面向协作问题解决能力培养的STEAM教学模式研究*

郭佳瑞 周 榕

（陕西师范大学 教育学部，陕西 西安 710062）

一、研究背景

无论是在不同层次的教育环境中，还是在工作场所中，传统的技能发展模式都在发生变化，强调个体拥有传统学业知识外更广泛技能的重要性。同时，市场经济学和心理学表明，21 世纪协作解决问题能力对于实现学业或职业的成功而言是重要技能。当前，教育领域中越来越多的学者试图改变以个体为中心的能力培养模式，探索提升个体协作解决问题技能的新教学方法[1]。协作问题解决能力（Collaborative Problem Solving，CPS）是比个人问题解决能力更有前景的研究领域，前者包括：有效的劳动分工；整合多人知识、观点和经验的能力；以及通过相互反馈改进解决方案的可能性等优势[2]。越来越多的国家，如新加坡和以色列，重视21 世纪关键技能的培养，着手进行课程改革，其中协作解决问题能力是他们主要关注点之一[3]。2017年教育部印发的最新《义务教育小学科学课程标准》倡导，培养学生与同伴交流合作的能力，让学生学会与同伴合作学习[4]。

然而，目前课堂教学活动中主要是通过划分学生为小组成员，利用组内协商、分配任务等互动活动，实现任务的协同解决和协作问题解决能力的培养。研究指出，仅仅把学生分成小组并不能保证他们会形成积极的协作关系，实现协同问题解决[5]。此外，目前协作问题解决教学仍采用传统的评价方式——对任务结果进行评价，难以有效评估协作情境中学生协作行为。因此，本研究试图构建面向协作问题解决能力培养的教学模式，引入新的测评手段以期为协作问题解决能力发展与评估提供新途径。

二、STEAM 教学与培养协作问题解决能力的契合度

首先，协作问题解决能力的获得依赖问题解决的场景，需要由学生在具体真实的情境中运用跨学科知识与技能，通过协作分工以协同完成任务。任务完成过程中需要环境提供各种技术资源支持，如脚手架、思维导图等认知工具帮助学生梳理思路助力讨论，使用白板、话筒等演示工具展示讲解作品。其中，协作问题解决学习过程的关键是学生跨学科知识的迁移应用与小组有效协作，STEAM 教学满足协作问题解决能力培养的环境需求、活动设计与评价支持。

20 世纪90年代，NSF（National Science Foundation）确定STEM 教育对于促进美国经济发展的重要作用。随着STEM 教育运动，STEAM 教育产生，其中“A”代表艺术和人文学科，因为艺术和人文学科能更好地整合学科，鼓励创造力和问题解决，所以STEAM 被认为能更好地吸引学生参与并提供真实的学习体验[6]。Herro 和Quigley[7]提出STEAM 教学，是学生通过项目式学习方式，利用STEAM 多学科知识储备，尝试多途径问题解决的探究方法，使用技术实现设计与创新以协同解决问题的新时代教育方式。STEAM 教学中，教师注重学科之间关联性，巧妙使用多方法组织跨学科STEAM 内容，提出与学生所在地、生活紧密相关的问题，帮助学生组成协作小组以探索和设计开放式问题的解决方案。

可见，STEAM 教学的鲜明特征——一种跨学科协作学习方法，强调从问题出发，通过解决问题的过程，帮助学生实现多学科知识对于解决问题的迁移和应用，对于培养协作问题解决能力具有独特优势。同时，STEAM教学面向真实问题情境与协作问题解决能力及面向未来社会发展理念契合，提供的项目式探究学习环境有助于学生开展积极协作，与教师、同学及时交流想法、分享成果。综上，STEAM 的教育理念与实施路径均非常适合协作问题解决能力的培养。

三、面向协作问题解决能力培养的STEAM 教学模式构建

（一）面向协作问题解决能力培养的STEAM教学模式设计

面向协作问题解决能力培养的STEAM 教学模式设计要从协作问题解决的心理机制出发，遵循教学设计原则，考虑教学系统四要素，整合STEAM 教学内容与协作问题解决特征，聚焦STEAM 教学的问题任务设计。

