基于MOOC的高校STEAM教学模式构建研究

2019-05-11冯林霞

中国教育技术装备 2019年22期

冯林霞

摘要通过分析STEAM教育内涵与现状、MOOC课程平台，发现MOOC和STEAM教育的互补性和耦合性。然后借助六维度分析模型构建基于MOOC的高校STEAM教学模式，并详细分析项目设计、课程设计、课程学习、项目探究四个核心模块。研究表明，MOOC能推动STEAM学习中资源获取、学习方式、评价等的发展，期待本研究能够推动MOOC支持的STEAM教学的进一步发展。

关键词 MOOC;STEAM;教学模式;课程资源

中图分类号：G642.0 文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2019）22-0006-05

Construction of College Teaching Model of STEAM based on MOOC//FENG Linxia

Abstract By analyzing the connotation and current situation of STEAM education and the MOOC curriculum platform， the article finds the complementarity and coupling of MOOC and STEAM education. Then， based on the six-dimensional analysis model， the STEAM teaching mode based on MOOC is constructed， and the four

core modules of project design， curriculum design， course learning and project exploration are analyzed in detail. Research shows that

MOOC can promote the development of resource acquisition， lear-ning methods and evaluation in STEAM learning， and expects that

this research can promote the further development of STEAM tea-ching supported by MOOC.

Key words MOOC; STEAM; teaching model; course resources

1 问题提出

2015年9月初，教育部发布的《关于“十三五”期间全面深入推进教育信息化工作的指导意见（征求意见稿）》中提出，推进信息技术在日常教学中的深入、广泛应用，有条件的地区要积极探索新技术手段在教学过程中的日常应用，有效利用信息技术推进众创空间建设，探索STEAM教育、创客教育等新教育模式，使学生具有较强的信息意识与创新意识。STEAM教育一词在教育部正式文件中第一次出现。

STEAM教育作为一种跨学科教育模式，在美国由来已久，但是在中国刚刚起步。STEAM教育代表目前国际上一种新的综合学科背景下的教育思潮，倡导将各个领域的知识通过综合的课程结合起来，加强学科间的相互配合，发挥综合育人功能，让学生在综合环境中学习，在项目活动中应用多个学科的知识解决问题[1]。STEAM教育旨在培养学生的科学理工素养。目前，国内关于STEAM教育的研究多集中在中小学，包括3D打印教育、Scratch编程教育和机器人教育三个主要领域，且存在数量偏少、研究停留在实践层面等问题;而在高校领域少有研究，且资源和环境支持方面也存在一定缺陷。

MOOC是一种面向社会的通过免费开放教育资源和学习服务而形成的新型课程模式、学习方式、教育模式和知识创新平台，它将分布于全球各地的学习者和教学者通过网络连接起来，通过网络实施教学的全过程。MOOC涵盖海量的优质课程资源（如视频、导学案、课件、测试等）、互动（交互性论坛和学习社区）、评价（习题测试）等。

改革开放后，我国高等学校教育推行“重基础，轻专业”的模式，造成学生专业能力比较缺乏，综合问题解决的能力偏弱，毕业后不能很快地胜任企业工作。那么，高校STEAM教学如何展开？课程资源、教师资源如何进行整合与配置？MOOC能够提供怎样的支持？STEAM教学如何衔接学校专业教育与企业职业教育？这是本文研究的内容。

2 STEAM教育的内涵和现状、MOOC与STEAM

教学的耦合

STEAM教育的内涵和现状 STEM一词语来源于美国，是Science（科学）、Technology（技术）、Engineering（工程）、Mathematics（数学）的英文首字母简称，在美国1986年发表的《本科的科学、数学和工程教育》报告中被首次提出，旨在加强美国K12关于科学、技术、工程以及数学的教育。STEM教育不仅仅是四个学科知识的学习，更是在传统应试教育理念上的转型，是一种新的教学方式，一种新的综合学科背景下的教育思潮，旨在培养学生的科学、技术、工程、数学多学科综合素养、问题解决能力、动手实践能力和创新能力。STEM教育强调由传统的分科教学走向学科交叉融合，由强调知识点的掌握和解题能力的提升走向基于真实问题的学习，由强调知识点的获得走向知识与能力并重[2]。

