基于STEAM教育的教学模式设计与研究

摘要：本文基于STEAM教育的理论与课程系统教学实践相结合、教师教学设计与学生应用相结合、学习技术与项目整体相结合，提出了基于STEAM教育的教学模式，并对此模式的应用实例和原则进行分析，希望为从事相关工作的研究者提供一定的参考。

关键词：教学设计;教学模式;STEAM教育

中图分类号：G434  文献标识码：A  论文编号：1674-2117（2019）010-0077-05

随着计算机网络技术登上舞台，人类社会已经进入“全民皆网”时代，我们的生活、工作、沟通等方面都在发生着巨大的改变。教育作为国家发展过程中的重要一环，其理论和实践界已经开始聚焦于教育信息化模式。教育的目标是提高教学质量，追求高效的课堂。信息化教学模式其理论上的纷繁复杂、无体系性、无规律性的生搬硬套已经成为信息化教育界的共识。[1]探索信息技术在STEAM教育基础之上的教学模式，对于教师从事中小学STEAM课程设计以及培养面向未来的创新型高素质人才，具有引领作用。

STEAM教育下的教学模式

当前我国对STEAM教育的教学模式的探索处于初级阶段，多停留在国外相关理论的引进和成果介绍层面，缺少课堂教学应用方面的实证研究以及基于研究理论建构，尤其缺乏可供推广的有效课堂教学模式。[2]跨学科的培养方式与传统的教学方式相比具有很大的差异，这对于师生双方都是一个极大的挑战。STEAM素养与实践类型如图1所示。[3]

STEAM教育通过创新实践以及学科实践两种实践方式为教师实施STEAM教学提供支持，达到培养学生问题解决能力、协作能力、创新能力、交流能力以及创造性思维能力的目的。

1.传统教学模式与STEAM教育下的教学模式

从学习文化理解的角度可以对传统教学模式和STEAM教育下的教学模式进行比较。学习文化是指影响或制约学习者学习活动的价值观、资源、过程、模式、方法能力和习惯等方面的总称。[4]传统教学模式与STEAM教育下的模式比较如下页表1所示。

2.基于STEAM教育的教学模式设计

经过研究中外文献，我们整理出了教学模式中所具备的共同要素，包括真实情境、关键问题、方案设计、实施、改进以及形成最终产品后的交流展示。[5]传统教学的学习方式是教师传授，学生被动接收，这样的方式容易使学生疲惫。基于STEAM教育下的教学模式能够将理论与实践相结合，将学生的有意注意与无意注意相互结合。本文设计的基于STEAM教育的教学模式如图2所示，整个教学模式包括课前、课中、课后三个模块。

（1）课前

知识准备，教师组织教学资源并且设计教学内容，对课堂情境进行预设，课上的教学资源推送给学生，学生提前自主探究学习。教师对学生进行诊断性评估，根据评估结果对学生进行分组。课前教学模式设计如图3所示。

①理论基础。构建STEAM教学模式的理论基础为全面发展理论、构建主义学习理论、从实践中学理论。

②教学目标。以培养STEAM素养为基本目标，培養学生的设计思维、创造性思维以及协作能力，以促进学习者高阶能力发展为根本目标。

③评估学生。此次教学评价采用诊断性评价，在创设问题情境前，首先需要对学生现有水平有一定的了解，为后期学生分组做准备。

④学生分组。根据学生评估结果、能力要求、起点水平和学习风格进行分组。

⑤创设情境。为学习者营造出一个真实的问题情境，加强所学习的知识和技能与真实世界的联系。强调对学习主题内容的迁移能力，发现问题、分析问题、解决问题能力的培养。[6]这样一方面激发学习者学习的热情;另一方面，真实的情境具备不确定性和复杂性，给学习者更大的挑战，综合各学科的知识与环境，这与STEAM教育强调的面向现实世界问题相互契合。

