技术背景下基于STEM理念的实操类课程研究

韩婧

摘  要 以某高校掌控板课程为例，开展技术背景下基于STEM理念的实操类课程研究，强调创新思维和工程意识的塑造，立足于实践能力和理论联系实际能力的培养，并在多元过程性评价体系的支持下进一步激发学生的学习兴趣，增强课程教学效果。

关键词 STEM;T-STEM实操类课程;混合式教学;多元过程性评价体系;在线教学平台;掌控板

中图分类号：G434    文献标识码：B

文章編号：1671-489X（2021）05-0007-03

1 问题提出

STEM作为一种新的教育理念，强调科学、技术、工程和数学四个学科间的深度融合[1]，本质上是培养学习者解决问题的能力和实践能力。STEM理念旨在以在实际生活中遇到的问题为引子，产生解决问题的项目或实践活动，让学生在整个操作过程中体验到实践的乐趣[2]。实操类教学对高素质的创新型人才培养起着无法替代的作用，与STEM教育理念有着良好的契合度，两者有着相同的目标，并在过程中相互补充。

技术背景下基于STEM理念的实操类课程（以下简称为“T-STEM实操类课程”）顺应了当今教育改革的方向，注重还原项目运行的过程，实践教学是其中的重要教学方式。但对于实践教学来说，由于课堂的主动权和控制权从教师手中落到了学生手中，导致教学难度被大幅度放大。教学评价体系是保证实践教学质量的重要措施之一，对规范实践教学管理和提高实践教学质量具有重要意义[3]。因此，多元过程性评价体系在模型中起到重要作用。

2 相关概念

实操类教学  实验教学不同于一般教学，教学重点不是知识的讲授，而是知识的理解和应用[4]。当前实验教学界定过于宽泛，不利于教师根据实际教学情境具有针对性地选择合适的教学策略。实验教学根据实施意图的不同，可进一步细分为两类，如图1所示。实操类教学的关键是“应用”，是注重以实际操作为载体来促进知识运用和创新的教学模式，最后的落脚点是个性化的产品。此种模式重在培养把现有知识灵活运用到实际生活中的能力。因此，是否可以促进学生的知识运用和创新能力是决定实操类教学质量的重中之重。

教学评价  教学评价是以教学目标为依据，制定科学的标准，运用一切有效的技术手段，对教学过程及其结果进行测定、衡量并给予价值判断的过程[5]。教学评价是教学的重要环节，是对教学效果的基本判断，为教学活动更有效地开展提供基本的依据[6]。在评价功能方面，当前教学评价更强调两方面。一是评价过程重学生发展而轻甄别功能，多做纵向比较而少做或不做横向比较，通过评价结果使学生发现自身各方面的问题，激励学生进一步学习。二是评价过程重激发学生的思考而轻知识的简单重复。美国斯坦福大学指出应培养学生建立知识与技能之间联系的能力，让学生的知识和技能适应新的环境，以及让他们准备好直面难以预测的挑战[7]。在信息化时代，获取知识十分方便，这使得学习能力和探究能力才是制胜的关键。在评价取向方面，当前的教学评价更为强调过程取向的评价。在评价方法和工具的发展上，随着评价取向、评价功能的发展，与之相配套、相适应的新评价方法和工具应运而生，包括绩效评价、电子化评价等。

3 T-STEM实操类课程

在技术（Technology）支持背景下，可以更好地记录教学的全过程，促进教师与学生反思，一定程度上提高教学质量。STEM理念的加入，重新建构了实操类教学的结构。STEM理念包括科学（S）、技术（T）、工程（E）、数学（M）四个学科思想：科学是认识世界、解释自然界的客观规律的学科，也是其他三个学科思想的基础支持;技术和工程是注重过程和实践的学科，在结构中以主线思路的形式存在;数学学科是基础和功能性的学科，在所有学科中，数学知识、数学思想和数学思维都是不可或缺的，因而以工具的形式存在。结合教学实践，笔者提出T-STEM实操类教学模型，由总体教学方式（混合式教学）、教学过程（创设情境、工程设计、探究学习、知识拓展）、多元过程性评价体系三个部分组成，如图2所示。

