林曉凡 胡欽太 梁中梅

摘要：十八大、十九大確立我國全面部署的戰(zhàn)略首位是創(chuàng)新驅(qū)動，創(chuàng)新是引領(lǐng)發(fā)展的第一動力。STEM教育作為近幾年國際培養(yǎng)科技創(chuàng)新人才、技術(shù)教育跨學(xué)科多領(lǐng)域整合新興研究領(lǐng)域和實(shí)踐范式，受到各級教育領(lǐng)域的廣泛關(guān)注和積極實(shí)踐。國內(nèi)對STEM課程的設(shè)計研究還處于起步階段，存在教師開展STEM缺乏統(tǒng)一的課程標(biāo)準(zhǔn)、過分重視技術(shù)效果和師資力量不夠等問題。因此，該文從TPACK視角闡述如何優(yōu)化STEM教育課程與實(shí)踐活動，構(gòu)建了基于TPACK的STEM教育優(yōu)化設(shè)計模式：建立開放共享的跨學(xué)科融合優(yōu)質(zhì)STEM課程體系及資源，基于設(shè)計型學(xué)習(xí)促進(jìn)師生參與STEM實(shí)踐，基于“真實(shí)問題解決一項(xiàng)目探究設(shè)計”為中心的教法持續(xù)優(yōu)化，基于TPACK要素引進(jìn)次序優(yōu)化STEM設(shè)計路徑。

關(guān)鍵詞：STEM； TPACK；教學(xué)設(shè)計；優(yōu)化設(shè)計

中圖分類號：CJ434

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

一、問題提出與研究背景

STEM課程是以科學(xué)、技術(shù)、T程和數(shù)學(xué)（Science Technology Engineering Mathematics，簡稱STEM）為核心的課程，并在2010年再次修訂成為美國正式的教育政策。該政策強(qiáng)調(diào)了STEM領(lǐng)域的教育統(tǒng)整，對培養(yǎng)美國未來的經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域競爭所必備的人才儲備的重要性（Kahn&Ginther，2015）[1]。十八大、十九大確立我國全面部署創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略，創(chuàng)新是引領(lǐng)發(fā)展的第一動力。創(chuàng)新驅(qū)動的本質(zhì)是創(chuàng)新人才驅(qū)動，而人才靠教育培養(yǎng)。因此，從培養(yǎng)高精尖、科技創(chuàng)新型人才的根本目的出發(fā)，STEM教育作為近幾年國際科學(xué)與技術(shù)教育跨學(xué)科多領(lǐng)域整合新興研究領(lǐng)域和實(shí)踐范式，受到各級教育領(lǐng)域的廣泛關(guān)注和積極實(shí)踐。

不少研究表明，教師在技術(shù)整合學(xué)科教學(xué)的理論與實(shí)踐層面均面臨較大的挑戰(zhàn)與困難（Tsai&Chai， 2012）[2]。整合技術(shù)的學(xué)科教學(xué)知識（Technological Pedagogical Content KnoWledge，簡稱TPACK）理論框架在教學(xué)實(shí)踐應(yīng)用中取得良好的效果（Chai et al.2013）[3]，為教師發(fā)展特定的知識與技能，以支持教師開展有效融合ICT的學(xué)科教學(xué)活動。同樣的，TPACK為STEM教育的有效實(shí)踐提供了一個可操作的理論與設(shè)計框架，尤其是在技術(shù)融合學(xué)科知識、教學(xué)法和優(yōu)化教學(xué)設(shè)計層面，如果教師能夠具有這方面的知識，在STEM教學(xué)實(shí)踐中的困難將會減少。因此，本研究建構(gòu)了基于TPACK的STEM教育優(yōu)化設(shè)計模式，闡述了基于TPACK的STEM教育實(shí)現(xiàn)路徑，以推動STEM教育與技術(shù)、學(xué)科教學(xué)的深度融合，為STEM教育實(shí)踐提供了一種操作模式。