（2）课中

在STEAM的教学活动中，学生是主体，教师扮演教学活动的组织者、发起者和学生学习过程中的辅助者的角色。课中教学模式设计如下页图4所示。

①定义关键问题和探究。关键问题能增加学生的学习兴趣，为学生的研究提供方向——探究式的学习环境。师生共同参与收集信息以及对已有信息进行加工等。对于已经确立的问题，在现有知识不能解决的前提下就需要收集相关信息来解决问题。借助报刊、专著、领域专家、互联网等方式获取一定的信息，在收集的信息达到饱和的情况下对信息进行加工，分析如何解决问题，并且研究出解决问题的最优方案。学生分析教师引入的问题情境，明确需要解决的问题，并且对要解决的问题进行探究。

②建构和创新。如果这个问题曾经遇到过，那么学生增长的是知识与技能、新知识与旧知识的建构;学生遇到类似或是全新的问题，那么前者增长了学生的分析能力，后者增长了学生的创新能力，学生的知识与技能仍会得到满足，并且提升了学生的跨学科思维能力。

③团队协商。学生对教师的前置问题有一定的研究后，进入团队协作探究阶段，在这个阶段，团队围绕主题进行更加系统的讨论。在完成一个有难度的问题时，根据团队成员的擅长领域进行人员分工，综合各个成员观点[7]，确定问题的解决方案。教师在过程中应当密切关注各个团队的讨论进程，在团队遇到问题时，加以引导。

④迭代。当团队在讨论的过程中遇到问题定义不准确时，返回最开始的问题明确阶段，重新定义并且展开探究，问题的探究是一个相互迭代的过程。

⑤质询。在遇到难以攻克的关键点时，团队可以寻求教师的帮助，教师也应当随时关注各团队进度，在问题进入关键点时为学生提供引导问题探究的方案，防止学生偏离目标。STEAM教学模式中，教师辅导可以通过对话、邮件等多种方式进行，教师同时辅导多名学生，促进学习效率的提升。

⑥饱和总结。团队成员一致认为探究问题的解决方案达到饱和时，对探究的信息进行总结，综合各个成员观点，得到一份可以用于展示交流的方案或作品。

⑦生成方案。STEAM教育强调的是面向真实世界的实际问题的解决，其课堂教学自始至终围绕着这个关键问题的解决开展。这个问题可能是一个需要工程设计的难题、科学探究的疑问，为解决问题进行方案的制订都是必不可少的，这是一个比较具体、详细和可操作的过程。这个成果或产品可以是一个可操作、能推广的方案或是一个根据方案制作形成的产品。

⑧学习技术支持。基于STEAM教育的教学模式，在学生团队进行探究活动时可以提供各种工具和资源，其中可以涉及3D建模工具、3D打印技术[8]、机器人编程、虚拟现实技术、人工智能推理、大数据处理等高层次的技术。

（3）课后

本文采用了系统评价法，与传统评价法注重结果不同，系统评价法重视客观的评价手段、过程的评估。其目的在于建立一个螺旋上升的运动过程，以便对教学模式的运行情况作出及时的修正和完善。[9]系统评价要求学生根据教学目标教学以及教师制作的评价标准不断地进行内部评价以及自我评价。本文采取多元主体对方案进行评价，其中评价主体有自我评价、内部评价、教师评价三个方面。课后教学模式设计如图5所示。

①方案交流。学生个人独立完成的任务和以小组为单位的合作探究，都以小组为单位汇报，在汇报过程中尽量使每位学生都参与，鼓励学生将汇报过程录音、录像，供同学观摩、研讨。[10]召集学生对方案进行讨论和交流，双方交换意见以及测评，定义结果或评价，注意在评价过程中的公平性，定义清晰的目标和成功的标准。

②总结反思。教师在课后根据学生课上出现的问题进行反思，找到在教学设计过程中不完善的地方加以记录改进，将学生提交的作品或者方案进行分析、评价。[11]学生将方案形成过程以文字、图片、图画的形式记录，注意总结在方案形成过程中所遇到的问题与创新点，举一反三，加深对所学习内容的理解和记忆，仍然存在的问题寻求教师或团队的协助。