STEAM教育在原STEM教育的基础上增加了Art（艺术）一词，是在STEM教育基础上延伸的新的教育模式，强调艺术人文教育和科学工程教育的融合。STEAM教育注重学习与现实世界的联系，強调的是问题解决背后的学科综合知识的运用;注重学习过程，认为学习是一个探究世界相互联系的过程[3]。STEAM教育具有跨学科、趣味性、体验性、情境性、协作性、设计性、艺术性、实证性、技术增强性等特征[4]。

笔者通过“STEM教育”“STEAM教育”等关键词对CNKI

中国期刊全文数据库进行检索，获取文献约40篇。通过内容分析，归纳STEAM教育的国内外研究现状。

在国外，以美国为例，STEAM教育已形成“全民总动员”之势，各种STEAM教育平台已具备相当规模，多种STEAM项目已投入实践并取得良好的效果，STEAM教育涵盖K-12、本科、研究生及博士阶段。

在国内，中小学围绕STEAM教育进行课程改革，多与信息技术课程和通用技术课程进行整合，研究集中在3D打印教育、机器人教育、Scratch编程、VR智能教育等方面。同时，教育市场出现越来越多的科学教育产品，如小牛顿、乐高、鲨鱼公园等。此外，涌现了许多社会性的STEAM教育平台，如上海STEAM云中心、STEAM实验工坊以及各地的创客教育空间等。

MOOC与STEAM教学的契合点 MOOC涵盖优质的课程资源、互动和评价交流，STEAM教学需要教学资源、教学评价、支持服务、教学过程等多维度的支持，二者具有较高的互补性、耦合性。

1）MOOC优质的课程资源。笔者通过对几大MOOC平台进行内容分析，发现MOOC课程涵盖了高校STEAM的科学、技术、工程、艺术、数学五大学科的内容。下面以中国大学MOOC平台上的课程为例进行说明（截至2016年5月）。课程共计1239门，其中基础科学课程（包括科学和数学）612门，工程技术488门，文学艺术164门。这些课程的特征为：MOOC课程涵盖高校STEAM的科学、技术、工程、艺术、数学五大学科的内容;有些课程同时包含两个或两个以上的学科，如物理与艺术、桥梁设计等;MOOC课程按照知识点组织，为STEAM学习提供便利。

2）MOOC学习的网络化。STEAM教学分为两个阶段，一个阶段是相关知识点的学习，另一个阶段是基于项目的探究。第一个阶段不在课堂上完成，由学生在课外一定时间段内完成。MOOC的网络化特征决定了学生可以在任何时间、地点，只要有网络，均可以进行学习，而且可以自定学习步调。

3）MOOC平台能满足学生个性化学习的需求。MOOC可以根据每个学生的情况进行资源和课程的推荐，满足了学生个性化学习的需求[5]。在STEAM教学中，每个学生的知识掌握水平差别较大，STEAM素养参差不齐，MOOC平台的个性化推荐服务可以有效地满足STEAM教学。

4）权威消失，学生和教师可以平等地进行交流。在MOOC课程学习中，学生与教师可以在讨论区中平等地进行交流，在交流过程中相互分享资源和观点，通过交流碰撞出新的知识和内容，不断构建自己的知识网络。在STEAM教学中，由于其知识的跨学科性和综合性，学习需要通过交流讨论来构建自己的知识网络。

3 基于MOOC的高校STEAM教学模式六维度分析模型

本研究根据教学模式的内涵、教学活动的要素及谢幼如（2016年）[6]等人提出的“六维度分析模型”来构建基于MOOC的STEAM教学模式分析模型（图1），该模型包括理论基础、教学要素、教学方法、课程资源、教学评价和支持服务六部分。理论基础包括建构主义、联通主义、杜威实用主义和多元智能理论等多种理论，是教学模式的构建依据;教学要素是指教师、学生和教学活动，教师包括领头教师、MOOC教师和STEAM教师（任课教师）三种身份，教学要素是整个教学模式稳健发展的基础;教学方法包括讲授法、基于项目的学习方法、研究性学习、小组协作学习、自主学习等多种教学方法，是师生共同完成教学活动的方式;课程资源包括STEAM课程资源和项目资源两部分，是实施教学的必要条件;教学评价重在考查学生的科学、技术、工程、艺术、数学五方面学科素养和团队协作能力、动手实践能力、创新能力、学习者自我管理能力等，是对整个教学活动效果及学生发展情况的反馈;支持服务包括平台支持、交流工具支持、工具支持、项目支持、小组协作支持、资源库支持、个性化支持以及对教师教学的支持，是整个教学活动的支撑。

