依托专业社群的跨学科课程设计与实施——以STEM教育专业社群为例

王 子

一般而言，高中教师在校内参与的团队活动，大多是被组织、被安排的以学科组为单位的教研活动，同一学科组内教师专业背景、学科知识往往单一而雷同。随着STEM 教育在教学一线的深入探究和开展，科学、技术、工程和数学学科变得越来越一体化，单一学科教师对STEM 教育的研究与实践有着明显的局限性。江苏省锡山高级中学（以下简称“锡山高中”）于2014 年启动了“想象·创造”课程基地建设，以“融艺术与科学，在想象中创造”为主题，构建STEM 课程体系。在这样的背景下，STEM 教育专业社群以去行政化的组织方式，于2016 年的秋季学期成立，现在该社群主要成员是锡山高中研创式大任务课程的授课教师，他们来自不同学科，在STEM 课程开发方面都有自己独到的经验。

一、突出能力目标，跨学科融合开发课程

如何构建适合高中生的STEM 课程，是我们社群内成员一直在思考和着力解决的问题。我们牢记STEM 课程必须突出“能力目标”，以项目任务为课程内容的主要载体，以“动手做事”来训练学生的问题解决能力。首先，兴趣是最好的老师，课程设置必须类型多样，满足不同兴趣和职业倾向的学生；其次，生涯规划和生涯指导是高中阶段非常重要的事情，必须面向专业大类建构我们的课程体系，让学生在这样的课程中体验大学专业大类，判断其人生方向是否适合此路径发展；第三，将新的科学技术成就和成果及时引入课堂，让学生在课程中提早接触高精尖的技术。这一点对于学生未来的人生发展也是善莫大焉。

目前长期自主参与社群活动的是来自5 个学科的12 位教师，都有任教校本课程和研究性课程的经验。全体社群成员研读新版课程标准，围绕课程核心素养，以计算机技术为支撑，调查学生的课程需求、分析社会的课程期待，结合本校和本地区实际情况，在历时5 年的校本化实践基础之上，萃取技术、理化生学科、艺术学科核心内容，围绕学科大概念，融合学科课程，先后开发了10 多个项目课程，社群成员在自己的课程领域逐渐有了话语权。如化学学科张晶老师开发的“染整工艺的探究与实践”课程，在课程实践中，学生将体验类似研究生学习阶段的课题研究过程，利用染整技术实现对织物的化学重塑，学生全程参与课题的拟定、实验探究、性能测试；美术学科的朱海莲老师开发的“工业设计基础”课程，要求通过具体主题演讲、物品观察、理论文献阅读及实际物品的设计等手法培养学生的思考能力、动手能力、创新能力和团队协作能力。

二、利用社会资源，产学研育一体化，提高课程质量

如何评价一门STEM 课程的好坏？我们觉得，学生能够发自内心地喜欢课程内的项目、任务和工作，兴高采烈地跟随教师去完成这些任务，在这个过程中锻炼解决问题的能力，同时学到相关的专业知识，练出自学的能力、竞争和协作的能力、创新创造的能力以及知识应用的能力，在完成项目的过程中获得实际成果，获得成就感和自信心，［1］这可以作为判断优秀STEM课程的标准和依据。在STEM 课程实施过程中，社群内的教师也逐渐发现了很多的问题。例如：学生在解决项目问题期间，经常会遇到很多专业知识、高新技术问题，虽然社群内有很多具备钻研精神的年轻教师，但在处理一些专业问题上还是力不从心；STEM 课程中的很多项目涉及物化生实验，而高中的实验室远远不能满足学生的需要。软硬件的限制使得很多课程不能如愿形成项目成果，从而削减了学生的积极性和完成项目的信心。