二、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀述評

國內(nèi)外同類研究主要是集中教學(xué)應(yīng)用與改革領(lǐng)域，如STEM教育理念與跨學(xué)科內(nèi)容整合研究（余勝泉和胡翔，2015[4]；趙慧臣等，2017[5]； Cuzeyet al.， 2016[6]； Waratuke&Kling， 2016[7]）； STEM課堂教育教學(xué)改革（蔡慧英和顧小清，2016 [8]；Carret al.2012[9]； 5chmidt&Fulton，2016[10]）；提升學(xué)生核心素養(yǎng)與創(chuàng)新能力（趙慧臣，陸曉婷和馬悅，2017[11]； Root-Bernstein，2015[12]）；STEM教育政策研究（祝智庭和雷云鶴，2018[13]；Connors-Kellgrenet a1.2016[14]）等等。

國內(nèi)對STEM課程的設(shè)計研究處于起步階段，由于忽視標(biāo)準(zhǔn)的制定和教學(xué)設(shè)計模式的創(chuàng)新，STEM教育實(shí)踐日益顯現(xiàn)出泡沫化與空心化傾向。不少研究者指出STEM教育實(shí)踐的快速推廣也同時存在著不少問題：1.趙興龍和許林指出，STEM教育空心化嚴(yán)重，比如盲目大量采購3D打印、讓學(xué)生去學(xué)習(xí)開源電路板、機(jī)器人等，甚至3D打印一度成為STEM教育的代名詞[15]。2.余勝泉認(rèn)為，當(dāng)前STEM存在過多關(guān)注技術(shù)效果的問題，對融合基礎(chǔ)的學(xué)科知識的教育設(shè)計缺乏合理的教學(xué)設(shè)計，這造成了STEM教育變成各種設(shè)備和丁具的展覽，而教育的發(fā)展沒有依據(jù)教育規(guī)律等[16]，并從問題、學(xué)習(xí)者、和生活經(jīng)驗(yàn)的跨學(xué)科整合角度提出STEM、STEAM到STEM+的發(fā)展取向。3.江豐光等學(xué)者認(rèn)為目前從事STEM教育的教師從來沒有系統(tǒng)地學(xué)習(xí)過STEM教育課程，都是依靠自己的興趣愛好，邊自學(xué)邊指導(dǎo)學(xué)生開展STEM教育[17]。4.Lin等指出，在亞洲華人地區(qū)推廣STEM教育首先面臨實(shí)際問題之一就是： “教師不知道如何開展STEM教育”[18]。因?yàn)樵赟TEM教學(xué)過程中，知識講授非常靈活，并且沒有規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)，課程大綱和課程標(biāo)準(zhǔn)也不固定。學(xué)生在進(jìn)行探索學(xué)習(xí)時，很可能遇到教師都不熟悉的問題，教師也有可能無法直接解答學(xué)生的困惑。所以傳統(tǒng)的教師角色受到挑戰(zhàn)，STEM對教師提出新的要求。

綜上，STEM教育亟需教學(xué)設(shè)計模式的創(chuàng)新，針對以上問題，本研究以TPACK、教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計等理論為指導(dǎo)，構(gòu)建基于TPACK的STEM教育優(yōu)化設(shè)計模式，闡述如何提供優(yōu)質(zhì)高效的STEM教育課程設(shè)計與實(shí)踐活動，有助于指引教師在設(shè)計STEM教育教學(xué)時，有效地將技術(shù)融人到STEM相關(guān)學(xué)科和教學(xué)內(nèi)容中，最終提升STEM教育水平。

