基于STEM教育理念的STEM-AC教学模式建构与实践

[摘要]STEM教育理念具有跨学科性、突出工程设计过程、激发创造力等特点。本文基于STEM教育理念，构建了旨在发展设计类学生艺术创造力的STEM-AC教学模式。教学实践发现，STEM-AC教学模式对学生艺术创造力的的独特性、创造性解决问题、情感性、整合性等有显著影响。

[关键词]STEM教育；艺术创造力；工程设计；教学模式" " "[DOI]：10.20122/j.cnki.2097-0536.2025.02.031

STEM是科学（Science）、技术（Technology）、工程（Engineering）、数学（Mathematics）英文首字母的缩写，由于STEM学科在科技创新方面的重要性，各国逐渐将STEM教育看成是培养科技创新人才的重要途径，并得到广泛关注。在广泛开展STEM教育的大潮流中，如何有效开展STEM教学提升学生创新能力，探索其教学模式和教学策略，成为STEM教育落地课堂教学深入应用的现实问题。美国教育部发布的《STEM2026：STEM教育中的创新愿景》报告指出，STEM课堂教学设计与实施是亟待解决的开展STEM教育的8大挑战之一。过去20余年，改革大学课堂教学模式、创新教学方法的呼声愈发强烈，STEM教育教学模式、基于实证（evidence-based）的跨学科教学模式、探究性实验教学模式得到重视，在课堂上对学生思维过程进行系统引导，培养他们的创造性思维和问题解决能力逐渐形成了一条科学、清晰的路径。基于此，本研究将STEM教育方法作为发展设计类专业大学生艺术创造力的具体实施路径，尝试构建一个基于STEM教育理念的发展学生艺术创造力（Artistic Creativity，AC）的教学模式，以期为推动新文科教学改革提供有一定意义的参考。

一、面向创新思维培养的STEM学习过程

STEM教育是一种面向高阶思维的创新教育，强调以跨学科项目引领，通过小组合作探究来培养学生的创新能力[1]。据笔者了解和一些报道所见，STEM教育研究已由概念界定、政策引介、模式探索向课程开发、效果评估、学习分析等方面转变，但是由于对STEM学习目标、教育价值认识不清，其工具主义倾向、泡沫化苗头初现端倪[2]。从期望价值视角分析国内外有关STEM学习过程和模式的论述，指向创新思维的STEM学习路径主要包括CDIO理念下的STEM学习过程、PBL理念下的STEM学习过程。

CDIO代表构思（Conceive）、设计（Design）、实现（Implement）和运作（Operate），是最新的工程教育理念。CDIO本质上概括了工程实践活动的操作程序，也展现了创造性设计过程的要素。CDIO学习过程首先要促进学生从工业实践或日常生活中提出问题，并期望学生以产品（或作品）设计引领整个问题解决过程，然后基于想法进行草图、原型、模型设计，随之将二维或三维的设计原型转化成实物产品，并与原型期望进行结构、功能等方面的匹配，反馈产品是否达到“构想-设计”阶段的预期标准。最后，通过功能性测试、过程性完善，进行产品外观、结构、功能等方面的精细化，使产品具有一定的社会价值或教育意义[3]。

PBL是指基于问题的学习（problem-based learning），PBL随建构主义学习理论发展而来，在STEM跨学科学习中，PBL被赋予了新的内涵，是创新思维培养的基石。由于STEM学习过程强调创设真实的问题情境，势必需要联结科学、技术、工程、数学及艺术等多学科紧密联系的跨学科知识解决问题。因此，从解决问题的视角让学生进行问题表征，即将问题转化为具有一定目的的认知过程，让学生能够定义、明确问题，进一步提出研究问题，对问题的紧迫性、可行性、目标性进行分析，由此实现基于跨学科知识进行问题解决，提高创造思维能力。

二、基于STEM教育理念的AC教学模式建构

（一）艺术创造力的内涵

艺术创造力（Artistic Creativity，AC）是人们在创作过程中，通过独特的思维方式、灵感来源及对传统形式的挑战，所展现出的创新能力。它不仅是对现有艺术技巧和材料的重新组合，更重要的是，能够突破惯性思维，创造出富有个性和深刻内涵的作品。艺术创造力的内涵包含了感知的独到视角、情感的独特表达，以及对文化、社会和历史的深刻解读。

艺术创造力是设计类专业大学生必备的一种高阶思维能力，尤其在视觉设计、工业设计、交互设计等领域，具备创新思维和艺术敏感性的学生更创作出更优秀的作品或产品[4]。艺术创造力不仅是作品新颖性所在，更是推动设计理念和创造灵感不断变革的动力源泉。设计类学生的艺术创造力是创新设计思维的核心。设计不是简单形式整合和功能堆砌，而是创新思想和理念的显性表现。设计作品的创新性往往取决于学生能打破常规思维禁锢，从视觉、结构、情感、功能等方面尝试新颖、不同的表达方式。艺术创造力使设计不仅仅停留在“做出来”的层面，而是推动设计的本质——创造出具有独特思想、情感和文化价值的作品。

（二）基于STEM教育理念的AC教学模式建构

STEM教育理念是更具有跨学科整合性的学习方式，与发展设计类学生艺术创造力的教育理念不谋而合。根据STEM教育在发展创新思维方面的优势，本研究构建了旨在发展设计类学生艺术创造力的STEM-AC教学模式，旨在引导学生经历创造性设计的完整过程，促进学生设计思维、艺术创造力的发展。STEM-AC教学模式的环节如下图1所示。

