王蕾

教學現場

近期有關STEM項目的教研活動在各地蓬勃開展起來，其中包括科學學科、信息技術學科、數學學科等。在如此林林總總的群體性學科活動中，有教師提出困惑：什么才是STEM項目課程的典型特征？STEM項目課程和基礎性學科有哪些關聯？班級授課中的課程，究竟該如何實施？

問題分析

STEM是一種學科整體構建項目，融合了多項基礎學科的內容。其典型的設計思路為綜合性學習的方式，即通過選定一定的主題，據此展開綜合性學習設計和活動實踐，最終完成既定主題的認知任務。

綜合學習設計的理論界定與特征分析

綜合學習設計又稱四元教學設計，其英文全稱為Complex Learning Design，它是由荷蘭馬斯特里赫大學教育發(fā)展與研究系教授杰倫·范梅里恩伯爾教授提出。綜合學習設計包括學習者提出的面向學習任務、教師呈現相關知能、提供支持程序及環(huán)境、安排專項練習任務四個階段，對改進教學效能、實現學習遷移具有重要的現實價值，為我們培養(yǎng)和發(fā)展學生的綜合能力提供了可行的實施途徑。

綜合學習設計主題選擇建立在廣泛的實證研究基礎之上，每一個階段均與學習過程的基本類型以及相應的教學方法緊密聯系在一起。與基于問題的學習設計相比，綜合學習設計模式的特征是：更關注指向能力發(fā)展的學習任務；提供更多種類的學習任務，包括問題生成、項目設置、案例分析、專業(yè)實踐等；更重視任務“由易到難”的排序和“從扶到放”的教師指導。

在STEM教學設計課教學中，綜合學習設計是當代教學設計理論轉型成功的標志性成果。我們借鑒綜合學習設計的理論精髓，對以往STEM項目中，人們習以為常的定位技術教育進行改進。改進后的學習設計，需要教師對基礎學科的教學思路與策略進行反思，在“圖示建構”和“規(guī)則熟巧”的目標指導下開展理論闡釋和專項操練，形成面向真實任務、知行合一、扶放有度的學習設計能力培養(yǎng)新方式。

STEM項目中教學的現狀與困境

STEM項目教學的教育環(huán)境和學習方式與傳統(tǒng)學科教學有較大的區(qū)別，對于學生來說，設計方式和進程已經成為自身學習內容的一部分。學生使用數字化工具、信息化手段等支持環(huán)境，構建自身的認知圖示。數字技術讓學生的學習過程變得更加多樣，促進學生不斷自主構建，衍生傳統(tǒng)學科的教學外延。

受到教學環(huán)境的限制及傳統(tǒng)學科的負遷移，部分教師的教學設計仍沿用常規(guī)的普通學科的授課方式。例如，數學學科中注重理性概念，忽視感性構建；科學類學科中強調作品原理，缺乏算法滲透；信息類學科中重視程序搭建，缺乏實物輸出等。STEM項目教學處于新名詞承載舊面孔的尷尬狀態(tài)。正如印度詩人泰戈爾在其詩歌《昨天的名字》中所寫的：“不要用自己的學識限制孩子，因為他出生在與你不同的時代。”

綜合學習設計的教學策略

階段一：活動定向

綜合學習設計的第一階段為活動定向，即師生共同確定活動主題，由教師引導學生開展小組討論，澄清模糊概念，界定問題，嘗試提供解釋，草擬解決方案，然后列出學習要點。通過對學習內容的設計，保障學習過程的指向性，為學生建立良性的認知地圖。

（1）原設計

《有趣的紙電路》是STEM課程的傳統(tǒng)項目，在常規(guī)的教學過程中，一般沿用紙電路原理說明→典型電路觀察→練習搭建紙電路→作品發(fā)布→評價與調整等這一過程。教學流程中，科學學科的特征較為明顯，關注串聯電路的原理介紹，將能否點亮電路作為評價標準。但是，深思其中的學習過程，學生只進行了電路知識的簡單學習，其并未成為一個完整意義上的STEM項目。

（2）思考焦點

在以上的設計中，傳統(tǒng)學科的痕跡明顯，STEM項目課程的因素不足。學生缺乏必要的認知定向。換而言之，學生是為學習電路而搭建，并非為搭建作品而學習電路。因此，此種傳統(tǒng)的學習方式缺少活動定向環(huán)節(jié)，學習過程不能自主，目的模糊。