T-STEM实操类教学模型注重通过技术提高教学效率，因而总体教学方式采取混合式教学模式，借助技术手段方便教育大数据的收集和统计分析，提高教学效率。一般需要借助在线学习支持平台，在教学实施过程中，第一阶段是创设情境，情境应在科学（S）的指导下以科学性的问题为线索，驱动课程的开展，促进产品的形成。第二阶段是工程设计和探究学习，是教学实施过程中的重点，顺序可根据课程情况进行选择。在工程设计中，应以技术（T）和工程（E）为指导，以工程思维为主线，注重实践能力的培养，主要回答“如何做”的问题。在探究学习中，应以数学（M）为指导，在学习理论知识的过程中注重数学思想的应用和思维培养，建立知识网络，提高学生的逻辑思维能力和探究创造能力，主要回答“如何学”的问题。第三阶段是知识拓展，重点是总结提升，综合之前的知识并进行创新拓展，产出最终的作品。多元过程性评价体系在T-STEM实操类教学模型中的作用是对教学过程进行评价反馈，监督教学过程。评价体系的核心是通过激发学生的学习兴趣，降低挫败感，从而提高学生的实际操作能力。

基于T-STEM实操类教学模型进行课程设计时，根据课程进行的过程在横向可分为课程准备期、课程开展期、课程总结期三个阶段，其中课程开展期又可分为课前、课中、课后三个阶段;根据教学行为的主体不同，在纵向可分为教师行为、学生行为两种行为，如图3所示。

在课程准备期，教师进行课程设计安排并准备适当的适应材料（背景材料、相关微课等教学资料），帮助学生尽早完成课程适应，便于后续课程的开展。在课前阶段，教师创设情境，并根据上次课的重点内容设计课前小测;学生根据教师上传的内容进行自主预习，提前对课程内容有大致了解，并在课前完成课前小测。在课中阶段，教师首先进行理论讲授，并依托线上平台适时提问，及时了解全班学生对于所讲知识点的理解程度，进而调整教学;安排合适的学习任务，并在学生进行课中任务时给予适当的指导，指导重在启发，一步一步地引导学生自己找到解决的路径，强化学生解决问题的能力。在课后阶段，教师布置相关拓展任务，让学生通过复习完成任务，在遇到问题时可向教师或其他学生请教，根据学生提问或讨论情况安排答疑，帮助学生完成任务;完成后，学生上传对应成果进行共享，教师对学生所有成果进行整理，方便评价和学生间相互学习。在课程总结期，学生根据所学产出创意作品，教师根据作品进行点评总结。

4 多元过程性评价体系

如图4所示，多元过程性评价体系根据内部功能的不同分为四部分：评价方法体系、评价工具群、指标体系、评价结果输出工具。其中，评价方法体系是指整个实操类教学综合评价体系中所需要的评价方式：电子化评价优势在于评价的结果可以及时反馈给教师和学生，便于教师及时改进教学;标准参照测量是一种根据学生表现选择合适等级或成绩的评价方法，优势在于评价标准具體而全面;绩效评价是在评价过程中让学生分享进行一个项目过程的信息，包括遇到的困难、如何解决、获得什么收获等。评价工具群是指整个实操类教学综合评价体系中的评价载体：在线教学平台是进行电子化评价的平台，如雨课堂、师星学堂等平台;学生形成性表现记录表是一系列过程性记录表的集合，详细的记录表可全面记录学生整个学习过程，全面的评价数据可促使教学评价更为客观准确。指标体系主要包括评价标准、指标权重：指标体系中标准的制定和权重设计可根据实际情况进行适当修改，以保证评价的灵活性和适应性。评价结果输出工具是最后成绩输出的工具，也是承载数据的平台。对于平台来说，其应该具有直观的数据统计能力、良好的数据计算能力、方便操作的界面。