为了解决这些问题，提升课程质量，社群内多次组织研讨，形成了如下解决方案：社群内刚毕业不久的年轻教师与自己所毕业的高校联系还比较密切，他们可以与自己的导师和未毕业的师弟师妹建立联系，从两个学校的层面开展“双高”合作，将高校的优质课程、专业师资吸引到高中来，并且已有部分学生在高校实验室开展相关的实验。前文提到的社群内教师开发的“染整工艺的探究与实践”是与江南大学、东华大学合作开发；工业设计基础课程是与江南大学和新南威尔士大学合作开发的。社群内理工科院校毕业的教师，其同学有一部分在科研院所工作，如无锡量子感知研究所、702 所以及华中科技大学无锡研究院等，与科研院所建立联系，定期组织学生前往参观，了解其科研过程，设立学生校外课程实践基地，在基地内有专业人员对学生进行指导，能够在课程中创设一种学术氛围和探索研究的环境。此外，学校还利用本地高精尖的企业资源，如学校所处的惠山区软件园内的石墨烯企业、威孚力达催化净化器公司等，帮助学生与企业内的专业工程师建立联系，学生围绕研究的项目课题，理论结合社会实际，为解决项目问题打开新的思路。形成高中学校教育和高等院校、科研院所、相关企业等三者有机结合起来的产学研育一体化育人模式，充分利用校外教育资源，帮助社群内教师和校外教育力量进行联系，相对STEM 专业社群这个紧密的校内团体，形成校外的松散型团体，内外通力合作，打造高质量的STEM 课程。

三、注重综合素养，教学、科研两手抓，提升教师专业发展

我校高品质高中的建设，对教师的专业水平提出了新的更高的要求。教师的专业知识和能力构成发生了变化，他们不仅需要具备所授学科知识、教育科学知识、儿童研究和信息技术等方面的知识，还要具有跨学科教学和合作教学的能力，具备指导综合项目的能力，这就需要教师综合素养的提升。STEM 专业社群作为学科组外的另一个学习阵地，不同学科的教师在专业社群内协作并进，进行STEM 课程典型学习方式的探索，立足课堂教学，探索教师怎么教，学生怎么学，以此提升教师的专业水平。两年一次的省评优课，作为高水准的教学大赛，往年都是由学校组织教师参与选拔。最近的这次，我们通过专业社群内部选拔的形式，让社群内的教师围绕同一课题人人开课、相互听课，课上完后，大家对这节课进行评课，发表各自的看法，提出改进意见，由参加过评优课的教师作为评委最终推选出吕士媛老师参加省赛，后来，吕老师获得了省一等奖的好成绩。社群内，同课异构作为一种教学研讨形式，为大家搭建了一个分享教学经验、探讨教学艺术的平台。无论是执教者还是听课者，都获益良多，此举也有效帮助了社群内教师自觉探索课堂教学模式，逐步形成自身的教学特色。

在教师的职业生涯中，教育科研能力是其专业成长的重要助推。STEM 教育专业社群内大多是来自不同学科的青年教师，亟须提高自身的教科研水平，所以，社群定期开展关于STEM 课程的专业阅读和研究，定期邀请专家进行线上线下讲座和研讨。教师们开展读书交流，聆听教育科学研究所专家关于高中课程活动建设的讲座，邀请教育期刊的编辑就教师如何撰写教科研论文指点迷津，汲取除了本学科专业知识以外的各类知识，拓宽知识广度，提升学术素养。这些活动都促进了社群内教师专业水平的提升，使之能够逐步将新理念、新成果应用到自己的教学实践中，逐渐改变教学方法、教学手段，提高课堂教学效率。在这个过程中，社群内教师总结课堂教法，提炼教学成果，在核心期刊上也发表了较多高质量的学术论文，由他们主持或担任主要成员的各项课题也都在稳步推进或已结题。

四、紧抓课堂教学，在真实问题中改善学生的思维方式

STEM 课程旨在运用科学、技术、工程、数学的能力解决生活中的实际问题，是以活动为基础、以项目为基础和以问题解决为基础的学习。［2］经过社群的研讨，我们总结了三种STEM课程的学习方式，在真实问题解决中提升学生的创造力、实践力、胜任力。