（3）改進型設計

基于綜合學習設計，《有趣的紙電路》一課將進行更有指向性的設計過程，建議設計如下。

導入部分：教師提供南京秦淮燈展的照片和視頻，讓學生感受燈光裝飾下的效果。

引發(fā)思考：如何能構建具有個性化的燈飾作品。

學生活動：分小組合作，提出創(chuàng)作思路。

預設1：創(chuàng)作玉兔吉祥。

預設2：創(chuàng)作勤學燈飾。

預設3：制作我的姓名。

預設N：……

提出主題：以小組為單位，確定主題，繪制思維導圖。

小組分工：成員定位，確定各自在組內的身份和任務。

學習定向：分解認知內容，找出具體學習點（電路基礎知識、開關按鍵、串聯電路等）。

活動實施：根據自身需求，實施學習行為。

交流評價：各小組交流活動成果，對照任務目標，考察學習目標的達成率。

反思調整：依據評價情況，調整定位，為后續(xù)學習打下基礎。

教學評析：在以上的綜合學習設計中，學生不再拘泥于某一個學科的具體知識。學生發(fā)揮主觀能動性，通過對學習目標的定位、學習伙伴的定位、學習項目的定位、組內合作的定位，形成完整的系列學習框架。教師成為學生的協同者，對各級定位進行必要的指導，與其共同合理完成學習過程。通過這樣的學習設計，學生能夠掌握的認知概念是生動明確、源于自身需要的，因此教學效果良好。

階段二：借助良好環(huán)境進行自主學習

綜合學習設計的第二階段為構建良好的學習環(huán)境，借助適宜的學習工具，鼓勵學生進行自主學習。STEM項目課程重視融合性的整體教學效能。在基于綜合學習設計的教學中，環(huán)境的支持是幫助學生進行全息學習的重要維度，根據前一階段的學習指向，進行有針對性的自主環(huán)境構建，并據此開展泛在性的深度學習。

（1）原設計

《智能路燈》是常見的STEM小項目課程，要求在1～2課時的范圍內，創(chuàng)作相應的作品。常規(guī)的教學思路如下：教師演示智能路燈的搭建方式→講解光敏傳感器的原理→介紹相關程序模塊的搭建→學生創(chuàng)作固件部分→學生搭建程序腳本→合成硬軟件→調試作品→教師小結。

（2）思考焦點

以上過程信息技術學科的特征突出，重視機器語言和算法編程，以程序概念的介紹和語句編寫為重點內容。但是作為STEM項目課程，顯然本課的關注點是不全面的，缺乏關于路燈結構的內容認知，學生缺乏必要的應景性生活常識需求，所以教學過程較為單調。

（3）改進型設計

在基于綜合學習設計的《智能路燈》一課中，可以進行適宜的教學環(huán)境的供給、學習工具的支持，讓學生能夠在力學、工程學、創(chuàng)客項目中得到綜合能力的提升，教學建議如下。

教學環(huán)境：創(chuàng)客類實驗室，配有無線網絡及移動終端投屏設備。

教學工具：Pad或智能手機。

教學軟件：個性化學習平臺。

學習過程如下：

導入：教師播放全息影像，將學生帶入夜晚的玄武湖，賞夜櫻。

設問：當你賞櫻花時，你想看到什么？你能看到什么？

回答：夜晚美麗的櫻花、路燈下斑駁的幻櫻、林間小道上行走的賞花人。

師：實現以上目的，需要哪些條件？

生1：隨時了解光照度。

生2：通過光照度調節(jié)路燈的亮度。

生3：變化路燈的顏色。

小結：監(jiān)控自然照度、控制燈光照度、調節(jié)燈光顏色……

小組合作：角色1→通過移動終端上的編程平臺，搭建相關程序腳本。角色2→根據個性化平臺上的指引，搭建硬件結構。

師生共建：教師組織學生商議硬件結構的穩(wěn)固程度，利用移動終端投屏，展示各組作品，組織測試，觀察結構是否穩(wěn)固，是否符合環(huán)境要求。

建模仿真：將已經完成的結構進行仿真投射，觀察其是否能夠達到活動要求。

融合任務：硬、軟件結構整合，在真實的環(huán)境下，進行設備的調試，觀察其效能。

反思提升：各組依據實際情況，調整作品。

評價總結：組織評選，借助個性化平臺進行投票，選出獲獎作品。

教學評析：以上的學習設計，將力學、工程學、仿真技術、編程技術進行了有效的融合。在《智能路燈》的主題涵蓋下，進行卓有成效的多重組合：力學知識幫助學生搭建適宜的路燈框架；工程學安排活動流程，仿真技術提供了多維度的初步測試，保障了學習效能。

階段三：評估與驗證學習結果

綜合學習設計的第三階段為評估與驗證學生的認知達成度，即通過多維度的評價，不斷對學習過程進行考察，驗證其是否進行了與第一階段指向的內容相吻合的學習過程。

（1）原設計

在中小學STEM項目課程中，《七彩泡泡機》是較為新鮮的話題。該課讓學生制作富有創(chuàng)意的各色泡泡機，完成吹泡泡的游戲，常見于科學課和通用技術課。在STEM項目中，該課有著一定的程式?？裳膶W習設計如下：紙上繪制結構圖→木鋸或電鋸切割材料→膠槍連接結構件→嘗試吹泡泡→修改作品。