三、基于TPACK的STEM教育優(yōu)化路徑

TPACK架構(gòu)主要是延伸Shulman的教學(xué)內(nèi)容知識（PC K）[19]并加入了科技知識（TK）成為TPACK理論模式。TPACK主要由三種基本部分組成，即技術(shù)知識（Technological Knowledge，TK）、教學(xué)知識（Pedagogical Knowledge，PK）、學(xué)科知識（Content Knowledge，CK）。TPACK研究者認(rèn)為除了以上三者，教師還需要發(fā)展技術(shù)內(nèi)容知識（TechnologicalContent Knowledge，TCK）、技術(shù)教學(xué)知識（Technological Pedagogical Knowledge， TPK）、教學(xué)內(nèi)容知識（Pedagogical Content Knowledge，TCK）和TPACK （Koehler&Mishra， 2009）[20]。同時，強(qiáng)調(diào)了唯有技術(shù)、教學(xué)、內(nèi)容知識間的有效融合，才能將信息技術(shù)融入教育的效益發(fā)揮到極致，這七種成分的操作性定義如右表所示。

為了提升STEM教育教學(xué)質(zhì)量，教師需要特定的PCK支持STEM教育（PCK-STEM），可將其定義為用于實(shí)現(xiàn)STEM教育所需具備的教學(xué)知識。同樣的，STEM教育中涉及多元化的信息技術(shù)和工程技術(shù)（TK），TPACK作為一種重視技術(shù)在學(xué)科教學(xué)整合的理論框架，可以作為STEM教育融入日常學(xué)科教育教學(xué)的一種具體實(shí)現(xiàn)方式。因此，教師設(shè)計STEM教學(xué)活動的素養(yǎng)也可看作是一種TPACK。本研究界定的“TPACK-STEM教育”是教師需要根據(jù)學(xué)生的特征與需求、現(xiàn)有的STEM硬件設(shè)置與技術(shù)環(huán)境、學(xué)校文化與體制、STEM相關(guān)學(xué)科的內(nèi)容等實(shí)際因素來調(diào)整或完善其自身的整合技術(shù)的學(xué)科教學(xué)法知識，以達(dá)到最優(yōu)化的STEM教學(xué)效果。

從TPACK理論框架來看，當(dāng)前STEM教育實(shí)踐中過分推崇的3D打印、電路板等，屬于TK的內(nèi)涵，只是七個成分之一。為了避免STEM教育的過度強(qiáng)調(diào)技術(shù)導(dǎo)向，促進(jìn)STEM教育的科學(xué)和持續(xù)發(fā)展，TPACK理論框架在肯定技術(shù)重要性的同時，從本質(zhì)上注重STEM教育實(shí)踐的過程思維、T程思維、探究思維的培養(yǎng)等，實(shí)現(xiàn)對探索性、研究性、參與性學(xué)習(xí)，設(shè)計型學(xué)習(xí)、案例教學(xué)、問題為中心等教學(xué)方法在STEM教育訓(xùn)練和學(xué)習(xí)過程的綜合應(yīng)用。

（一）基于TK的優(yōu)化路徑：從一般化技術(shù)到STEM特定學(xué)科內(nèi)容的技術(shù)或軟件

不少學(xué)者總結(jié)了STEM教育實(shí)踐的相關(guān)技術(shù)，如智能機(jī)器人設(shè)計制作、3D打印技術(shù)應(yīng)用和Scratch與機(jī)器人融合，所涉及的硬件資源包括智慧教室、各種機(jī)器人、3D打印機(jī)、3D掃描儀、組合工具、工作臺、展示臺、競技場地（王同聚，2016）[21]。而信息技術(shù)為STEM教育提供了便捷的搭建環(huán)境，表現(xiàn)為四個方面：硬件（計算機(jī)、數(shù)字傳感、移動設(shè)備等），軟件（資源搜索、開源軟件、CAD平臺等），集成器件（開源硬件平臺等）和加丁機(jī)具（CNC機(jī)床、3D打印等）（祝智庭，孫妍妍，2015）[22]。綜合國內(nèi)外研究，目前STEM教育所談的技術(shù)以一般化的技術(shù)為主，如基于網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)平臺、開源軟硬件平臺和觸控互動電子白板等。而專門適用于STEM特定學(xué)科內(nèi)容的技術(shù)或軟件相對較少。根據(jù)表1的定義，后者其實(shí)更接近于TCK的范疇。但是，不管對于STEM教師，還是支持STEM教育的廠商來說，未來應(yīng)更重視STEM特定學(xué)科內(nèi)容的技術(shù)或軟件。因?yàn)樵诰唧wSTEM項(xiàng)目和問題開展過程中，師生均需要和學(xué)科內(nèi)容相關(guān)的技術(shù)支持，如STEM涉及工程、數(shù)學(xué)和科學(xué)中常需要情境模擬（如GeoCehra和Applets）、空間構(gòu)圖（如幾何構(gòu)圖平板）。