第一，“翻转学做”学习，寻找来源于真实生活的问题，面向学习的结果，边做边学，边创边学，以用致学，学习的内容依问题而调整，探索未知世界，像科学家一样做研究，重点发展创造力。

第二，“劳动实践”学习，将课程与劳动教育相结合，在校内挖掘资源，设立了10 多个劳动岗，让学生像工程师一样创新实践，在真实劳动中提升实践力。

第三，“项目孵化”学习。项目式的学习起始于2012 年，我们在不断完善这种学习方式，让学生观察生活，开展调研，寻找创新创业方向，经历企业项目孵化全流程。学校设立了创业风投基金，组织创客路演、科创产品拍卖会，让学生在虚拟创业中像企业家一样经营，重点形成胜任力。

在课程中，为了使学生形成一套完整的解决问题的思维方式，从发现生活中的问题，到最终解决问题，项目进行过程中信息的收集、方案的设计与实施及优化评价，每一个步骤都由学生自己去了解并把握整个过程及每一个环节中的基本要求。授课教师以青少年科技创新大赛、学校创客嘉年华活动等为契机，运用“课赛结合”模式，以赛促学，以赛促教，学生在创新创造中发现问题，并遵从工程设计的专业流程解决问题。由于高中生的知识储备较少，动手能力也偏弱，从发现问题到形成送赛作品，专业社群的教师在这其中的作用不可小觑。以青少年科技创新大赛为例，一件优秀的发明创造工程设计类参赛作品涉及的领域众多，包括结构设计、外观设计、程序设计等，都不是一位同学或教师能独立完成的，需要跨学科的专业知识指导，并与同伴协作完成。

2020 开源软硬件课程班的一位同学发现，每到雨季，校园内总有一段时间形成内涝，学校对这一问题屡次试图解决也没能完全杜绝。他对这个问题十分感兴趣，自己也做了实地考察，最终发现是传统的开放式的下水口存在弊端，经常会被落叶或者杂物堵住，也许这不是内涝形成的主要原因，但他在和我商量后，确定自己的项目为“智能下水口的设计与制作”。预期效果是：非雨天，下水口处于关闭状态；一旦下雨，下水口自动打开下水。开始设计解决方案了，经过大量的资料搜集，他认为下水口数量庞大，不可能给其供电或连接智能控制设备，所以采用物理控制的方式，使用百叶窗的叶片结构，因不同的需要实现自动开合。他设想，叶片平时关闭；雨天接触到雨水，叶片吸水，重量发生变化，叶片自动打开；待晴天叶片风干后，又自动关闭。这个项目既涉及材料学，又涉及力学，作为一名通用技术教师，我感觉力有不逮，在指导学生画好设计图纸后，我邀请专业社群的校内教师和校外工程师对学生进行指导。学生和化学教师探讨用哪种材料比较合适，与物理教师一起对叶片进行受力分析，在专业结构工程师的指导下，最终形成了智能下水口的基础原型。

如上所述，课程中同一项目由多名教师协同指导，教师之间互相补充配合，共同呈现完成该项目所需要的学科知识的整体面貌，帮助学生形成系统性的认知。在完成项目的过程中，学生获奖人次逐年稳步提升，学生作品的科技含量也越来越高，各类比赛成果丰硕，学生的创新能力、问题解决能力和团队合作能力以及探索精神等都得到很大的提升。

新冠肺炎疫情期间，我们STEM 教育专业社群的活动多在微信群或腾讯会议中交流。不同于其他类型的专业社群，STEM 专业社群的教师还需加强线下的实战培训活动。社群也会积极听取群内不同的专业知识需求，定期组织跨学科的专业培训，提升社群成员的综合素养，从而促使群员成长为专业而能力多元的新时代教师。