参考，可为具体科学领域教育培训实验室建设作指导。另外，本研究框架的提出给项目的实施提供了坚实的理论基石，项目实践中存在的问题也为进一步完善此框架的结构提供了宝贵的经验。此研究内容在具体领域中的应用，也必将改善目前框架的不足，使其今后构建得更加合理，并有针对性的提出各个领域中的应用框架。未来，我们会借助“互联网+”时代的STEAM教育应用等研究，[29]进行扩展、完善和验证，使其更好地适应培养具有综合科技素养和深度创新能力人才的需要。

[1]Hurd P D.Science，technology，and society:New goals for interdisciplinary science teaching[J].Science Teacher，1975，42（2）:27-30.

[2]杨琳玲，郑立新.基于STEM教育的中小学未来教室展望[J].中小学信息技术教育，2014（10）:80-82.

[3][7][14][22]余胜泉，胡翔.STEM教育理念与跨学科整合模式[J].开放教育研究，2015（4）：13-22.

[4]李娟，陈玲.科技场馆内进行STEM教育的研究现状与对策[C]//全球科学教育改革背景下的馆校结合——第七届馆校结合科学教育研讨会论文集.2015.

[5]龙玫，赵中建.美国国家竞争力:STEM教育的贡献[J].现代大学教育，2015（2）:41-49.

[6]赵国安，李燕飞，王晓菲，等.学习过程认可框架体系研究[J].中国电化教育，2015（10）:75-81.

[8]范燕瑞.STEM教育研究——美国K-12阶段课程改革新关注[D].华东师范大学，2011.

[9]赵中建.21世纪技能之基石——STEM:美国教育战略的重中之重[J].上海教育，2012（11）:14-19.

[10]李函颖.美国STEM教育的困境与走向——《美国竞争力与创新力》报告述评[J].比较教育研究，2014（5）:53-58.

[11]李谦，赵中建.美国中小学实施STEM教育个案研究——以北卡罗来纳州科学和数学学校为例[J].外国中小学教育，2014（5）:55-60.

[12]钟柏昌，张丽芳.美国STEM教育变革中“变革方程”的作用及其启示[J].中国电化教育，2014（4）:18-24.

[13]龙玫，赵中建.美国国家竞争力:STEM教育的贡献[J].现代大学教育，2015（2）:41-49.

[15]吴俊杰.美国:Scratch促进STEM教育[J].上海教育，2014（8）:40-40.

[16]骆怡.我的基于STEM的创客教育实践[J].中小学信息技术教育，2015（6）:57-58.

[17]杨晓哲，任友群.数字化时代的STEM教育与创客教育[J].开放教育研究，2015（5）:35-40.

[18]李函颖.美国STEM教育的困境与走向——《美国竞争力与创新力》报告述评[J].比较教育研究，2014（5）:53-58.

[19]Frykholm J，Glasson G.Connecting science and mathematics instruction:pedagogical context knowledge for teachers[J].School Science and Mathematics，2005，105（3）:127-141.

[20]Asghar A，Ellington R，Rice E，et al.Supporting stem education in secondary science contexts[J].Interdisciplinary Journal of Problembased Learning，2012，6（2）:4.

[21]Herschbach D.R.The stem initiative:constraints and challenges[J]. Journal of Stem Teacher Education，2011，48（1）:96-122.

[23]恰瑞罗特.情境中的课程:课程与教学设计[M].北京：中国轻工业出版社，2007，1.

[24]北京科学中心.项目背景[EB/OL].[2017-01-09].http://www.bast.net. cn/col/col16988/index.html.

[25]北京科学中心.展教功能[EB/OL].[2017-01-09].http://www.bast.net. cn/col/col16994/index.html.

[26]王小雪，刘炬红，陈蕙若，等.为学习加速:向未来冲刺——AECT 2015年会评述与思考[J].远程教育杂志，2016（1）:3-18.

[27]孙江山，吴永和，任友群.3D打印教育创新:创客空间，创新实验室和STEAM[J].现代远程教育研究，2015（4）:96-103.

[28]李小涛，高海燕，邹佳人，等.“互联网+”背景下的STEAM教育到创客教育之变迁——从基于项目的学习到创新能力的培养[J].远程教育杂志，2016（1）:28-36.

[29]王娟，吴永和.“互联网+”时代STEAM教育应用的反思与创新路径[J].远程教育杂志，2016（2）:90-97.

Research on Constructing A Group of Experiment Bodies of Off-campus Science Laboratory Based on the STEAM Concept

Zhao Guoan
（School of Network Education,Beijing University of Posts and Telecommunications,Beijing 100876）

Exploring the course based on STEAM concept has become an essential means to cultivate innovative talents in scientific laboratory both inside and outside school.At present,there still exist some disadvantages in the science lab outside our school based on STEAM education,such as singleness of content,lack of knowledge structural,disunity of standard,etc.In the construction of a group of experiment bodies in “Logical and Intelligent Information Technology Lab of Beijing Science Center”,content system of experiment bodies should be built by four parts including knowledge point,knowledge line,knowledge surface and knowledge body.Structure of experiment body should be divided into four parts including body content,content form,form content and objective form.Steps for teaching of experiment body should be the attraction of interest,learning process and review in sequence.

STEAM;STEM;Design a group of experiment bodies;Laboratory construction;The course design;Game learning

G420

A

1672-0008（2017）03—0078—08

2017年3月15日

责任编辑：陶 侃

本文系全国教育科学“十二五”规划2014年度课题“泛在学习环境中数字资源聚合模式及推荐机制研究”（Dca140238）；2015年北京邮电大学继续教育改革研究项目“终身学习视角下学校继续教育发展策略研究”的研究成果。

赵国安，北京邮电大学网络教育学院高级工程师、硕士，主要研究方向：信息技术、教育技术。