（二）基于CK的優(yōu)化角度：從學(xué)科體系到真實(shí)問題導(dǎo)向的跨學(xué)科知識

當(dāng)前教學(xué)采取的學(xué)科體系依然占據(jù)主流位置，然而，在科技創(chuàng)新與真實(shí)問題情境中，開展STEM教育必備的知識是跨學(xué)科整合的CK，這與當(dāng)前教育的認(rèn)識和實(shí)踐有著較大的差距。因此，如果不對STEM教育改革、關(guān)鍵性跨學(xué)科內(nèi)容和教育范式轉(zhuǎn)型帶來的意義與艱巨性做出深入思考和細(xì)致工作，那么，STEM教育將很快遇到發(fā)展瓶頸。已有研究者提出將STEM作為建構(gòu)于真實(shí)問題的單獨(dú)發(fā)展的學(xué)科綜合體，美國維尼亞地區(qū)高中（Vineyard HighSchool）的五名學(xué)生全部不具有制作卡丁車的經(jīng)驗(yàn)，他們也不會使用相關(guān)的制作工具。這個課題有兩個指導(dǎo)教師，學(xué)生們通過利用課后時間，使用電池、木板、焊接板、電鋸、電線等工具獨(dú)立拼裝，最終完成了電動卡丁車的制作[23]。這些實(shí)踐中，迫切需要教師和研究者基于真實(shí)問題來重構(gòu)和整合STEM的學(xué)科知識結(jié)構(gòu)。因此，以真實(shí)問題為導(dǎo)向，而不是學(xué)科內(nèi)容導(dǎo)向進(jìn)行STEM課程的標(biāo)準(zhǔn)制定、內(nèi)容設(shè)計、開發(fā)與實(shí)施，決定了STEM教育與學(xué)科教育相互融合、彼此滲透的深度和廣度。這些需要跨學(xué)科的STEM學(xué)術(shù)研究社群、一線教師和課程開發(fā)人員協(xié)同努力。

