刍议STEM项目量规的双维设计

万嵩海

中小學STEM教育往往以项目学习的形式展开，它通常要求学生以小组合作的方式来共同达成某个来自真实情境的较为复杂的任务。对于学生而言，他们将在STEM项目学习过程中，把任务转化为各种明确的达成标准，并通过不断解决标准所指向的若干难题，最终以完整的产品来考量自己对STEM所涉及的各个领域的知识掌握、应用与联结情况。对于教师而言，他们要帮助学生建构用于评估产品以及实践过程是否达成预期目标的项目量规，并引导学生在量规支持下开展项目学习活动，从而深化学生对学科内和学科间的知识理解和联结，以及在项目学习中的参与度和在团队中的表现。STEM教育的愿景及其发展趋势，决定了STEM项目需要有产品达成度量规和实践参与度量规的共同支持。

产品达成度量规的设计

产品达成度量规，是指经由STEM项目学习而产生的实物化产品所需满足的各种限制与各项标准。比如，产品需要具有何种功能，产品必须具备何种结构，材料使用有何限定，对产品安全性、实用性、美观度有何要求等。

案例《建高塔》

任务：以小组为单位，用给定的材料制作一个不低于1.4米的高塔（底部不能粘在桌面上），要求高塔必须保证站立并能抵御一定强度的风力。尽量节省材料的成本，看哪个组设计的作品能达到物美价廉的平衡。

实际上，STEM项目学习的任务是产品达成度量规的综合表达。为了有效地提升学生的实践能力，任务必须与相关学科建立联结，并具备一定的挑战性。当我们深入思考学科联结点和任务挑战点时，就会逐渐形成用于评估各点达成度的指标。因此，教师在构建一个STEM项目时，首先要考虑该项目在不同学科领域中所要达成的一系列的目标。比如，案例《建高塔》中与各学科相联结的目标分别是：

科学：知道上轻下重、上小下大的物体不容易倒。

技术：在设计和建造高塔中合理使用框架结构。

工程：使用工程迭代过程来设计、建造、测试高塔。

数学：测量高塔的高度，核算所使用的材料成本。

艺术：在设计与建造过程中，考虑高塔造型与结构的美观。

为了让学生在设计与建造高塔的过程中发挥自主性与创造性，教师接下来需要考虑的是如何用明确的量规来帮助学生达成这些与学科相联结的目标。上述目标中，“不容易倒”是高塔稳定性的外在表现，稳定性是指高塔在自身重力以及外力作用下保持其原有形状与结构的能力。为了帮助学生有效利用学科知识与概念，教师应该引导学生思考“怎样的形状与结构具有稳定性”“如何检测高塔的稳定性”，于是便形成了指向高塔“稳定性”达成度的评估指标——产品结构性量规和产品功能性量规。

产品结构性量规，主要考量学生在产品设计过程中能否充分利用已有知识来设计有用的结构以实现产品的既定功能，并帮助学生在产品性能检测中根据测试结果来反思、校正产品的结构设计。在案例《建高塔》中，产品结构性量规有“在设计中考虑到增强高塔稳定性的外形与结构”“塔的高度不低于1.4米”。

产品功能性量规，主要评估学生的实物化产品在性能检测中能否满足既定的功能，并帮助学生反思产品结构中的冗余设计与容错设计（表1中的“使用多种结构来增强高塔的稳定性”属于冗余设计，“可以搬动”属于容错设计）。在案例《建高塔》中，产品功能性量规是“高塔能够抵御一定强度的风力”。

同理，教师可以为各学科联结目标设计出相应的产品达成度量规。

需要说明的是：（1）表1所示的产品达成度量规仅用于支持相应的观点，而非该项目量规的最优化设计;（2）教师在进行STEM项目设计时，产品达成度量规和项目任务需要相互印证，同步调整;（3）教师在开展STEM项目教学时，产品达成度量规并不是紧随“任务聚焦”直接呈现，而是需要引导学生根据任务开展指向产品达成度量规的“头脑风暴”，从而共同研制出一套用于评估产品效果的标准;（4）形成共识后的产品达成度量规，应该出现在“方案设计”环节之前，并以可见的方式贯穿在后续的各个迭代环节之中。

实践参与度量规的设计

实践参与度量规，是指衡量学生个体及其团队在卷入STEM项目学习时的参与深度和参与广度的各项标准。比如，学生在方案设计、产品展示等环节中分别需要达到怎样的要求，他们在项目学习中的分工合作、个人贡献应该具有何种表现等。

上文所述的产品达成度量规，更多的是针对产品本身的结果性评估，由于产品的个体独特性，因此每一种产品的达成度量规都会有较大差异，需要“一案一设计”。而实践参与度量规，是对学生参与STEM项目各环节的过程性评估，考虑到项目学习过程的共通性，因此参与度量规的差异并不显著，甚至在一定程度上可以实现通用。比如，我们可以为《鸡蛋保护器》《桥》《建高塔》等案例设计出如下的实践参与度量规（见表2）。

若对表2所示的“实践参与度量规”详加分析，不难发现涉及方案设计、产品制作、修正完善、展示交流的量规主要衡量学生在项目各环节中的参与深度，以帮助他们深入体验工程实践过程。而涉及分工合作、个人贡献等方面的量规，主要考量学生在项目学习中的参与广度，以帮助他们认识并提升其在团队中的价值。

尽管表2所示的实践参与度量规具有共通性，但并不意味着它通用于各个年龄段的学生。《义务教育小学科学课程标准》指出，工程设计在不同年段有学习进阶，如“1—2年级：利用提供的材料和工具，通过口述、图示等方式表达自己的设计与想法，并完成任务;对自己和他人的作品提出改进建议……5—6年级：根据设计意图，分析可利用的资源;简单评估完成一个产品或系统的可行性，预想使用效果;从经济效益、社会效益、环境效益等方面评价某个工程设计，并提出改进和完善建议”。因此，教师在设计STEM项目学习参与度量规时，需要充分考虑到工程设计乃至STEM实践活动的进阶性。