基于STEM 理念的中小学课程设计案例研究

陈诗茵，孙玉彤，张瑞平，施依娴

(佛山科学技术学院 人文与教育学院，广东 佛山528000)

1 STEM 课程概述

STEM(Science Technology Engineering Mathematics) 课程是将科学、技术、工程、数学4 个要素通过整合形成的一种全新的课程形态［1］。STEM 课程具备5 大特征: 跨学科、积极学习的过程、项目式学习、合作式学习、解决与生活相关的实际问题［2］。

2 STEM 课程在中小学应用现状研究

STEM 课程主要是以信息技术课程(专题化形式) 、校本课程、实践活动等形式展开。结合智能电子硬件的模块化编程需要用到电脑，对场地有一定要求，常见于信息技术课程、校本课程中的创客课程。智能造物类课程更加注重动手制作，对场地的要求没那么严格，适用于创客课程、综合实践课程与通用技术课程。3D 打印类课程多以社团形式开展，比较适用于一般的创客课程。

3 STEM 课程设计要素分析

STEM 课程教学模式包含的要素主要为: 真实情境、核心概念、方案设计、方案实施、教学评价，具体从教学目标，教学内容、教学评价等角度进行分析［3］。本研究从STEM 课程目标、课程内容、教学与学习过程、教学与学习过程支持、课程评价这几个角度对所选取的STEM 课程进行案例分析。

4 中小学STEM 课程设计案例分析

4.1 研究对象

国外STEM 课程案例以《国外优秀STEM 教育案例集》为主，国内STEM 课程案例则选取了《Scratch 与机器人创新设计》(初级、中级、高级) 、《了不起的家居生活－ 互动编程》、《小小世界造起来－智能造物》、《构建我的世界－3D打印》等不同类型的课程。

4.2 案例分析

4.2.1 课程目标

STEM 课程目标旨在让学生开展以解决现实生活问题为基础的项目式学习，在习得相应科学知识的基础上，增加动手做的课堂体验。学生在应用所学的数学与科学知识应对真实世界的挑战时，创造、设计、建构、发现、合作以解决问题，主要特点为:

(1) STEM 课程尤为突出工程知识技术与工程实践，在项目活动开展的过程中强调知识与能力并重，倡导“做中学”，强调学生创新与创造能力的培养。

(2) 注重培养学生的发现、观察、分析、探究、设计、动手操作及交流分享能力。不同类型STEM 课程各有侧重，如实验类STEM 课程注重培养学生的发现、观察能力;工程类STEM课程注重培养学生的设计、动手操作及交流分享能力。

(3) 设计思维的培养在STEM 课程中有着突出的体现。学生通过自主学习、头脑风暴的形式形成创新型观点与想法，继而设计与制作原型，并最终完成作品。

4.2.2 课程内容

STEM 课程与传统课程相比，更注重学科融合以及在真实生活情境中的应用，主要包括工程类、科学类、方法技能类、3D 打印类、智能造物类、互动编程类等，如表1 所示。

表1 STEM 课程类型

STEM 课程内容具有以下特点:

(1) 选题类型多样。STEM 课程的选题不局限于具体的主题或项目，只要这个课程是跨学科的，有利于学生解决真实情境问题能力的培养，都可以称之为STEM 课程。

(2) 跨学科领域知识的整合。以《构建我的世界》中的“汉诺塔”为例，将任务作为核心来开展课程，将各学科内容相互串联，帮助学生在解决问题的过程中加深对各学科概念的理解，提升学生问题解决能力，这就是任务驱动式教学模式［4］。

(3) 从真实生活中取材。STEM 课程注重对生活中真实情境的应用，强调“在做中学”，通过项目活动来整合学科知识，把学科知识转化为生活经验。

4.2.3 教学与学习过程

STEM 课程常用的教学模式有基于项目的学习、基于问题的学习、基于设计的学习与5E 教学模式几种，具有以下特点:①STEM 课程教学一般由真实的问题、项目引入，这些问题和项目与真实生活有着密切的关联。具体教学是在真实的场景中进行的，相关场景、设备能够为STEM 课程教学内容提供有效支撑;②STEM 课程教学过程中除教师为学生提供指导之外，部分课程还引入了社会专家给予协作。另外，技术为STEM 课程的顺利开展提供了有效支持;③STEM课程教学成果最终为生成成品。

以“噪音探测器”课例为例，介绍最具代表性的教学方式——“基于项目的学习”在STEM 课程教学中的应用，内容如图1 所示。

这个课例整合了科学、工程、技术与艺术等学科知识，以现实生活中的问题情境为主题，带领学生认识与探讨声音，培养学生的发现力、质疑力、创造力，展开一个产品模型设计的项目式教学STEM 课程。课堂教学中，强调师生间的双向互动，强调“以项目为主线、学生为主体、教师为主导”。项目完成后，进行交流分享，充分培养学生的合作交流能力以及自我展示能力。

4.2.4 教学与学习支撑

STEM 课程具有跨学科的特性，并且强调在真实情境中培养学生解决现实问题的能力，因而在教学过程中给予相应的教学支持是必不可少的。本研究以“风暴警报”课程为例展开分析，具体内容如表2 所示。

图1 “噪音探测器”课例的项目设计模式

表2 “风暴警报”教学支持

不管哪一类型的STEM 课程都需要提供多种教学支持，而教学支持的类型也是多种多样的。教师可以依据课程需要自由选取，旨在更好的激发学生的探究热情，解决教学过程中遇到的各种问题。为了课堂教学高效进行，教师要提前准备好教案，做好相应的资源、技术支持准备。

4.2.5 课程评价

由于STEM 课程是跨学科的课程，没有完全统一的课程标准，因而课程设计题材与开展形式也多种多样，不同的STEM 课程应该根据实际需要制定评价标准［5－6］。本研究以“向工程‘奔跑’”、“项目式智能造物”为例，进行评价方式分析，具体内容如表3 所示。STEM 课程教学评价的评价内容主要包括:①学生知识的获得，包括多个学科领域的知识，主要是通过提问、陈述、测验等形式进行; ②学生能力的达成，包括发现、观察、分析、动手操作、创新思维等各方面的能力，主要通过学生自我评估、小组评估、开放性问题、作品完成效果评估等形式进行。

STEM 课程教学评价包含多个维度，涉及多种方式，最终作用是为了检测教师的课堂教学是否达到预期效果，学生是否掌握了知识，综合能力是否获得提升，课程设计是否合理以及有哪些需要完善的地方。

表3 STEM 课程评价分析

5 研究结论

目前我国的STEM 教育已经取得了一定成效，STEM 教育理念为中小学信息技术课程、校本课程等的教学提供了更多的途径与方法，值得深入研究。在推广与实践过程中要紧密结合教学实际，从课程教学着手，立足于课程设计，充分考虑课程设计的几个基本要素，全方位进行考量，以学生核心素养的培养、提升为目标，进行科学合理的课程设计。