STEM跨学科项目式教学活动设计框架与实践

郝凤涛 董捷迎

［摘 要］跨学科学习是STEM教育的核心特征。跨学科课程教学、综合实践能力的培养成为当今教育改革的热点之一。STEM教育的实践途径指向跨学科知识的综合运用，本文采用基于STEM的教学模式进行跨学科课程设计，依据“学习—实践—应用”一体化的教学流程，以项目驱动的方式构建探究式教学活动，提出了STEM跨学科项目式教学活动设计框架，并在小学信息技术活动与竞赛专题课程中运用，为培育具有“专能融合”的跨学科优秀小学全科教师奠定基础。

［关键词］STEM；跨学科学习；项目式教学；设计框架

［中图分类号］G42 文献标志码：A

跨学科学习是STEM教育的核心特征。跨学科课程教学、综合实践能力的培养已成为当今教育改革的热点之一。2016年教育部在《教育信息化“十三五”规划》中明确提出，有条件的地区要积极探索信息技术在“众创空间”、跨学科学习、创客教育等新的教育模式中的应用。2017年教育部印发《义务教育小学科学课程标准》，倡导跨学科学习方式，建议教师可以在教学实践中尝试STEM教育。2020年7月，教育部印发了《中小学教师培训课程指导标准》，把STEM课程与开发纳入教师文化知识学习研修主题，彰顯了STEM 教育的重要地位。教育部在2022版课程标准中强化课程综合性和实践性，推动育人方式变革，着重培养学生的核心素养。尤其是在义务阶段信息科技课程中明确提出了跨学科教学主题，培育新一代的高素质STEM教师是践行STEM教育理念、落实STEM项目式教学设计与实践的关键。

STEM教育的核心目标是培养具有善于质疑、勇于实践、敢于创新、具有跨学科知识素养和解决真实问题能力的人才［1］。目前，国内相关研究主要集中在STEM跨学科教育的概念、课程研究、教学模式等方面，在具体学科教学中的应用研究较少。本文主要通过构建STEM跨学科项目式教学活动设计，探析在全科师范生培养专业课程中的应用与实践，并运用于全科师范教育的专业课程中，用实践的方式进行迭代，培育具有跨学科教学能力的优质师资。

1 STEM跨学科项目式教学框架设计

当前的跨学科模式与先前传统的单一学科培养模式有着较大差异，特别是知识的形态已经逐步由单一走向融合。从“目的—手段”的维度看，跨学科课程以获得跨学科思维为目的，以跨学科观念和方法为手段，以解决真实问题为中介。

本文中的跨学科是指基于STEM开展的信息技术和科学教育与小学多学科进行融合、学习、实践、应用的实践活动，以跨学科观念和方法为手段，运用信息技术和技能进行跨学科课程设计，解决小学教育专业全科教师培养专能融合的问题［2］。

STEM教育的实践途径指向跨学科知识的综合运用，在课程设计中采用基于STEM的教学模式进行学科课程设计，从教学目标、教学内容、教学流程和教学评价等方面，建构跨学科“学习—实践—应用”一体化的教学流程，以项目驱动的方式构建探究式教学活动，使教学目标明确化，提升教学内容的实用性，在教学过程中增加运用环节，并应用到多学科教学设计当中，实现教学评价分层化。

通过项目驱动的学习方式，在“认知—内化—实践”三个层面递进式推进学生学习课程学科知识，为小学数学、小学语文、小学英语等课程开发提供支撑，将传统的教学课堂提升为以学生为中心的参与式教学。课程结束后，通过学生评价表反馈课程教学效果，进行项目评价和反馈［3］。

设计和实施STEM 跨学科课程教学，要考虑到学科知识的系统性、解决实际核心驱动问题的合理性以及项目的实施与学科知识渗透的融合度，最终实现整体知识结构的系统性与各问题之间所包含的学习内容相互融汇和支撑。本文提出STEM跨学科项目式教学活动设计框架，如图1所示，围绕教学目标要达成的四个方面，开展八步项目式教学，从学习层到应用层逐步推进。

1.1 问题引入

根据教学的内容，构建基于真实应用的情景，让学生明白将在什么样的情境中进行学习探究。赋予学生未来教师的角色或身份，有助于提高学生学习的积极性和主动性。

1.2 确定目标

为了让学生在进入项目前就知道项目实施学习后要达成的效果，每个项目目标的设定需要围绕该部分教学内容进行设定。该部分目标需要围绕知识情感价值观三维目标进行展开设计。

1.3 项目任务

项目任务从课程要达成的教学任务和学生应掌握的科学知识出发，从实际应用的角度进行选题，帮助学生建立学科知识和真实应用见的关联，聚焦核心驱动问题，教学所设计的核心驱动问题，是要能覆盖多个维度的问题。问题涉及所学领域相关的知识原理，能够激发学生的学习动机，鼓励他们去探索、学习，其结构应该是开放的、真实的，从而能够帮助学生在已有知识领域生出想法，方便学生将核心驱动问题进行拆解，为下一环节的学习奠定基础［4］。

1.4 资讯分析

根据项目任务，学生参与项目学习的过程实际上是学生进行自主科学探究的过程，在这一环节引导学生自我分析，让学生分析要完成项目任务所涉及的学科知识、解决问题的关键技术和经验，分析在完成项目学习中哪些是自己已经掌握的知识，还有哪些知识点需要获取。

1.5 制订计划

项目中以学生为中心的探究式的教学活动，是学生在充分了解项目目标和自我学习分析的基础上，根据项目任务，组建学习团队，制订实施方案，这部分是项目实施环节总的指导和纲领。