第一，提出问题。本环节是为了设置问题情境，引发学生的设计思考和兴趣，吸引学生主动参与到后续设计任务活动中。基于情境提出他们关注的问题，从而吸引学生积极参与学习任务。作为教学的开端，情境问题的选取应与活动任务密切相关，既可以是现实社会中的问题，也可以是学生在生活或学习中可能遇到的现象或问题。

第二，制定方案。本环节要求学生基于问题情境中的设计任务制定方案或者产品草图，体现一定的目标。任务目标是学生开展产品设计的重要方向指引。本环节中，学生要深入剖析问题的突破点，并找到问题解决的大致方案，然后开展进一步方案制定或产品草图设计。方案应具有可行性和实用性。本环节对学生的创造性思维要求较高，需要学生对问题解决的大方向和项目目标有统整性的认识。

第三，设计与开发。本环节旨在基于项目方案进行精细化设计与实施。这一过程中学生要明确工程设计实践的限制条件和功能要求，确保设计要具有可操作性和实践性，学生可通过实际操作来回应计划或方案。同时，教师应为学生提供必要的资源支持，包括学习材料、工具和设备等，以保障学生顺利完成项目任务。

第四，测试与优化。本环节是对初步完成的设计产品进行功能测试和效果检验。一般而言，测试与优化过程会形成一个迭代环，通过对产品、作品存在的不足进行测试与分析，不断优化设计创新点。多次的分析、设计、制造和测试之后，最终学生的成果或解释将趋于完美，学生在不断尝试的过程中艺术创造力得到发展。该环节的重点是学生根据测试反馈反思并对方案进行调整。这一过程不仅要求学生在技术层面进行调整，还可能涉及到其他方面的改进，比如资源管理、时间安排或团队协作。

第五，反思与评价。本环节学生的行为主要表现为对整个学习过程、方法以及最终成果的回顾、评估和自我调整。这个环节强调学生在项目完成后进行深度反思，从而识别自身的成长与不足，为后续学习和实践提供改进方向和动力。通过反思，学生不仅能够发现自己在项目中取得的成就，还能识别自己在执行过程中未曾注意到的问题或做得不够好的地方。这一过程有助于学生更好地理解自己的优点与局限，进而为下一步的改进提供依据。

三、基于STEM教育理念的AC教学实践

（一）对象与研究设计

基于STEM-AC教学模式，在设计类本科专业“服饰与服装设计专业”的《计算机辅助设计》《立体裁剪》等课程中进行了旨在发展学生艺术创造力的教学。教学实验采用单组追踪实验设计，时间为3个月，在教学开始和结束时分别对学生进行艺术创造力测试。

测试量表为“大学生艺术创造力测试（The Artistic Creativity Test for College Students，ACTCS）”，包括独特性、复杂性、情感性、技术技能、创造性解决问题、整合性等6个方面。该量表包含了10道题目，旨在评估艺术创造力和艺术表现能力。ACTCS的信度在多个研究中得到了验证，显示出良好的内部一致性和重测信度。本研究显示，其Cronbach's" Alpha 只为0.85。验证性因素分析显示，KMO值为0.872，卡方Bartlett球形度检验值为373.765，df=94，plt;0.01。根据特征值大于的标准，共抽离出6个因子，与理论建构一致，累计贡献率达到81.35%，说明量表ACTCS结构效度较好。

（二）结果与分析

基于本研究所构建STEM-AC教学模式开展教学实践，结果显示，整体而言，采用STEM-AC模式教学前后学生的艺术创造力呈显著差异（t=5.832，plt;0.05），教学实践后学生艺术创造力得分均值高于前侧（M后=8.543gt;M前=6.368），说明基于STEM教育理念的AC教学模式能显著提升学生的艺术创造力。在任务驱动的现实环境中进行产品设计与开发，体会设计、测试、改进、创新等产品研发和实施过程，学生的高层次思维得到发展，对工程设计过程和程序的认识有了较大提升，逐渐由模糊变得明晰，说明基于STEM教育理念的AC教学模式在一定程度上提升了学生艺术创造力。

具体来看，教学前后学生艺术创造力的独特性、创造性解决问题、情感性、整合性等方面具有显著差异（plt;0.05），特别是艺术创造力的独特性的得分均值由4.239增长到8.832，提升较大。但教学前后学生艺术创造力的复杂性、技术技能等方面具有起伏，且教学前后无显著差异。这表明，尽管STEM-AC教学模式在提升学生创造性解决问题的能力和情感表达等方面取得了明显效果，但在提升复杂性和技术技巧的掌握上，可能还受到其他因素的影响。

需要指出的是，STEM教育理念是一种复合性的教育信念，并非固定于某一个教学环节，教师在运用STEM-AC教学模式时更应该基于教学内容科学合理的安排教学环节，以发展学生的艺术创造力为首要任务，在开放性设计环境中激发学生高层次认知，提升其艺术创造力和工程设计思维。

参考文献：

[1]王璞，苗玉伟.美国高校STEM教育的多元实践路径研究——基于自组织理论的视角[J].教育发展研究，2024，44（Z1）：115-124.

[2]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，（4）：13-22.

[3]褚钰萌，邓洋阳，叶爱山.STEM理念下高等教育应用型课程建设研究[J].江苏商论，2023，（10）：100-103.

[4]毛志昂.基于STEM教育理念的工业设计教育研究[D].江西财经大学，2023.