基于问题导向的STEM 课程“靶向设计”探究

中国福利会少年宫 郑思晨

科学、技术、工程、数学及其他学科共同构成了我们描述世界、认识世界、改造世界的基石。从这个意义来说，STEM 教育就是培养能够运用跨学科知识、进行整合的能力，善于发现问题，并能够分析与解决问题的能力，以及适应社会的能力。为此，需要基于STEM 课程的跨学科特征，不断完善STEM 课程的主题内容设计。

一、STEM 课程的跨学科特征

STEM 教育聚焦特定问题，引导学生跨越学科界限，综合运用多学科知识，解决真实世界的问题，即强调以解决问题为核心、以学科融合为关键、以思维整合为基础、以创新创造为目标。跨学科的STEM 课程，是将“有边界”的学科知识融入一个“无边界”的内容主题之中，解决真实问题。

以“水”这一主题为例，围绕各自的学科知识，语文教师介绍与水有关的诗词，物理教师介绍水的三态变化，生物教师介绍水与生物体，地理教师介绍地球系统中的水，未整合的各学科，是相互孤立的。而跨学科的STEM 课程则会形成如下主题：水，生命之源；水资源研究与管理；水与社会、经济；水与文化的共生。通过具体的选题，实现各学科的相互融合。

二、STEM 课程设计的关键因素

（一）价值认同因素

要通过亲历活动，让学生获得积极的价值体验，对中国文化有明显认同感；形成积极的实践观，根据自身兴趣特长，形成初步的生涯规划意识和能力；体悟个人成长与职业变革、社会进步、国家发展和人类命运共同体的关系，培养国际视野。

（二）学科融合因素

要体现多学科融合的特征，在情境中实现分科知识的整合；开展问题情境下的跨学科项目化活动，引导学生对真实问题的探究以及学科知识的迁移，增强对学科学习的新颖理解与兴趣。

（三）问题能力因素

能激发学生从自然、学校、社区及社会、生活现象中，发现并提出感兴趣的问题，将问题转化为小课题、小项目，运用科学方法开展研究，并及时对研究过程及结果进行反思与调整，最终形成比较规范的研究报告等成果。

（四）创意设计因素

能引发学生将富于创造性的思想、理念以设计的方式予以延伸与呈现，允许设计有可选择的层次性、递进性，促使最终的设计作品具备不雷同的气质形态，可以给不同受众以不同的美好联想。

（五）实践物化因素

能引导学生运用各种工具、工艺（包括信息技术），将创意方案付诸现实，转化为物品或作品。设计主题能够鼓励学生动手动脑，灵活运用相关知识和技巧，提高知识迁移能力、技术实践水平，体会工匠精神。

以上关键因素如何在课程内容中进行呈现，见下述案例所示。

三、STEM 课程的“靶向设计”模式

本文提出的STEM 课程“靶向设计”模式，是基于教学分析，围绕“项目或问题”，对完成项目或解决问题所需要的学习资源、学习支架、探究活动、项目评价等环节进行设计，之后，再通过强化练习进行总结提升，系统化巩固学生获得的知识，并关注知识的结构化迁移。

（一）主题设计环节

1.教学分析

首先，需要分析教学目标，确定学习主题，阐述三维目标。其次，需要分析学情，确保项目设计符合学生的认知与能力水平，充分了解学生的学习基础、学习需求。再次需要分析学习内容，将跨学科知识之间的关系通过知识地图的形式进行呈现，从而能够确保在课程实施过程中围绕主题准确将相关知识进行迁移。

2.项目任务

STEM 教学的核心，是需要基于现实情境，设计真实的项目学习任务。围绕需要解决的实际项目或问题设计的学习任务，一定要放在特定情境中进行具体化。因此，这就要求教师要做好充分的教学分析，通过学习情境的设计，将学习问题与学习情境进行融合，避免两者出现割裂。

（二）过程设计环节

1.资源设计

为学生设计适合的学习环境，包括教学设备、器材和所需的信息化工具，还需要一些用来支持或指引扩充思维过程的认知工具。另外，还要提供丰富的学习资源与工具，教师要了解学习问题的所有细节，储备必要的相关知识；在解决问题的过程中，学生需要查阅相关信息；强化练习、巩固拓展的学习材料等。

2.学习支架

典型的支架包括情境型支架、问题型支架、实验型支架、信息型支架、知识型支架、程序型支架、策略型支架、范例型支架、训练性支架等。不同类型和功能的支架，不仅能帮助学生经历有经验的学习者（如教师、专家等）的思维过程，增强学生对一些隐性知识的理解与体悟；还能够提高学生的能力水平以达到任务要求，当学生不能独立完成任务时，为其提供支持，助其获得成功，从而挖掘自身的潜在发展空间，收获更大的进步。

3.探究活动

有效的STEM 项目，关键在于设计有效的探究活动，提高学习效率，促进知识内化。这就要求教师基于教学目标，围绕教学内容，进行教学情境和学习活动的设计，带领学生在活动中学习。但是，教学模式不同，教学环节的设计也有所差异，尤其是活动步骤和阶段任务都需要做相应的调整。

（三）评价设计环节

1.项目评价

STEM 课程的评价方式比传统的纸笔测试更加灵活多样，强调形成性评价和过程性评价、自评与他评等不同评价方式的结合，对学生在学习过程中，呈现的学习态度、兴趣点、参与度、任务完成度，以及学生的作品等进行多方面评估。我们可以通过知识和能力的雷达图来展示评价设计。

图2 雷达图

2.总结拓展

教学总结可以由教师独立完成，也可以在教师指导下，由学生分小组进行合作汇报。目的是促进学习者将零散的知识系统化，帮助学生梳理知识结构、促进知识内化。最后，教师根据学生小组评价和自我评价的结果，提供补充学习材料和拓展性、强化类的练习，供学生自主选择，借助有针对性的学习材料和巩固练习，对学生学习过程中产生的片面认识或错误理解进行完善和调整，从而确保教学目标的达成。

3.完善优化

为实现项目的不断改进与优化，不仅要规范执行既定的教学方案，进行项目实施，也要基于灵活、开放的原则，根据实际教学条件和形成性评价的反馈，对教学方案进行调整。在不断完善中优化方案，最终促成创新作品的达成。

STEM 课程的核心特点，是基于问题情境的跨学科探究。如何发现问题，如何联系实际、围绕问题，设计具体项目来分析与解决问题，关键在于融合各学科知识，引导跨学科的思维。因此，正确认识STEM 融合相关学科知识的特征，设计跨学科的STEM 课程主题内容系列等，是成功开展STEM 教育的关键。