（三）基于PK的優(yōu)化路徑：從教師主導(dǎo)到以設(shè)計導(dǎo)向的STEM創(chuàng)新教學(xué)法

李小濤等人通過對比分析發(fā)現(xiàn)STEAM課程因其具有與創(chuàng)客共通的創(chuàng)新、靈活、開放和項(xiàng)目導(dǎo)向等特點(diǎn)[24]，能讓學(xué)生在利用前沿技術(shù)“玩創(chuàng)新”和自主探究的過程中提升創(chuàng)造能力和跨學(xué)科綜合素養(yǎng)。楊現(xiàn)民和李冀紅形象直接地將創(chuàng)客教育和STEAM教育作為創(chuàng)新教育不可或缺的兩翼[25]。Adams等指出跨學(xué)科學(xué)習(xí)方式也能突顯出STEM知識在學(xué)習(xí)者生活中的有用性和相關(guān)性，從而刺激他們對STEM學(xué)習(xí)的興趣（Adams et al. 2014）[26]?？梢?，大部分學(xué)者認(rèn)同STEM教育強(qiáng)調(diào)課程的融合性，注重學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。而從教學(xué)法角度出發(fā)，為了支撐STEM創(chuàng)新教學(xué)，須將探究教學(xué)中“教師主導(dǎo)一學(xué)生按部就班探究”的教學(xué)方式，轉(zhuǎn)變?yōu)樵O(shè)計導(dǎo)向的STEM教學(xué)法。設(shè)計導(dǎo)向?qū)W習(xí)運(yùn)用在STEM教學(xué)法上，在過去許多的實(shí)征研究也指出，當(dāng)學(xué)生透過親自動手操作的學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)和設(shè)計成品的活動，由設(shè)計的過程來建構(gòu)科學(xué)知識，并促使學(xué)生使用適當(dāng)?shù)脑O(shè)計經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行問題解決（Alimisis& Moro，2016）[27]。同時這一轉(zhuǎn)變需要STEM依據(jù)學(xué)習(xí)者的認(rèn)知風(fēng)格對教學(xué)資源設(shè)計、資源重組、生成性資源整合共享，才能更好支持學(xué)習(xí)者以設(shè)計導(dǎo)向STEM學(xué)習(xí)過程。即STEM教學(xué)設(shè)計團(tuán)隊(duì)要正確認(rèn)識學(xué)習(xí)者不同的認(rèn)知風(fēng)格和學(xué)習(xí)習(xí)慣，同一知識點(diǎn)要設(shè)計出不同認(rèn)知風(fēng)格下的不同呈現(xiàn)方式。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)不同認(rèn)知風(fēng)格和呈現(xiàn)方式制定各種教學(xué)策略，考察各種STEM教學(xué)策略與不同認(rèn)知風(fēng)格的適應(yīng)程度。進(jìn)而使各類資源呈現(xiàn)形式與學(xué)習(xí)者認(rèn)知風(fēng)格都能自成體系，又支持靈活重組，學(xué)習(xí)者可以獲取符合自己認(rèn)知風(fēng)格的個性化教學(xué)服務(wù)[28]。

四、基于TPACK的STEM教育優(yōu)化模式

STEM教育是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，需要從STEM環(huán)境、STEM課程、STEM文化、STEM開源社區(qū)、STEM教師隊(duì)伍、STEM教育組織、STEM教育計劃等多個方面協(xié)同推進(jìn)?；谝陨先龡l優(yōu)化路徑，本研究構(gòu)建了基于TPACK的STEM教育優(yōu)化設(shè)計模式（如下頁圖所示）。

（一）基于慕課、私播課、微課等開放在線資源資料形成以跨學(xué)科融合的優(yōu)質(zhì)STEM課程體系及資源

STEM課程不是一門課程，而是由低階到高階的一系列課程組合，又如小學(xué)、中學(xué)和大學(xué)，不同學(xué)段的STEM教育承載不同的教育功能，需要將STEM貫穿于整個教育體系，形成跨越各種學(xué)段，以及社會教育領(lǐng)域的STEM教育系統(tǒng)。因此，必須結(jié)合國家與經(jīng)濟(jì)社會對人才的戰(zhàn)略需求與創(chuàng)新人才的成長規(guī)律，建立多元化拔尖創(chuàng)新人才培養(yǎng)目標(biāo)系統(tǒng)，并基于慕課、微課、私播課（SPOC）等開放在線課程形成以跨學(xué)科融合為特色的優(yōu)質(zhì)STEM課程體系及資源，創(chuàng)建高水平課程、專業(yè)和人才培養(yǎng)基地與多類型的教育改革建設(shè)專項(xiàng)，為各學(xué)科拔尖學(xué)生的培養(yǎng)提供高水平的條件支撐。進(jìn)而，在教育課程與專業(yè)教學(xué)改革建設(shè)方面，有必要建設(shè)國家級、省級精品資源共享課、精品視頻公開課，建設(shè)專業(yè)綜合改革試點(diǎn)項(xiàng)目、人才培養(yǎng)模式創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)區(qū)。同時，目前國內(nèi)的基于開源社區(qū)的STEM教育空間建設(shè)仍遠(yuǎn)落后于國外。開源社區(qū)不僅僅是開源軟硬件、經(jīng)驗(yàn)創(chuàng)意的開放，更多的是體現(xiàn)了一種創(chuàng)新理念的開放。重視開源社區(qū)在構(gòu)建優(yōu)質(zhì)STEM資源的作用，才能使STEM教育資源得到更大程度的共享、應(yīng)用和開放，以及資源從參與STEM實(shí)踐者的迭代生成與匯聚教育自愿。因此，真正地實(shí)現(xiàn)STEM教育，基于開源社區(qū)的合作社群的構(gòu)建是關(guān)鍵，也是基礎(chǔ)，有利于形成一種分享、設(shè)計、合作的文化氛圍和文化規(guī)范。

