核心素养视域下创客与STEAM融合课程实施模型研究

【摘 要】创客教育和STEAM教育作为智能时代面向未来人才培养的重要方式，在快速发展过程中也面临着诸多困境，两者的融合可实现优势互补，更好地为培养学生创新能力、跨学科问题解决能力、批判性思维、协作能力等赋能。本文基于逆向设计理论，构建了素养导向、证据先行、活动育人的创客与STEAM融合课程实施模型，通过迭代优化，助力创客与STEAM有机融合。在模型的指导下，本研究设计了“机器人走迷宫”课例，充分调动学生的参与度，协力整合多学科知识，以理解促成高通路迁移。

【关键词】创客教育；STEAM教育；融合课程实施模型；逆向设计

一、引言

智能时代对未来人才培养提出了新要求，也为教育的建构重组提供了有利环境。人们越来越意识到，创新能力、跨学科问题解决能力、批判性思维、协作能力等已成为应对未来真实、复杂挑战的不可或缺的能力要素。在这样的背景下，辅以技术的普及与推动，创客教育和STEAM教育在国内外开展得如火如荼，越来越多的学者和一线教师开始关注创客教育和STEAM教育实践。然而，目前中小学教师在开展创客教育与STEAM教育的过程中，教学设计方面的策略、方法并不明确，课程开展流于形式，亟待有效、可落地的理论研究与实践探索。

二、创客教育与STEAM教育的发展困境和融合优势

（一）创客教育与STEAM教育的异同及发展困境

创客教育与STEAM教育作为教育变革的关键力量，在理论基础、活动类型、课程载体等方面都存在异同［1］（见表1）。

STEAM教育起源于国家需求，最先是美国为提升国家竞争力提出来的，企图通过打破学科壁垒，有机整合科学、技术、工程、数学、艺术等学科，提升学生的学科素养和跨学科思维能力。STEAM的核心是跨学科整合，通过创设真实的问题情境，引导学生在问题解决的过程中主动建构对多学科知识的综合理解而非割裂的认知。虽然STEAM教育近年来逐渐在我国推广，但教师在一线教学中存在很多困惑：（1）缺乏着力点，导致教学停留在理念层面。我国目前分科培养的教育体系导致学科间的相互渗透和结合不够，具有跨学科背景的专业师资力量也尤为匮乏。STEAM课程由谁开和如何开是亟待解决的问题，STEAM教育找不到合适的着力点，缺乏明晰的培养路径。（2）重知识探究，轻动手实现，导致成果模式化，缺乏创新。部分中小学在校本课程中开展STEAM教育，鼓励学生基于探究提出方案，制作海报分享交流，但问题的解决过程和成果呈现模板化，缺乏创意和对可行性的验证。

创客教育是社会驱动的结果，传统DIY运动、3D打印、激光切割、开源软硬件、互联网社区等新技术的发展，催生了创客活动和创客教育。伴随着“大众创新，万众创业”的口号，创客教育在我国中小学的普及甚至比STEAM教育更早。创客教育的关键词为“造物”，秉承“做中学”的理念，融入创造情境，鼓励动手操作，鼓励创新，强调学习成果实物化、可视化。近十年，创客教育看似发展繁荣却又问题凸显：（1）被技术“牵着”鼻子走，缺乏对科学原理的关注。部分创客课程局限于具体产品的教学，只教软硬件的使用，奔着某一比赛的单一目标前进，换一个比赛换一批设备，换一批设备换一批课程，对科学概念与原理关注不足，导致学生知其然不知其所以然，迁移能力弱。（2）缺乏教学策略方法的指引，空心化、泡沫化、形式化问题严重。学生看似参与度高，实则模仿跟做、无效试错，缺乏对问题的分析和对解决过程的深入探究，导致学生流于表面动手，缺乏深度理解，产出的作品粗糙。

（二）创客教育与STEAM教育的融合优势及必要

虽然创客教育和STEAM教育在一线教学实践中常表现出你中有我、我中有你的特征，但从表1中可以看出，两者各有侧重。如果能将创客教育与STEAM教育有机整合在一起，实现创客与STEAM融合教学，那么两者可以实现优势互补，在一定程度上解决各自面临的困境：一方面，STEAM教育的跨学科理念和基于项目学习的典型教学方法，有利于改善创客教育缺乏系统学科知识体系支撑和缺乏科学培养模式可借鉴的现状；另一方面，创客教育立足于技术环境与“做中学”理论，在“造物”过程中深度综合应用不同学科知识，实现创造性思维与创新实践能力的培养，是实施STEAM教育的一种有效方式。［2］

实際上，创客教育和STEAM教育的整合是存在一定必然性的，符合人才培养的内在发展需求。目前有关创客教育与STEAM教育融合的课程建构研究、教学实施研究也取得了一定进展。Bevan提出了创客与STEAM整合路径，基于科学实践与数学概念开展工程实践，在过程中将技术工具与计算实践结合起来。［3］Kim等提出了“基于创客的 STEAM教育”这一概念，并构建了发现问题、设计工件、开发原型、共享造物、深化反思的五步教学法。［4］在教学层面推进创客教育与STEAM教育的整合协调发展，关键之一在于提供一套与之匹配的教学设计策略，并在实践中不断迭代优化。本研究即从构建实施模型出发，旨在实现核心素养导向下创客教育与STEAM教育的融合。

