面向核心素养培养的中学STEAM课程构建及实践

宗 艳

（深圳市罗湖区教育科学研究院，广东深圳 518001）

当今教育，要以培养适应未来的创新型人才为目标，而核心素养正是以培养“全面发展的人”为目标而产生的概念。核心素养是当前教育高质量发展的重要理念之一，也是新时代课程改革的关键点，它深刻影响着现代课程体系的构建[1]。STEAM教育以关键能力培养为核心，STEAM课程基于塑造学生必备品格和关键能力而设计，因此，STEAM课程体系也可以称为是素养本位的课程体系。理解核心素养的内涵，探索面向核心素养的STEAM课程构建，对当前学校的STEAM教学实践具有积极意义。

一、核心素养的内涵

对核心素养的研究由来已久，各个国家和组织的研究框架都指向21世纪信息时代人们对生活、工作以及自我实现的特点和需求[2]。2016年，中国发布了学生发展核心素养研究成果，包括自主发展、文化基础和社会参与三个方面，进一步细化为责任担当、实践创新、学会学习、健康生活、人文底蕴和科学精神6大素养[3]。核心素养的意义范畴比“知识+技能”更加广泛，既包括传统理念中的知识、技能，又包括态度、价值观以及情感[4]，是人适应未来信息时代需求、解决复杂问题的高级能力与人性能力。

二、面向核心素养培养的STEAM课程构建原则

STEAM教育是学科广泛、内容复杂、专业度极高的教育体系，尤其在新技术、新理念层出不穷的今天，每一个研究项目，都需要大量的理论知识和试验验证作为支撑，构建一套系统性的STEAM课程体系，对任何一个基础教育阶段的学校来说，都是非常有挑战性的。通过对2019年联合国教科文组织的第30号报告《探索21世纪STEM能力》的深度理解，可以得到课程的设计框架：STEAM教育要基于真实问题，以能力为本，深度融合科学、技术、工程、艺术、数学学科知识，并将五个学科的知识与技能统筹运用[5]。由此梳理出面向核心素养的STEAM课程构建需要遵循的原则：

（一）营造真实情境，以任务为载体设计STEAM教学单元，推进社会参与

按照建构主义理论，学生在真实情景中完成基于任务的学习，能够使知识与技能在具体的单元学习中连接，获得成功的学习效果。以任务为载体的教学活动要运用多种学习方式，例如合作学习、探究性学习等等，这些学习方式促使学生的注意力更加集中、教师的指导更明确，助力学生知识、技能、态度三方面的能力培养，使学生领悟责任担当、实践创新的意义，推进学生的社会参与度。

STEAM课程体系框架由知识模块建构，面对不同的任务目标需要设置不同的知识点构成的课程。根据布鲁姆教学目标分类模型的划分，把教学目标由简单到复杂进行排序，然后确定目标之间的连接关系。采用目标邻接矩阵分析，得出STEAM课程目标层级有向图，进而构建出课程目标结构[6]。基于此，将目标按照层级分派到各个教学主题，依次完成主题单元教学，能使课程安排更加科学、合理。

（二）利用信息技术自主合作认知，促进自主发展

STEAM教育需要在真实情境里、运用信息技术开展教学实践[7]，让学生有足够的真实体验，才能使理解得以自主发展。在多个学科融合、信息技术支持的综合学习环境，STEAM教育才能够打破学科边界，让学生运用多个学科知识综合解决问题，有助于学生学会学习、健康生活的养成，为STEAM课程体系的构建提供利于学生自主发展的上升空间。

（三）以学科知识融合为基础构建STEAM单元教学内容，提升文化基础

以学科融合知识为基础是STEAM教育的核心[8]。STEAM知识的框架由多个知识点构成，这些知识点连接不同学科领域的学习内容，通过知识点的连接构建出STEAM单元课程的结构。

STEAM教育理念的课程体系至少包含五个学科的知识点，教育活动跨越学科界限、彼此融合，学生在真实情景中的学习实践，必须连接碎片化知识点的知识与技能，并在教师的引导下，运用认知技能、计算思维、创新技能、动手能力、协作能力开展学习[9]。通过对各知识点的学习，学生能够提高自身综合实践能力，充实文化底蕴、培养科学精神。

三、面向核心素养培养的中学STEAM课程设计

（一）面向核心素养培养的课程特征分析

1.课程的设置是跨学科、多层次的

STEAM课程体系具有跨学科、多层次的特点[10]。STEAM知识框架由不同学科的知识点构成，这些知识点连接起来构成STEAM课程体系。从层次上看，课程涵盖了STEAM教育目标下常见的平台，以及更高阶STEAM教育目标硬件平台的支持。

2.适用于不同知识背景的学习者

STEAM教育将不同认知水平的学习者纳入到不同阶段的课程之中。通过课程实践项目中难度的差异化设计，以及解决问题所用到的不同层次知识和技术工具，形成对STEAM素养的不同要求，为学习者对差异化STEAM课程选择提供依据。

3.充分运用现代教育技术

STEAM课程设计运用视频、音频、工具等现代教育技术媒介、方法，学生能够充分利用课程资源进行学习。在STEAM课程体系内，几乎所有课程都有内容完整的课程资源包，包括教学视频、原理演示、活动指导手册、评价量表等。一些专题学习网站还将所开发出的各种课程资源发布在网络上，方便学生自学。

（二）面向核心素养培养的STEAM课程体系设计

1.课程模块设计

基于面向核心素养培养的STEAM课程编制原则，结合中学生的知识水平和发展能力，经过初步的教学实践探索，笔者提出一个面向核心素养培养的具有普适特性的中学STEAM课程体系（如表1）。