（二）基于設(shè)計型學(xué)習(xí)促進(jìn)師生參與的STEM教育實(shí)踐模式

基于設(shè)計的學(xué)習(xí)（Design-Based Learning），強(qiáng)調(diào)教師基于設(shè)計思維的項(xiàng)目促進(jìn)學(xué)生進(jìn)行有意義學(xué)習(xí)[29]，激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，當(dāng)學(xué)生透過親自動手操作的學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)，對科學(xué)知識的理解與學(xué)習(xí)有很大的幫助，有助于提升學(xué)習(xí)動機(jī)。基于設(shè)計的學(xué)習(xí)既是一種對學(xué)生有用的教學(xué)T具，又是促進(jìn)教師改進(jìn)教學(xué)實(shí)踐的設(shè)計方法論，具有聚焦問題學(xué)習(xí)、基于案例的推理、實(shí)踐過程迭代推進(jìn)等特點(diǎn)。Anderson和Shattuck （2012）以“水的凈化系統(tǒng)設(shè)計”項(xiàng)目為例，指出基于STEAM設(shè)計型學(xué)習(xí)具有例如理解、觀察、觀點(diǎn)萃取、想法形成，原型設(shè)計和測試等環(huán)節(jié)[30]，并發(fā)現(xiàn)了融合科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)等知識的基于設(shè)計的學(xué)習(xí)對學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)有積極作用研究，其中，那些承擔(dān)項(xiàng)目任務(wù)設(shè)計的粒度更小和操作性更強(qiáng)的學(xué)生能夠取得更積極的學(xué)習(xí)效果。相比傳統(tǒng)學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)除了要運(yùn)用已有的多學(xué)科知識和技能，還需激活多種形式的認(rèn)知技能，如批判性和創(chuàng)造性思維、解決問題的能力、管理社會關(guān)系的能力（需要小組協(xié)作的項(xiàng)目）。因此，在基于設(shè)計型學(xué)習(xí)的STEM教育實(shí)踐模式中，教師的項(xiàng)目建模、情境設(shè)計、學(xué)習(xí)環(huán)境的創(chuàng)設(shè)和腳手架的提供對學(xué)生是至關(guān)重要的，這些有利于激發(fā)和引導(dǎo)學(xué)生制定和實(shí)施有效方案，有效應(yīng)用知識和技能，學(xué)習(xí)項(xiàng)目所需新知，不斷迭代，改進(jìn)已有產(chǎn)品，直至設(shè)計出實(shí)物或模型。