③完善方案。学生倾听多元主体所带来的评价，汲取他人建议不断对自己的方案或产品进行完善。

基于STEAM教育的教学模式的应用实例分析

基于STEAM教育的教学模式包括六个基本环节，本文在Scratch软件中使用“静态照片制作动态动画”作为实例进行分析，为教学模式的实际应用提供参考和依据。

①Scratch背景下“静态照片制作动态动画”课程设计，Scratch背景下“静态照片制作动态动画”的课程设计如表2所示。

②Scratch背景下“静态照片制作动态动画”设计评价表如表3所示。

基于STEAM教育的教学模式的应用原则

各个地区学校陆续开展了各种创新课程，为提升学生的核心素养，做出了努力。但这种积极的教育热潮背后存在着很多误区，能够真正了解什么是STEAM教学是极为迫切的，在进行STEAM教学实践的过程中要遵循以下几点。

1.培养全面发展的人

STEAM教育能够使学生的德智体美劳各方面和谐发展，对学生的培养不能只停留在技能层面，应当将通过STEAM课程获得的技能与学科知识联系在一起。

2.重視学习过程

STEAM教育是一个不断迭代的过程，教学模式没有绝对的起点以及终点，要在“问题—设计—制作—调整”的循环过程中，培养学生的创造性思维。

3.重视活动过程中的科学性以及严谨性

STEAM教育在当前的大背景下容易流于形式。多数时候只重视STEAM的活动形式，课堂活跃，却没有将STEAM的内涵融进课堂。发现问题：STEAM教学一般是问题驱动的，从现实世界的问题中发现，运用各学科知识进行研究的，对于问题的确立一般可以从科学性、可行性、价值性、创新性四个方面进行考虑。探究问题：不单凝固于形式，而是开展真正的探究活动，鼓励学生为主体互相讨论探究，形成自己的想法，进行迭代，继续修正进行探究活动，使学生的类属不断扩大，对于知识的理解不断加深。在探究的基础之上追求真正的结论：现阶段学生存在过于追求特定答案的现象，但在STEAM的教学中其关注点不在于特定的答案而在于帮助学生学习形成良好的学习素养。

结语

本文提出基于STEAM教育的教学模式，并在模式的应用中强调将学习技术所产生的教学资源应用到实际问题中去，以教师为引导，以学生为主体，相互结合，相互促进，将理论与实践相结合。该教学模式现阶段仍处于理论阶段，将其完全应用于实践还需要进一步完善。

参考文献：

[1]刘娟，彭慧林，肖丽.信息化教学模式[M].吉林：吉林人民出版社，2016.

[2][3][5]郑葳.中国STEAM教育发展报告[M].北京：科学出版社，2017.

[4]钟志贤.信息化教学模式[M].北京：教育科学出版社，2005：5-6.

[6]董黎明，焦宝聪.基于创新能力培养的微课程在翻转课堂中应用模型研究[J].现代中小学教育，2017，33（08）：1-6.

[7]于洋鹏.“互联网+”背景下的成人高校教师专业成长研究[J].成人教育，2017，37（05）：65-67.

[8]白伟伟，方海光，杨志亚，等.3D打印技术在创新实验教学中的学习活动设计框架研究[J].中国信息技术教育，2016（23）：66-70.

[9]高文.现代教学的模式化研究[M].济南：山东教育出版社，2000：30-43.

[10]谢延红.任务驱动式翻转课堂教学模式研究——以《面向对象程序设计（C#）》为例[J].德州学院学报，2014，30（04）：7-12.

[11]王同聚.“微课导学”教学模式构建与实践——以中小学机器人教学为例[J].中国电化教育，2015（02）：112-117.

作者简介：刘文静（1996，1—），女，汉族，河北石家庄人，硕士，研究方向为教育绩效。