1.6 项目实施

项目实施环节是以学生为主，辅以教师指导的过程，这部分是理论与实践相结合的环节。

1.7 成果评价

成果评价环节主要从学生完成项目的自我满意度、小组成员和组间的互评以及教师评价等多元角度进行，通过多元评价，帮助学生提升对自我学习的认识和反馈，增强学生的效能感。

1.8 我的收获

这一环节的设置，让学生总结反思项目本身需要提升改进的内容，从而进行修正和反馈，进而迭代到课程开发项目中去。

2 STEM跨学科项目式教学活动实践

2.1 活动实践基本情况

在实践环节，将STEM跨学科项目式教学活动设计框架应用于小学教育专业的专业限选课小学信息技术活动与竞赛专题的教学中，共涉及该专业19级的6个班共181名学生。通过调查问卷的方法对学生进行上课前和结课后调研，对学生现状和需求进行调查分析，有的放矢地开展教学工作。

以跨学科为切入点，以科学技术知识为手段（科学技能包括scratch编程技术、乐高机器人、米思奇、创客等），设置课程内容，以项目驱动形式展开技能知识教学，以跨学科综合教学运用展开实践演练，结合学生职业规划需要，最终完成基于STEM跨学科的小学数学、语文、英语、科学、美术、音乐等相关课程教学案例的开发，增强学生跨学科创新教学的能力。

2.2 活动实施过程

活动实施过程以定点停车的问题解决为切入点，完成乐高机器人知识及编程知识的学习，将数学、工程、科学、技術综合完成项目学习，并迁移运用到小学数学课程的教学中，开发跨学科的教学案例。

2.2.1 问题引入，构建项目情景

从生活中引入定点停车，与学生共同确定项目要解决的实际问题。跨学科知识：数学，学会运用数学思维和工具（直尺）解决工程中的问题；工程，构建小车定点停车的项目，合理分工进行实践；技术，运用乐高技术解决核心问题，完成项目的制作与测试。

2.2.2 确定目标，探究项目达成成效

学习乐高的基本理论知识，并运用到实践中；学会STEM的跨学科教学设计，掌握测量在项目中的运用的意义技能：能够根据要求搭建小车结构，确保正常运行；能够进行编程，控制小车的运行和停车，并将所学内容进行转化迁移，设计教学案例；具备综合运用和跨学科创新能力。

2.2.3 项目任务，聚焦核心驱动问题

如何运用STEM跨学科知识完成解决定点停车的项目，并开发撰写教学案例？将定点停车转化为STEM跨学科教学案例。

2.2.4 资讯分析确定完成项目已知和需知内容

已知问题：如何进行测量？车轮的作用有哪些？

需知问题：乐高编程软件怎么应用？如何构建小车的结构？如何运用所学开发STEM跨学科教学项目？

2.2.5 制订计划，在自主学习的基础上做出计划

根据要解决的核心问题，制订要达成任务的计划：制定整体设计方法；搭建小车硬件；编写软件；项目测试；组间评价；改进提升。

2.2.6 项目实施，按照项目计划完成学习并进行应用

第一步，引导学生在没有传感器的情况下，运用数学知识实现小车的定点停车方案。

第二步，按照方案，搭建小车硬件结构。

第三步，利用LOGO MINDSTORMS软件编写程序，主要是设定电机的驱动方式和功率大小，通过计算车轮的周长，以及用总路程除以车轮的周长来确定电接的运行参数。

第四步，通过测试修正参数，完成整体设计。

第五步，转化成果，进行教学案例的开发。

2.2.7 成果评价，对项目进行多元评价

通过演示自己的项目成果和教学案例，进行个人评价（25 %）+小组互评（25 %）+教师评价（20 %）+用户评价（30 %），并对项目效果进行总评。

2.2.8 我的收获，总结问题和改进方法

定点停车受哪些因素影响？在完成实践项目应用后，转化为STEM跨学科项目式教学案例设计。

2.3 活动效果与反思

为了检验STEM跨学科项目式教学活动的效果，在研究过程中，课堂效果的评价以学习者的所学所感作为衡量的评判杠杆，采用课前和课后调查问卷的形式进行评估和检测。课前问卷安排在第一次课后进行；课后调查问卷，在学生结束本课程后进行。通过课前课后问卷数据的对比，得出结论：STEM跨学科项目式教学活动较好地提升了学生的学习效果，有助于培养学生解决问题的能力和应用能力。

3 结语

构建STEM跨学科项目式教学活动框架，将学科教学与专业发展相结合，能够提升学生解决问题的能力和跨学科知识的综合运用能力，真正做到了学以致用［5］。以项目驱动的方式正向实施探讨式教学活动，实现学科知识的“认知—内化—应用”递进式学习，并在小学信息技术活动与竞赛专题课程中运用，为培育具有“专能融合”的跨学科优秀小学全科教师奠定基础。

参考文献

［1］余胜泉，胡翔. STEM教育理念与跨学科整合模式 ［J］. 开放教育研究，2015，21（4）：13-22.

［2］李克东，李颖. STEM教育跨学科学习活动5EX设计模型［J］. 电化教育研究，2019，40（4）：5-13.

［3］曾丽颖，任平，曾本友. STEAM教师跨学科集成培养策略与螺旋式发展之路［J］. 电化教育研究，2019，40（3）：42-47.

［4］高志军，陶玉凤. 基于项目的学习（PBL）模式在教学中的应用［J］. 电化教育研究，2009（12）：92-95.

［5］宋歌，管珏琪. 面向整合式STEM的教师跨学科素养：结构模型与发展路径［J］. 现代远程教育研究，2022，34（3）：58-66.