4 基于MOOC的高校STEAM教学模式的设计

基于MOOC的高校STEAM教学模式弥补了传统教育在培养学生科学理工素养、动手实践能力、综合问题解决能力、创新能力等方面的不足，是“做中学”的教与学的活动。本文基于上述分析维度模型构建了基于MOOC的STEAM高校教学模式，如图2所示。

基于MOOC的高校STEAM教学模式将学生作为中心，模式依据教与学的活动来运行。从“教的活动”来讲，课堂之外，教师进行项目的设计与课程的设计;MOOC平台上，教师为学生答疑解惑;项目中，教师引导学生进行项目的探究。从“学的活动”来讲，MOOC平台上，学生根据教师设计好的课程进行学习、交流和测试;项目中，学生进行各种各样的探究活动。通过“项目设计—课程设计—课程学习—项目探究”的教与学活动的流程，学生能够获得STEAM课程学习和项目探究的完整体验，在此过程中培养STEAM素养，提高问题解决能力、跨学科综合运用知识的能力、动手实践能力和创新能力。

基于MOOC的高校STEAM教学模式不同于传统的基于项目的学习和基于知识点的分科学习，在两种学习方式间寻找一个平衡点，将课程学习和项目学习先在一定程度上分离，后再进行整合。在学习的初期，教师将项目涉及的非结构化知识进行结构化的设计、组织和整合，更加符合学生的学习习惯，方便学生进行学习。同时，在项目探究阶段，学生综合性地运用先期学习的课程知识来解决实际遇到的问题，在问题解决过程中不断建构、完善自己的STEAM知识网络。

项目设计 STEAM教育倡導将各个领域的知识通过综合的课程结合起来，高校中STEAM项目的设计要结合学生的专业，融入主流课程。一方面可以帮助学生内化专业知识;另一方面依托其熟悉的专业领域，学生可更好地将STEAM学科知识与之融合。

1）项目主题设计：专业与STEAM融合分析。STEAM教育中的项目强调和学生专业的融合，选择学生专业中的一个主题，由领头教师团队来寻找此主题与STEAM学科的可融合点。领头教师作为各个专业的带头人、STEAM专家，针对专业主题，设计与之相关的科学问题、技术问题、工程问题、艺术问题和数学问题，项目主题一般围绕“工程问题”来设计。比如针对热学中一个能量的传递问题[7]，科学问题是为什么杯子中的热水会变凉，技术问题是如何测量水的温度，工程问题是如何设计太阳能热水器，数学问题是水温变化曲线满足什么关系。因此，在项目设计时就可以以太阳能热水器的设计和制造为主题。

此外，由于STEAM教育本身的跨学科性，项目设计时可以选择跨专业（专业扩展）的形式，寻找多专业的契合点，进行专业和项目整合。这种形式的项目往往比较复杂，需要由多个专业的教师和多个专业的学生来联合完成。

2）项目活动设计。刘景福[8]总结了基于项目的学习活动需要具备的特征，分别是挑战性、建构性、与学生个性的一致性。挑战性要求问题具有一定的难度和复杂度，活动要与现实生活相联系，要使学生能够在不同的情境中运用所学的技能。建构性要求学生在问题解决的过程中能构建并生成自己的知识网络，能分析和深加工信息，能联系自己之前所学积极地进行创造。与学生个性的一致性是指能够适合学生各种智力技能的学习和学习风格，给他们提供个性化且丰富的信息。