三、基于逆向设计理论的创客与STEAM融合

（一）逆向设计理论

逆向设计（Backward Design）是美国课程与教学领域的专家Grant Wiggins和Jay Mctighe在1998年提出的一种教学设计模式，意指将课程的终点（学习目标）作为课程设计的起点。［5］逆向设计包含三个阶段：

阶段一，明确预期的结果。在这个阶段，教师需要对照课程标准、核心素养，确定学习目标。通常情况下有较多的内容需要抉择，因此可以通过以下筛选明晰哪些内容是值得学习的：（1）概念、主题或过程在多大程度上属于大概念并在课堂之外具有持久的价值；（2）概念、主题或过程在多大程度上属于学科核心概念；（3）概念、主题或过程在多大程度上没有被教学覆盖；（4）概念、主题或过程在多大程度上能够吸引学生。

阶段二，确定预期结果达到的证据。逆向设计主张在设计之前提前思考如何确定学生是否达到了预期的目标，根据学习证据设计课程。鉴于逆向设计是面向理解的设计，课程应以表现任务或显性作品为基础，即这些任务或作品提供了证据，证明学生在情境中运用知识、达成目标。

阶段三，安排学习活动和教学活动。在明确了预期的结果和学习证据后，教师需要设计课程的细节，如教学方法、课程顺序和资源材料的选择等。教学是达到目标的手段，要考虑以下几个关键问题：（1）學生需要什么样的知识（事实、概念、原则）和技能才能有效学习并达到预期的效果；（2）什么活动能使学生具备所需的知识和技能；（3）根据目标，需要教授什么以及如何更好地教授；（4）什么材料和资源有助于实现这些目标；（5）整体设计是否连贯有效。

在常规的教学设计中，教师基于教材内容，根据以往经验来设计学习活动和组织课程。而逆向设计关注学生的学习过程，把课程看作达成学习目标的手段，即在特定的主题（例如种族歧视）下，使用特定的资源（例如《杀死一只知更鸟》），选择特定的教学方法（例如苏格拉底式研讨法讨论这本书，小组协作分析电影中的画面），来促进学习达到既定的标准（例如学生将理解偏见的本质，归纳其与刻板印象的区别）。设计一系列学习活动让学生通过思考、探究、动手产生外显的学习证据，以此表征学生的潜在特质和内部思维发生过程，从而判断学习目标是否实现，可以避免缺乏目标导向而造成的教学低效或无效［6］。逆向设计与素养导向的新课程理念不谋而合，在客观上为创客和STEAM有效融合的教学提供了方向，并且关注到了以往创客教育和STEAM教育研究中被忽视的评价设计。

（二）创客与STEAM融合课程实施模型构建

基于逆向设计理论，本研究从学习目标、学习评价、学习活动三个环节构建了创客与STEAM融合的课程实施模型。

1.课程目标定位

创客与STEAM深度融合的课程需要面向核心素养的发展，是实现创新教育的重要载体。课程要以跨学科知识整合为基础，突出发展综合素养的思路；以真实问题解决为核心组织学习活动，突出发展问题解决能力、创新能力的思路；以小组协作开展学习活动，突出发展协作能力、批判性思维的思路。在实际课程设计过程中，可参考各学科核心素养和课程标准以细化学习目标，有所侧重，但需要注意的是目标一定要面向能力和素养，避免因为目标过于局限而限制了学生可能取得的学习结果。此外，除了义务教育各学科课程标准（2022年版），一些发达国家的学科标准，尤其是工程等学科，也可以作为重要的参考。

2.学习评价设计

基于既定的学习目标，利用科学的评价手段和工具，在教学全过程对学生的学习行为及表现效果进行检测、评估和判断，为促进学生更有效的学习提供支持性教学策略。这一环节包含两个任务：一是确定可评估的学习证据，二是设计评估学习证据的评价方法。创客与STEAM融合教学的评价设计要指向素养、强调过程，教师在设计学习证据时，应该考虑一系列连续的评价方法，从简单到复杂，从短期到长期，从纸质测试到真实情境应用，平衡使用不同的评价方法，例如同侪评审、观察记录、概念图、口头汇报、成果展示等。

3.学习活动开发

基于“做中学”、项目式学习和循证学习等学习范式，将过程设计为“创设情境，发布主题→自主学习，构思创意→引导探究，确定方案→设计制作，迭代优化→分享交流，总结反思”五个环节。融入科学、技术、工程、艺术、数学等多学科知识以支撑活动有效开展，搭建开放共享的教学环境，为学生的活动开展和作品分享提供环境支持。为保持教学评一致性，教师在设计学习活动时还需要考虑引出学习证据的情境和任务类型。