（三）基于“真實(shí)問題解決一項(xiàng)目探究設(shè)計”為中心形成STEM教法持續(xù)優(yōu)化機(jī)制

如何將知識與能力有效遷移應(yīng)用并解決實(shí)際問題，才是STEM教育的根本目的。因此，STEM教育的教學(xué)法應(yīng)當(dāng)以STEM實(shí)踐過程可能面臨的一系列真實(shí)問題與情境為線索，依據(jù)問題解決與項(xiàng)目探究的流程進(jìn)行設(shè)計。然而，基施納等也發(fā)現(xiàn)基于真實(shí)問題的教學(xué)對初學(xué)者而言，可能會造成認(rèn)知負(fù)載，特別是當(dāng)缺乏有效的教學(xué)策略來引導(dǎo)學(xué)習(xí)，初學(xué)者在面對問題時容易迷失，不知從何下手來解決問題而導(dǎo)致學(xué)習(xí)成效不佳（Kirschner et al.，2006）[31]。因此，對于學(xué)生，問題的分解粒度應(yīng)形成基于問題一項(xiàng)目探究重構(gòu)STEM學(xué)科知識結(jié)構(gòu)，作為腳手架支持學(xué)生開展STEM實(shí)踐。近二十年來腦神經(jīng)科學(xué)的發(fā)展提供了更多的角度來幫助我們了解人的信息編碼及知識建構(gòu)。腦神經(jīng)認(rèn)知科學(xué)家也發(fā)展一些方法來表征知識架構(gòu)。許多研究已經(jīng)一再地顯示學(xué)習(xí)者的認(rèn)知結(jié)構(gòu)與學(xué)習(xí)者的科學(xué)學(xué)習(xí)方式及學(xué)習(xí)者如何有意義地使用科學(xué)知識有動態(tài)的關(guān)聯(lián)。不管研究者采用哪個角度來看待知識結(jié)構(gòu)，我們可以合理地假設(shè)學(xué)習(xí)者的知識是環(huán)繞在一個“核心”概念進(jìn)行組織建構(gòu)（但不一定是以階層的形式存在），此“核心”概念與該領(lǐng)域知識的次等概念進(jìn)行鏈接。如果有學(xué)生錯失了這些重點(diǎn)概念，他們的知識架構(gòu)將變?yōu)樗缮⒌男畔⑵?。根?jù)最新的認(rèn)知研究，缺乏良好知識架構(gòu)的學(xué)生將視所有的信息是同等的重要，并把每一個概念視為同等的獨(dú)特與顯著。因此STEM教法的持續(xù)優(yōu)化，應(yīng)當(dāng)圍繞問題相關(guān)的“核心”概念，在項(xiàng)目探究過程強(qiáng)化學(xué)習(xí)者的知識結(jié)構(gòu)，不僅強(qiáng)調(diào)差異性事件的使用，更進(jìn)一步著重于運(yùn)用關(guān)鍵性評判事件或解釋及相關(guān)的感知與概念來化解學(xué)生潛在的迷思概念及科學(xué)概念間整個概念架構(gòu)的沖突。

（四）從TPACK構(gòu)成要素的引進(jìn)次序優(yōu)化STEM教學(xué)設(shè)計的路徑

實(shí)證研究表明，絕大多數(shù)的研究者主要傾向于探討Koehler與Mishra（2009）的“通過設(shè)計學(xué)習(xí)”的策略對教師TPACK的改變的影響[32]?？傮w而言，這些研究要求教師計劃與設(shè)計整合技術(shù)的課程，并報導(dǎo)較正面的研究結(jié)果。這些研究的主要區(qū)別在于TPACK的不同成分被引進(jìn)的先后次序。有部分研究主張先讓教師接觸TPACK框架中的四個衍生成分，即PCK、TCK、TPK和TPACK。譬如，分析國外STEM研究案例發(fā)現(xiàn)，在STEM教育實(shí)踐中，他們多是先讓教師討論TPACK理論框架，進(jìn)而讓他們搜尋一些不太適合用傳統(tǒng)方法的教學(xué)主題（PCK），再幫助教師理解如何有效地使用交互性電子白板進(jìn)行這些主題的教學(xué)（TPK）。而另一些研究則提倡先讓教師著手TPACK的三個核心成分，即TK、PK和CK。雖然上頁圖中給出一個TPACK成分的引進(jìn)次序，但本研究建議TPACK成分的引進(jìn)次序可結(jié)合具體的教學(xué)情境（如現(xiàn)有的技術(shù)條件、教師對技術(shù)的熟悉程度與教師的教學(xué)能力等）來決定。不同研究間并不排斥，只是側(cè)重點(diǎn)不同。其中前者較多關(guān)注“整體”而后者更多關(guān)注“部分”。在研究實(shí)踐中，研究者可先了解教師在哪個“部分”比較欠缺，再采用適當(dāng)?shù)牟呗詠怼皩ΠY下藥”。這樣可能比在兩種觀點(diǎn)孰優(yōu)孰劣問題上的爭論來得更有實(shí)際意義。