3）项目评价设计。项目评价重在考查学生的科学、技术、工程、艺术、数学五方面学科素养和团队协作能力、动手实践能力、创新能力、学习者自我管理能力等。评价方式包括学生自评、同伴互评、小组评价和教师评价。评价应坚持发展性、主体性、过程性和多元化（评价主体、评价内容、评价方法、评价工具等多元化）的原则。在评价学生跨学科解决实际问题或运用学科知识到實际项目中的能力时，可以根据项目组的项目汇报和答辩，统筹考虑学生学习过程，进行同伴互评;或者根据学生在项目进行中表现（参与度）、贡献、责任心、知识获取和掌握、知识应用、团队协作情况、动手实践能力等进行小组评价。

课程设计项目学习是STEAM教学的核心和立足点，项目下的各个任务都是基于现实情境的，是连续性的复杂问题。因此，教师需要帮助学生对项目进行分解，将项目拆解成一个个的专题，再对专题涉及的知识点和模块进行描述，通过对知识点和模块的重构，生成新的STEAM课程。此外，各MOOC平台上的MOOC课程都是按照知识点进行组织的，且涵盖了许多科学、技术、工程、艺术、数学学科知识。因此，可以基于已有MOOC课程来重构STEAM课程，通过重新的设计、整合、组织和增加目前没有的课程知识等方式来生成MOOC式的STEAM课程，方便学生进行线上学习。STEAM课程包括STEAM课程课件、STEAM课程视频、STEAM

课程测试。此外，现有的MOOC平台上的课程都是由一个教师单独授课的，由于STEAM课程的跨学科性，本模式采用多个教师协同录制MOOC课程的形式，即“多师同屏”。

1）STEAM课程视频。教师在设计STEAM课程时，要注意在打破的、分散的学科和知识点之间取得平衡，还要注意进行课程重构时依据项目逻辑和专题逻辑，以及确保设计的问题和项目对所有学科基础性知识结构的全面、均衡的覆盖[9]。设计课程视频时，综合考虑项目的逻辑结构、知识点之间的关系和各知识点的难易程度等，设计知识点的先后讲解顺序、分配讲解时间。视频可以采取系统录制方式，也可分开录制，后期进行剪辑。

2）STEAM课程测试。传统MOOC课程中的在线测试题主要是针对课程涉及的小的知识点，测验学生对知识点的掌握程度，强调知识的获得。STEAM课程的在线测试强调知识与能力并重，测试题目的设计要体现跨学科的特点，考查学生对知识间联系的建构结果;测试题目要相对复杂一些，考查学生综合运用知识的能力;测试要能够体现学生在本专业、科学、技术、工程、艺术、数学等方面的素养，以便后期分配项目任务及因材施教。

课程学习模式前两个模块均为教师活动，本模块以学生活动为主，教师提供线上线下的指导。

1）课程学习流程（图3）。首先，MOOC教师将事先设计好的课程资源（包括课程概述、课程课件、课程视频、课程案例、课程测验等）、项目资源[10]（包括项目概述、项目用途、涉及领域、目标成果、项目任务分解等）、其他辅助资源（如一些用于课程拓展的文章之类）发布到MOOC平台上，并向学生发布课程通知。学生接收课程通知，在正式学习STEAM课程前，先要对项目有一个宏观的了解，这样在课程学习时才能够联系项目进行思考。在对项目有一个综合性的了解之后，学生在MOOC平台上点击“参与项目”，开始STEAM课程的学习。课程学习以视频为主，之后学生参加在线测试，在线测试成绩合格才可以进入下一个阶段的“项目探究”，否则需要重新学习课程和进行测试。

2）交流答疑。分三个层次：学生与MOOC教师、学生与STEAM教师、STEAM教师和MOOC教师。关于学生与MOOC教师（团队），借助于MOOC平台中的讨论区模块，针对学生在STEAM课程学习中遇到的问题，教师为学生答疑解惑。关于学生与STEAM教师，除了线上交流答疑外，学生参加STEAM教师组织的课堂活动。STEAM教师帮助学生进行知识的内化，针对课程体系提出一些复杂的、具有引导性质的问题，帮助学生有效地从课程学习过渡到项目探究。关于STEAM教师和MOOC教师，双方教师团队需要就其在与学生交流过程中发现的问题进行交流。一方面，MOOC教师通过对学生课程学习问题的监控，衡量课程、测试题目的难易程度，以便与STEAM教师协同进行改进;另一方面，STEAM教师将其在引导学生进行项目探究中遇到的比较共性的课程问题反馈给MOOC教师，可能是某个知识点，也可能是知识间建立联系的问题。