（三）创客与STEAM融合课例设计

在创客与STEAM融合课程实施模型构建的基础上，本研究采用基于设计的研究理念，设计了“机器人走迷宫”课例（图2）。

1.课程目标定位

本课涉及工程、技术、物理、语文等多学科知识，基于我国的义务教育各科课程标准（2022年版）、美国的Standards for K-12 Engineering Education，设计了面向核心素养的学习目标（表2）。这些学习目标既是课程起点，也是课程归宿。以计算思维目标为例，课程从该目标出发确定学习证据，即基于左手定则分析算法等设计走迷宫游戏，课程的终点是培养学生的计算思维，因此教学是达成学习目标的手段，而不是“为了教而教”。此外，在学习目标之外设定了“绩效目标”（表2中的评价要点），既定的学习目标演化为若干启发性的关键问题，成为学习评价和教学活动安排的根本依据，明晰学生必须知道什么、能做什么。在绩效目标的指导下，评价和教学更具针对性。

2.学习评价设计

在学习目标的指引下，设计最适合的评价方式，利用科学的评价手段和工具，在教学全过程对学生的学习行为及表现效果进行检测、评估和判断。本课从学生课堂表现、学习单、机器人作品等方面评估学生的目标达成情况，为促进学生更有效地学习提供支持性教学策略。以工程设计的学习为例，本课设计了多种迷宫地图，基础版走迷宫程序在复杂地图中往往会遇到转角卡住、原地转圈等问题，此时需要运用物理知识，通过科学探究来解决，在这个过程中，学生深入理解工程设计中的迭代思维，达成以评促学的效果。

3.学习活动开发

教学内容和活动安排是实现学习目标的策略，整个教学过程可以看作是发现证据、接近目标的过程，因此需要根据学习目标选择不同的教学方法。知识不能只通过教师的教授获得，更重要的是通过巧妙设计和有效指导由学习者自我建构。本课面临的挑战是如何通过设计，而非靠运气或天赋，使左手定则的迁移成为可能，并在遇到不同困境时能分析问题、设计策略，使机器人顺利完成走迷宫的挑战。课程通过探寻走迷宫的策略，引导学生像专家一样思考，以理解促成高通路迁移，并借助不同迷宫地图情境，在不断的调试、优化过程中应用多学科知识解决问题，达成创新。例如转角卡住问题，需要综合考虑机器人本身的大小、传感器探测范围等因素，将物理学科中的v（速度）=s（路程）/t（时间）迁移到机器人通过转角的真实情境中，灵活、合理地设置参数让机器人先直行后转弯再直行。

本课打破了教师授受为主或先讲后做的僵局，融入了多种支架辅助学生探究，充分调动了学生的参与度。问卷调查显示，超90%的学生认为自己对原理认知清晰，近80%的学生认为课程运用的示意图、动画、表格等有助于自己理解重难点，72%的學生认为自己的课堂参与度较高或很高。分析学习证据发现，学生能够将左手定则、循环结构应用于机器人走迷宫，在面对新问题时，协力整合多学科知识。但本课对实际编程的指导不足，部分学生盲目试错，同时也发现学生发现问题、分析问题的能力较弱，难以快速厘清机器人为何无法走出新迷宫地图。

四、结语

创客与STEAM融合是新时代教育发展诉求和内生发展需求的产物，一线教师应从学生发展的根本目的出发去设计相应的教育活动，逆向设计恰好可提供理论指引。本文在厘清创客教育和STEAM教育发展困境的基础上，明晰了创客教育和STEAM教育融合的必要性，并在逆向设计理论的指导下构建了创客与STEAM融合的课程实施模型。该模型以素养为导向，以证据为抓手，以活动为育人手段，是一种可行的实践策略。需要注意的是，在课程的设计过程中，学习目标、学习评价、学习活动这三个环节不是按序完成的，而是迭代循环、不断完善的。下一步研究将基于本文提出的模式设计系列创客与STEAM融合的课程，深度探索创客与STEAM融合的实践路径。

参考文献：

［1］滕娇娇，闫志明，张铭锐，等. STEM教育与创客教育辨析［J］.现代教育技术，2019（11）：101-106.

［2］宋乃庆，沈光辉，高鑫. 基于STEAM教育理念的中小学创客教育测评指标体系构建［J］. 中国考试，2022（10）：74-83.

［3］BEVAN B. The promise and the promises of making in science education［J］. Studies in Science Education，2017（1）： 75-103.

［4］KIM J O，KIM J. Design of maker-based STEAM education with entry programming tool［J］. Advanced Science Letters，2018（3）： 2088-2093.

［5］WIGGINS G，MCTIGHE J. Understanding by design［M］.［S.l.］：［s.n.］，1998： 7-19.

［6］叶海龙. 逆向教学设计简论［J］. 当代教育科学，2011（4）：23-26.

（责任编辑：潘安）

【作者简介】彭晓玲，深圳市南山实验教育集团南海中学信息教师，曾获深圳市教育学会年度论文一等奖、南山区信息技术学科教师基本功一等奖，研究方向为STEAM教育。

【基金项目】深圳市教育科学“十四五”规划2022年度成果培育类课题“双减背景下科创教育的实践及成效”（课题批准号：cgpy22040）