1.协作问题解决心理机制

协作问题解决过程包括问题识别、问题表征、计划、执行、监控五阶段[8]。首先，问题解决是学习者感知到当前状态和期望目标状态之间的差异，识别差异并制订解决方案，然后试图在给定的情况下采取行动，以实现目标状态的一种活动。活动过程中伴随五阶段心理和行为活动产生，这些活动不一定按顺序发生，甚至并行进行。五阶段过程具体为：第一，自我学习并与小组探讨以明确“问题”，即当前状态和目标状态之间的差异；第二，学习者根据当前自身知识能力水平，确定实现目标状态转换所需步骤并进行心理表征(也称为“问题空间”)；第三，为更接近目标状态，与同伴商讨制订计划。第四，集体共同执行计划方案；第五，集体对自我与团队解决问题的过程进行监控、反馈。

2.面向协作问题解决能力培养的STEAM 教学要素设计

（1）学习者分析

根据皮亚杰认知发展理论，11 岁以上的孩子处于形式运算阶段，这个阶段的学生关注自我意识、强调独立意识，具有高度道德感与自尊感，需要采取教学等措施以正确引导其价值观。面对此阶段的孩子，协作学习这一教学方式具有独特优势，其利于培养孩子协作意识与能力、建立良好同伴关系以及协作过程中学会合理处理他人评价并形成正确自我认知。同时，研究显示中小学对于STEAM 这一新颖教学方式与内容展示出更高的兴趣与学习投入。所以，面向协作问题解决能力培养的STEAM 教学对象为小学高年级与初中生更合适，构建的教学模式能够更适合且实际地促进学生发展。

（2）STEAM协作活动设计

研究建议将学生置于“类社会”环境是发展其解决问题能力的核心策略[9]。社会环境中的多重社会互动帮助学生的理解更加简洁和快速，利于学生在团队任务中采取高阶信息处理方式。STEAM 活动作为一个面对面的高交互情境，为学习者提供思考推理、分享阐述和协同建构STEAM 知识的机会。因此，STEAM 协作活动中应多设置如面向真实社会问题的讨论、同伴互助、小组竞争以及组间互评反馈等，引导学生在团队中合作解决问题，通过参与交流展示、分工合作、同伴反馈过程使他们习得高阶能力。此外，STEAM 协作活动设计重点关注四条件：STEAM 知识与技能，即小组成员是否具备理解问题重点、协作活动分工的STEAM 知识与技能；支持学生思考谈论的探究环境，这一环境提供技术资源和文化氛围，如支持想法分享的电子白板、画笔以及已有优秀协作小组案例展览等；充足的练习，协作互动中需要的特定技能、行为活动，活动设计应注重提供如清晰陈述自我想法、为了听者理解而采取的一些肢体语言等训练和提示；共同认知，促进参与者对群体成员关于事物的理解以及采取行动原因的共情。

（3）STEAM协作问题任务设计

STEAM 协作活动中的问题任务设计，是实现协作问题解决能力培养的教学重点。首先，问题的规则、评分标准、时限要求都应清楚地呈现给学生，以便学生有清晰的问题认知和明确的学习动机。此外，可以用前面所提到的五阶段来设计协作问题的解决过程，但须注意协作问题解决行为不能单一映射到不同的阶段，每阶段有不同的协作行为侧重，如问题识别阶段注重集体对于任务的识别讨论，问题表征时完成所需信息的辨别并达成共识，而每个阶段都是存在监控、反馈的。其中，利用协作过程中的监控、分析掌握协作学习情境下学习者行为，了解学习者如何受自我调节和同伴协作影响，进而应用外在资源提供可模仿的样例、实践指导和评价反馈等策略以促进个体及时自我调节行为。

因此，要注重将问题设计与协作问题解决过程联系起来。同时，本问题任务设计建议为学生提供脚手架以帮助其解决问题。

图1 面向协作问题解决能力培养的STEAM 教学模式

（二）STEAM协作问题解决能力评价框架

当前，关于协作问题解决的问卷、量表、评价框架等测评工具研究充足。通过文献分析，结合本研究目的，介绍Danielle 团队分析七所开展STEAM 课程学校的教学视频所开发的STEAM 协作问题解决测评框架[10]，如表1所示其维度包括：同伴互动；积极沟通；丰富的探究方法；面向真实问题的解决方法和现实任务；跨学科思维。日后，开展STEAM 教学活动，利用此协作问题解决能力评价量表进行过程性评价与总结性评价，能更好促进协作行为的开展，实现有效协作。