五、結(jié)語

為了推進(jìn)STEM教學(xué)研究改革，2016年10月成立了“粵港澳促進(jìn)STEM教育聯(lián)盟”，推動香港、澳門、廣州、深圳、佛山、東莞、肇慶等地的優(yōu)秀學(xué)校合作，建立示范基地，開展STEM教育實(shí)踐。經(jīng)過近兩年的實(shí)踐，針對所遇到的教學(xué)設(shè)計缺乏指引、師資力量不夠、學(xué)生如何指導(dǎo)及何時指導(dǎo)等問題，本研究團(tuán)隊(duì)提出基于TPACK視角下優(yōu)化已有STEM實(shí)踐存在的問題。首先，搭建“培用研”一體的跨學(xué)科開放共享STEM課程體系及資源平臺，結(jié)合“設(shè)計、執(zhí)行和推廣”三個階段的STEM骨干教師工作坊，提升教師STEM教學(xué)設(shè)計能力，培育潛在師資力量。其次， “設(shè)計階段”以骨干教師培訓(xùn)和校本實(shí)驗(yàn)材料研發(fā)的活動設(shè)計為主，STEM教學(xué)活動與材料的研發(fā)落實(shí)基于設(shè)計型學(xué)習(xí)、真實(shí)問題解決和項(xiàng)目探究設(shè)計的教學(xué)法持續(xù)優(yōu)化， “執(zhí)行階段”教材試驗(yàn)、修正與完成教學(xué)模塊到合作學(xué)校進(jìn)行STEM課程的實(shí)施與完善， “推廣階段”研討會議或課程實(shí)施分享與交流會議，包含課程體驗(yàn)、教案設(shè)計和教學(xué)試教等部分。最后，鼓勵多方參與，在課程推廣和經(jīng)驗(yàn)分享過程激勵已經(jīng)參與的骨干教師持續(xù)行動，并吸引更多新的教師加入STEM教育實(shí)踐，根據(jù)實(shí)際需求優(yōu)化調(diào)整TPACK七個成分的引進(jìn)次序，透過體驗(yàn)和觀摩進(jìn)行準(zhǔn)備，藉由課程設(shè)計和試教獲得回饋，最后再透過線上線下結(jié)合的跨領(lǐng)域社群研討，強(qiáng)化TPACK-STEM的專業(yè)發(fā)展能力。

STEM具備的跨學(xué)科綜合與情境性較高特點(diǎn)，因此對于教師優(yōu)化教學(xué)提出更高要求，教師應(yīng)當(dāng)依據(jù)情境特征和需求設(shè)計出有效的STEM課程。本研究從TPACK視角闡述如何提供優(yōu)質(zhì)高效的STEM教育課程設(shè)計與實(shí)踐活動，以提升基于STEM教育效果與水平。未來研究可以從“知識創(chuàng)建”“設(shè)計能力”和“實(shí)證驗(yàn)證”的角度切入，進(jìn)一步來詮釋與發(fā)展教師的TPACK-STEM維度的教學(xué)知識和素養(yǎng)。

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