3）学习效果测验。根据“课程设计”模块中设计的测试模块进行测试，除了随堂的测试题目外，MOOC平台要使用智慧化的学习工具来监测学习者的学习进度、STEAM各方面素养等。

项目探究在上一阶段的课程学习中，对项目形成宏观了解之后，学生开始进行项目探究。

1）分组及制订计划。项目探究的复杂性决定了探究活动是基于小组协作的。根据前面课程学习情况对学习者进行智能分组。分组要综合考虑学生的STEAM素养、课程测试成绩、课程学习中的表现（如讨论区中的活跃程度、问题解决的贡献率）、兴趣、动手实践能力、思维能力、创新能力等，根据项目任务分配、组间同质、组内异质、强弱科搭配、性格搭配、兴趣带动等分组原则进行分组[11]，保证每个组内都有单科能力较强、综合素养较强、具有动手实践经验等各一人，保障小组能够促进每一个学生积极发展。此外，为每个小组提供协作支持类工具，包括小组任务分配表、进度表、组员学习情况监控表、小组评价表等。制订计划包括规划项目探究流程、各流程所需要的时间、小组各成员任务分配等，规划好之后向STEAM教师提交项目计划表。

2）项目探究活动。学生按照先期设计的项目活动展开探究，针对项目需要选择合适的研究方法和技术工具[12]。各小组定期向STEAM教师汇报项目进度、阶段项目成果、项目中遇到的困难等，STEAM教师监控整个项目的进行，引导、指导学生进行探究。此外，提供工具支持类、项目支持类服务，工具支持服务包括项目进行所需要的各种制作工具和计算机编程工具，项目支持类包括项目指南、项目进度说明、项目阶段成果表等。

3）成果交流与评价。项目完成后，各組撰写一份项目报告，包括项目概述、项目目标、立项条件、项目任务、小组任务分配、各部分任务完成情况、研究方法和工具、项目成果形式等。项目报告上交STEAM教师，由STEAM教师和领头教师共同评价。成果交流采用项目汇报的方式，包含小组汇报和提问环节两部分。评价采用学生自评、同伴互评、小组评价和教师评价相结合的方式。但是由于此前学生参与此类评价较少，对评价标准不太明确，因此，为使学生更好地参与评价过程，教师应该为学生提供：

①清晰的考核标准;

②高质量作品的示范和准则;

③监控自己进展情况的机会;

④为同学提供建设性反馈的方法，以及如何整合同学的反馈以改进自己的作品;

⑤反思和改进学习过程与作品的时间;

⑥为将来的学习设立新目标与支持。

5 结语

STEAM教育由来已久，但因其跨学科、综合性、创新性、实践性等特性，在教育全球化发展的今天，各国都致力于探索STEAM在本国的发展之路。本研究尝试构建基于MOOC的高校STEAM教学模式，期望能为教育工作者提供一些思路。但是STEAM教师资源缺乏、STEAM课程重构困难、学校长期应试教育的模式等都是阻碍STEAM进一步发展的绊脚石，因此，STEAM教育的开展需要广大的教育者和研究者共同努力，需要政府、社会、学校的共同支持。■

参考文献

[1]Project Lead The Way： Project[EB/OL].[2015-06-06].

https：//www.pltw.org/our-programs.

[2]Sanders M. STEM， STEM Education， STEMmania[J].The

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[3]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.

[4]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.

[5]王永固，张庆.MOOC：特征与学习机制[J].教育研究，2014（9）：112-120，133.

[6]谢幼如，张惠颜，吴利红，等.以MOOCs为代表的在线教育教与学模式的理论分析[J].电化教育研究，2016（3）：50-58.

[7]高云峰.真实情景下学科融合的创客教育：在第六届“素质教育与逻辑思维”论坛上的专题报告[EB/OL].http：//www.360doc.com/content/16/0525/10/16067555_562110046.shtml.

[8]刘景福.基于项目的学习模式（PBL）研究[D].南昌：江西师范大学，2002.

[9]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.