表1 STEAM 教育中协作问题解决能力评价量表

四、面向协作问题解决能力提升的STEAM教学建议

（一）细化小组协作分工

当前，STEAM 协作学习出现部分同学不参与小组讨论、动手实践而“坐享”小组集体成果的“搭便车”行为，这些行为对个人而言是失去锻炼社交能力、获得STEAM 知识与技能的机会，对群体协作而言则扰乱同学们的参与积极性、破坏团队意识，并未实现协作的目的——优势互补。因此，建议在开展STEAM 教学中采用教师动态分组机制，由教师根据学生特征进行合理分组。同时，小组成员在执行方案中明确个人任务，互相监督、不断沟通交流，在实施小组任务过程中利用元认知计划、监控和评估个人学习目标、进度和表现，任务完成后开展同伴与组内互评、教师评价以增强学生协作学习的积极性与规范性。

（二）注重情感类目标培养

情感可以促进或抑制学习过程，进而增加或减少学生的学习理解、动机和学业成就。积极情绪的扩展-建构理论指出，学生学习过程中获得积极情绪体验有助于知识构建和高阶认知目标如批判性思维的提升。2016年，《中国学生发展核心素养》总体框架强调重视学生的情感、态度与价值观，可见当前教育变革强调情感类目标培养的重要性。STEAM 教育的多学科学习内容诱发学生好奇心，体验式、问题探究式、项目式等教学模式激发高参与度的主动学习行为，同时问题解决过程中的同伴交流互助、作品展示等多样互动利于达成学生间共情力、团队凝聚力、道德感等积极情感体验培养目标。因此，利用STEAM 教学培养学生自我效能感、STEAM 职业倾向感、责任感等情感类目标的优势，助力教育变革满足学生全面发展的时代需求。

（三）加强STEAM教师的跨学科合作

目前，缺乏对STEAM 领域间知识整合关系的理解，无法实现STEAM 内容的融合以及难以开展跨学科教师间的合作，是实施STEAM 教学的重大挑战[11]。此外，国内STEAM 课程多依托信息技术及科学老师利用公司开发的软件、课件等开展，教师间未开展有效沟通，导致其对于STEAM 内容理解不够透彻。未来，STEAM 教学需要成立STEAM 学科教师团队与搭建STEAM 教师同伴支持小队，通过多学科教师团队共同交流答疑，促进其对于STEAM 教学内容的理解，注重每个学科之间的关联性，有方法、有技巧地融合跨学科知识，以便STEAM内容激发学生的有效知识建构、迁移与运用。此外，跨学科融合的设计不仅要求授课教师具有跨学科的知识背景，更需要多学科教师能够齐心协力，共同探讨设计STEAM 教学内容。而STEAM 教师同伴小队的跨学科、小规模合作益于教师间共情、反思以及提供及时贴切的教学策略支持，更能体会协作学习的内涵，有助于组织学生开展协作问题解决活动。

（四）促进面向协作问题解决能力培养的STEAM课程体系开发与完善

随着STEAM 教育的普及度提升，其培养协作问题解决能力特征会备受关注，故须利用跨学科教师团队的合作，学生、家长对于STEAM 课程的反馈以及智能技术的支持，以共同构建与完善一系列的STEAM 课程体系，使得其任务、问题对于能力培养更具有适切性、进阶性与持续性。学生认知发展水平具有阶段性，协作问题解决能力培养对于不同年龄段的学习者也须有所不同，如编程课作为STEAM 课程的一种形式，面向3～5年级时侧重个人编程知识技能的掌握与参与协作的意向，面向6～9年级时强调个人在建立和维持团队编程成果方面的行为表现。可见，完善STEAM 课程体系是学习者协作问题解决能力得以科学发展的核心，其利于应用协作解决问题能力评估框架对学生表现进行全面评价。

综上，STEAM 教学中学习者协作问题解决能力的培养，对不论是STEAM 教学的理论研究与实践应用，还是对学生面向未来发展的技能培养都有着重要作用与意义。学习者在STEAM 学习过程中练习沟通、发言、倾听、协作等社交技能，提高协作能力与问题解决能力，有助于更好地适应未来社会发展，满足社会对人才的新需求。