（2）思考焦點

以上的設計是典型的唯技術論，缺乏STEM項目的思想，因此其設計的深度和新意不足。在學習過程中，學生多操作、少思考，教師沒有提供及時的評價建議，因此沒有達到STEM項目綜合學習的目的。

（3）改進型設計

基于綜合性學習設計，可將該課進行結構化的改良，以促進學生的綜合學習能力的提升，教學建議如下。

玩一玩：帶著學生使用玩具泡泡機。

想一想：泡泡機是如何吹出泡泡的？

畫一畫：畫出泡泡機的結構圖。（教師判斷結構是否合理，并提出改進意見）

試一試：用積木類創(chuàng)客套件搭建泡泡機。（小組成員判斷積木使用是否恰當）

用一用：將已經完成的泡泡機與傳感器相連。（教師判斷其傳感器的選擇是否合適）

學一學：下載半成品腳本，調試泡泡機。（小組間相互評測泡泡機的效果）

教學評析：在以上學習設計中，淡化了腳本的編寫，突出了搭建的過程的優(yōu)化。學生在教師的指導下，不斷反思自我的作品，提升綜合學習能力。

階段四：提升學習效能

綜合學習設計的第四階段為提升學習效能，即運用多種學習手段，幫助學生最大程度地挖掘學習潛能，拓展學習廣度，加深學習深度，以完成學習過程的優(yōu)化。

（1）原設計

《探月工程》是STEM項目中的常見主題之一，在科學課、信息技術課中都有類似的課例。常見的教學設計一般沿用以下的流程：視頻介紹探月車（如玉兔號月球車）→搭建探月車（科學課用木器、信息技術課用積木件）→編寫程序→模擬探月車。

（2）思考焦點

從以上的設計中不難看出，原本較為有趣的內容，變得枯燥乏味，使得學生對于探月的主題意興闌珊，沒有興奮點。本課的項目主題和認知內容契合度不高，因此需要調整。

（3）改進型設計

在基于綜合學習設計的《探月工程》一課中，教師將探月的主題進行深度挖掘，借助信息化的工具，為學生創(chuàng)設適宜的學習方式，提升學習效能，建議過程如下。

問卷調查：借助問卷星等便捷的通信工具，進行有關探月主題的調查。

個性學習：①對探月飛船結構好奇的組→進行有關飛船歷史和結構的分析，可用演示文稿或電子報刊實現。②對飛船避障有興趣的組→進行有關紅外線傳感器和超聲波傳感器的學習，可搭建探月小車。③對探月行動有探究欲望的組→進行有關活動流程的組合，可利用思維導圖等工具。

學生競賽：組織同類型的項目進行展示擂臺，通過學生的視角，反饋學習結果。

師生提煉：教師給出提升意見，幫助各組完善作品。

教學評析：在以上的學習設計中，認知主題和學習對象均由學生提出，他們根據自我的學習需要，提出任務達成目標，實施操作行為。該學習設計采用開放的形式，讓學生進行充分的個性化定制計劃，發(fā)揮其主觀能動性，對認知內容進行意義學習，符合STEM項目課程的要求。

STEM項目中綜合學習設計的關注點

基于綜合學習設計的STEM項目，注重對學生完整性能力的培養(yǎng)，關注學生的多維度素養(yǎng)的提升，具有構建綜合能力的重要意義。在教學實踐過程中，務必關注以下問題：

首先，有機選擇學習設計的各階段。綜合性學習設計的四階段，并非是一成不變的機械組合，可以根據課程情況進行必要的整合和區(qū)分，以期達到更為理想的教學效果。例如，在某些機械結構較為復雜的內容中，就可以將階段三的評估與驗證學習結果過程，與階段四的提升學習效能過程進行整合，保障階段二的課時充足，提升具體實施效能。

其次，學習設計的大、小主題選擇。綜合性學習設計的主題有范圍的區(qū)別，既有課時較多的大主題，也有短時間內可做完的小主題。大、小主題的選擇應該適應不同的學習對象、學習環(huán)境和小組成員，采用適宜的形式，確保作品的達成性。

最后，STEM項目的彈性范疇。綜合性學習設計相對于問題導向設計而言，更加注重項目的綜合性和整體性，強調學生多種素養(yǎng)的提升。因此，在設計過程中，應給與學生多種能力的鍛煉機會，幫助其構建完整的作品創(chuàng)作思路。

參考文獻：

[1]馬蘭.基于綜合學習模式的教師教學設計能力培養(yǎng)[J].課程·教材·教法，2015（8）：85，112-119.

[2]鐘麗佳.聚焦培育綜合學習能力——訪荷蘭馬斯特里赫特大學杰倫·范梅里教授[J].開放教育研究，2018，24（2）：4-12.