表1 面向核心素养培养的中学STEAM课程体系范例

2.课程特征分析

（1）课程内容

分成基础知识、深入学习课程、创新思维进阶三部分，通过各知识点的学习，注重加强学生的文化基础、促进学生自主发展，同时培养学生的社会参与意识。

基础知识包括单学科、跨学科知识，以及项目管理工具的运用，同时还有项目软硬件系统的基础性实践。

深入学习课程主要包括人工智能、物联网、机械、电子、计算机等学科知识与应用技术，例如电机控制、传感器、计算机程序设计、开源电子、工程制图、3D打印等。

创新思维进阶主要包括头脑风暴法、多维列举法等激发创新思维的方法训练，以及PBL项目管理课程。

（2）内容上突出各教学主题间的有机联系

每个教学主题内部并不孤立，各教学主题之间的内容环环相扣、有机联系到一起。学生从基础课程的实践开始，通过深入学习探究，逐步走向极具创新思维的跨学科、综合性的开发领域。

3.课程教学实践效果

该课程在深圳翠园中学等3所中学进行小组教学实践。实践表明，该课程项目设置合理有趣，教师教学过程顺利有可操作性，教学对象能以小组方式顺利完成各单元教学任务，并取得优秀成绩：所有项目学习小组的作品均在“萌芽赛道”或省市级青少年科技创新大赛中奖项，获奖率百分之百。

四、面向核心素养培养的中学STEAM教学单元编制及教学实践个案

（一）课程活动实践

1.单元目标设计

STEAM课程教学实践首先要确定教学目标（任务），根据目标分解为不同的知识模块来设置对应的单元课程[11]。教学目标的设立有利于学生文化基础、自主发展的培养，基于目标的教学实践有利于学生更多的社会参与。

根据表1的普适性课程体系，可以编制单元教学内容：设计单元任务目标、构建单元知识点及单元内容。以翠园中学“智能防烫伤安全餐具”单元项目为例，基于任务目标的各环节所需的知识、技能列出表格如表2，用任务分析法提取目标，整理目标间的层级关系，为STEAM课程构建提供依据。

表2 “智能防烫伤安全餐具”单元所需知识、技能模块分析

2.单元内容设置

分析表2的任务安排，根据任务元素的提取设计教学目标，以目标为导向设计单元课程内容，让学习活动按照正确的方向前进。首先确定制作、完善“智能防烫伤安全餐具”作品为总任务，围绕这一总任务进行决策与分析，将“产品外观设计”“软硬件功能开发”“样机制作及展示”设定为大目标，依据目标层级确定多个主题课程内容。“产品外观设计”内容包括：手绘、二维及三维设计软件、图片处理与编辑、工程结构设计，“软硬件功能开发”内容包括：开源电子、控制程序设计、整体硬件的测试、修改，“样机制作及展示”内容包括：焊接、摄影及剪辑、信息检索分析、演讲等。

3.单元教学实施及教学评价

以教学目标、教学内容为指导，运用一定的教学策略来促进对“智能防烫伤安全餐具”主题的学习。针对不同的单元课程内容，引用合作学习、基于问题等教学法，促进学习者在各个主题的学习；针对教学目标，选用量表、任务单等方式进行评价。

（二）STEAM单元课程实践应用效果

基于中学普适性课程体系在翠园中学等3所中学进行小组单元教学实践，各小组项目均完成顺利，并取得优异成绩：“智能防烫伤安全餐具”“自动飞行救生圈”项目获得2020年“萌芽赛道”创新潜力奖，“大型建筑人群动态引导与疏散的多算法选择模型”、“新型多关节蠕虫运动仿生机器人”项目均获得广东省青少年科技创新大赛二等奖及深圳市赛一等奖。

同时，课程研究从教学实践出发，运用图表分析STEAM课程的教学目标系统，将跨学科的知识点、能力点可视化表达[12]，参与教学实践的教师和学生均表示，通过实践学习已对目标分析、课程内容安排更熟练、更科学，并且，通过任务目标导向的STEAM课程学习，学生的跨学科知识以及多种技能都得到了大幅度提升：

1.学习者掌握了STEAM各方面的知识技能

从课堂观察、任务完成情况来看，所有小组成员都能够顺利完成知识技能的学习，并予以应用。

2.学习者的计算思维有显著提升

对学习者计算思维各维度：创造力、逻辑思维、批判思维、问题解决、合作能力进行检测，结果表明各个方面均值都有明显提升。由于本次实践数据都是基于较优秀学生采集，在后续的研究中将通过增加各层次实验对象来验证数据的代表性。

3.学习者在课程后的STEAM职业兴趣明显增加

经过一个学期的STEAM课程学习，学习者的STEAM职业兴趣显著增加。通过对十名学习者进行问卷调查，结果显示有九名学习者希望将来从事STEAM相关方面的工作，比例高达90%。

五、结语

基于核心素养构建STEAM课程，有助于明确教学目标、教学内容、教学策略，把握整体教育实践方向，促进学生核心素养的养成。本研究从教学实践出发，通过成功的教学案例，明确面向核心素养构建的STEAM课程，能够促进学生知识、技能及态度的培养，助力品格和能力的养成。本课程研究目前还只是面向学校的兴趣小组等较优秀学生，数据采集还不是十分完整、完善，后续将扩大STEAM课程的实施范围，增加各层次实验对象，以获得更加科学、有代表性的实验数据。