多元过程性评价体系的运行过程也按照程准备期、课程开展期和课程总结期三阶段进行。在课程准备期，设计学生形成性表现记录表和指标体系，并提前对整体课程进行规划。首先，确定学生形成性表现记录表内部包含的表单，设计时应充分考虑小组合作的形式。其次，确定等级评定的具体方法，即共有几个等级，每个等级包括哪些标准，如何界定达到某种标准等问题。确定权重是确定各个表单重要程度的一种手段。在课程开展期进行过程性评价，主要包括电子化评价和标准参照测量。常用的线上教学平台有Blackboard、雨课堂、师星学堂等。进行标准参照测量时，使用课前设计的学生形成性表现记录表作为载体。在课程总结期，使用绩效评价进行期末项目评价并生成综合评价成绩。评价期末项目不只是评价一个单纯的产品，而最重要的是评价这个产品从构思到制作、再从遇到问题到解决问题的过程，从而检验学生理论知识的学习情况、理论与实践相结合的情况。生成综合评价成绩也在课程总结期进行，即给予学生整个学习的学习情况报告。教师根据计算所得的成绩进行反馈，让学生了解自己的学习情况，教师也据此调整未来的教学安排。

5 应用案例分析

为具体阐述说明，笔者在课程开展期以某高校掌控板课程第二章“机器感知：更懂花的花盆”为例进行具体介绍。在线学习支持平台主要使用雨课堂。

课程准备期  在准备期应对课程整体进行规划，制作多媒体课件;进行分组，两人一组。课前准备电脑（安装Mind+软件）、笔和笔记本（课堂上答题和画图用）、掌控板套件工具箱。根据课程的安排设计学生形成性表现记录表和评价体系。

课程开展期  教师以市场上现有的智能花盆为例进行情境导入，讲解智能花盆功能实现所需传感器和程序设计思路。课前小测使用雨课堂平台完成。教师把设计好的课前小测题目的链接发送到微信群中，在学生完成测试后，可直接查看学生各题目的正确率。

课上实验为使用土壤湿度传感器连通掌控板制作简易智能提示浇水的花盆。在进行评价时，教师根据学生完成速度、质量等因素进行判断，对完成迅速且质量高的小组给予高等级的评价，激励其进一步学习。同时，学生在遇到问题或理解出现偏差时，教师及时进行指导，使其可以顺利完成学习任务。

课后教师上传课件和拓展资料至雨课堂，拓展实验为在现有实验的基础上加上环境光传感器和LED灯组，丰富智能花盆功能。教师根据学生在课后进行拓展实验的反馈进行针对性指导，学生也可继续进行拓展，添加更多的传感器模块。

课程总结期  在课程总结期主要采取现场汇报的形式进行。汇报时，学生展示项目设计思路、分享制作过程和进行成品演示，主要讲述设计思路和遇到问题、解决问题的过程，教师从该过程中评价学生的实践能力和创新能力。教师和学生根据汇报、成品和效果进行评价。

6 结语

本文首要区分了实操类教学与实验教学的区别和联系，接着阐述了T-STEM实操类教学模型组成，即总体教学方式（混合式教学）、教学过程和多元过程性评价体系，并基于T-STEM实操类教学模型进行课程设计，随后对多元过程性评价体系的组成和设计进行阐述。本文所设计的T-STEM实操类课程将会在更多高校及更多实操类课程的实践中进一步验证和完善。

参考文献

[1]陈晓慧，徐彬，张哲，等.STEM教育研究与实践的理念与路径：访不列颠哥伦比亚大学科学教育专家Samson Nashon教授[J].中国电化教育，2019（4）：1-4，22.

[2]赵呈领，申静洁，蒋志辉.一种整合创客和STEM的教学模型建构研究[J].电化教育研究，2018（9）：81-87.

[3]杨瑞军.实践教学评价体系的研究[J].机械管理开发，2010（4）：158，161.

[4]张颖，刘军山，宋岩，等.基于实验课程基本要素研究的教学设计[J].实验技术与管理，2017（S1）：103-105，118.

[5]何克抗，林君芬，张文兰.教学系统设计[M].北京：高等教育出版社，2006：153-154.

[6]牛瑞雪.教学评价研究40年回顾、反思与展望[J].课程·教材·教法，2018（11）：60-66.

[7]The Aims of a Stanford Education[EB/OL].（2017-09-01）[2020-09-03].https：//wasc.stanford.edu/content/aimsstanford-education.