陳思含 李憲印

（曲阜師范大學(xué) a.教育學(xué)院；b.中國(guó)教育大數(shù)據(jù)研究院，山東 曲阜 273100）

2020年，《中小學(xué)教師培訓(xùn)課程指導(dǎo)標(biāo)準(zhǔn)（專業(yè)發(fā)展）》將STEM課程與開發(fā)納入文化知識(shí)學(xué)習(xí)研修主題，可見，教師STEM素養(yǎng)是實(shí)現(xiàn)STEM教學(xué)實(shí)踐、發(fā)展STEM教育和提升學(xué)生STEM素養(yǎng)的基礎(chǔ)。目前，我國(guó)對(duì)于教師STEM素養(yǎng)的可持續(xù)性研究寥寥可數(shù)，偶有機(jī)構(gòu)進(jìn)行相關(guān)培訓(xùn)，尚未形成明顯的規(guī)模效應(yīng)。由STEM素養(yǎng)相關(guān)研究與實(shí)踐方面的狀況來看，我國(guó)在一段時(shí)間內(nèi)仍面臨合格STEM教師短缺的問題。具有“學(xué)生”與“未來教師”雙重身份的師范生，是未來教育的中堅(jiān)力量，職前教育是培養(yǎng)其STEM素養(yǎng)的黃金階段。通過師范生STEM素養(yǎng)的培養(yǎng)反哺教師STEM素養(yǎng)，是應(yīng)對(duì)優(yōu)質(zhì)STEM師資緊缺困境的必由之路[1]。

一、師范生STEM素養(yǎng)的構(gòu)成及特點(diǎn)

（一）STEM素養(yǎng)構(gòu)成要素

STEM素養(yǎng)不限于科學(xué)素養(yǎng)、技術(shù)素養(yǎng)、工程素養(yǎng)和數(shù)學(xué)素養(yǎng)的簡(jiǎn)單組合[2]，而是以科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)四個(gè)領(lǐng)域的知識(shí)與技能為載體，通過實(shí)踐形成的動(dòng)態(tài)、穩(wěn)定的整合性素養(yǎng)，是STEM價(jià)值觀、STEM知識(shí)、STEM思維、STEM技能的有機(jī)耦合，其具體內(nèi)容如表1所示。

表1 STEM素養(yǎng)構(gòu)成要素

續(xù)表

STEM素養(yǎng)中STEM價(jià)值觀、STEM知識(shí)、STEM思維、STEM技能四個(gè)相輔相成、不可分割的子要素，共同指導(dǎo)STEM學(xué)習(xí)與實(shí)踐。隨STEM知識(shí)的增長(zhǎng)和STEM實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的積累，STEM價(jià)值觀積淀而成，一旦形成，具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性，表現(xiàn)出的價(jià)值取向和行為傾向是短時(shí)間內(nèi)難以改變的；STEM知識(shí)的習(xí)得與內(nèi)化依賴于個(gè)體在多個(gè)不同的真實(shí)情境中通過實(shí)踐來概括和應(yīng)用；STEM思維是動(dòng)態(tài)且穩(wěn)定的，并朝向?qū)嵺`最優(yōu)化的方向發(fā)展；STEM硬技能和STEM軟技能同等重要，需注重二者的共同發(fā)展。

（二）師范生STEM素養(yǎng)的特點(diǎn)

1.整合性

STEM素養(yǎng)是集合多種素養(yǎng)而成的超越單一素養(yǎng)界限的整合性素養(yǎng)[5]。STEM知識(shí)強(qiáng)調(diào)多學(xué)科知識(shí)的交叉互融，在分科知識(shí)的基礎(chǔ)上更加注重整合的STEM知識(shí)，其范圍涵蓋科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)等多學(xué)科理論性知識(shí)和隱性的實(shí)踐性知識(shí)。師范生所掌握的跨學(xué)科技能體系越完善，越能在分析真實(shí)的復(fù)雜性問題并針對(duì)性提出解決策略方面脫穎而出。

2.具身性

具身認(rèn)知理論將個(gè)體的心智、大腦、身體和環(huán)境看作一體化的系統(tǒng)[6]。從STEM素養(yǎng)的具身性來看，STEM素養(yǎng)的內(nèi)化不但是個(gè)體的內(nèi)部加工過程，而且同環(huán)境密切相關(guān)。要想改變師范生對(duì)STEM的態(tài)度價(jià)值，前提是通過STEM實(shí)踐，使師范生對(duì)已有STEM認(rèn)知產(chǎn)生矛盾與偏差，從而促使師范生轉(zhuǎn)變自身態(tài)度。STEM抽象概念的形成機(jī)理與身體、情境息息相關(guān)，不同的情境使師范生做出不同的身體行動(dòng)，不同的身體行動(dòng)在大腦中形成不同的感覺，這些感覺、行動(dòng)與情境相互作用，共同形成抽象概念，進(jìn)而構(gòu)成STEM素養(yǎng)。

3.前置性

前置性是師范生STEM素養(yǎng)區(qū)別于教師STEM素養(yǎng)最本質(zhì)的特點(diǎn)[7]。師范生STEM素養(yǎng)具有“先學(xué)后練”的特點(diǎn)，其前置性表現(xiàn)在兩方面：一方面指在課上或課下學(xué)習(xí)相關(guān)知識(shí)和技能，提升STEM素養(yǎng)，而后參與微格教學(xué)與STEM實(shí)習(xí)實(shí)踐，通過實(shí)戰(zhàn)演練實(shí)現(xiàn)自身發(fā)展；另一方面指師范生只有在高校學(xué)習(xí)階段完善自身STEM素養(yǎng)，才能為職后的STEM教學(xué)工作打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

二、面向師范生STEM素養(yǎng)培養(yǎng)的雙U型教學(xué)活動(dòng)框架構(gòu)建

師范教育是為教育事業(yè)塑造人才、輸送人才的基本途徑，關(guān)系著國(guó)家和民族的基礎(chǔ)素質(zhì)和綜合能力，師范生STEM素養(yǎng)的培養(yǎng)是師范院校專業(yè)體系下師范人才培養(yǎng)的重要內(nèi)容。杜威認(rèn)為，教育的本質(zhì)是經(jīng)驗(yàn)的改組與改造[8]，需要學(xué)習(xí)者經(jīng)過復(fù)雜的學(xué)習(xí)過程[9]。郭元祥將這一復(fù)雜過程概括為一個(gè)U型的過程，即知識(shí)的學(xué)習(xí)過程包括還原與下沉、經(jīng)驗(yàn)與探究、反思與上浮三個(gè)階段[10]。還原與下沉是指學(xué)習(xí)者將刻板的書本知識(shí)還原為原有經(jīng)驗(yàn)，幫助學(xué)習(xí)者在情境中將新舊知識(shí)建立關(guān)聯(lián)。經(jīng)驗(yàn)與探究是學(xué)習(xí)者通過探究協(xié)作、交流分享、體驗(yàn)實(shí)踐等過程對(duì)知識(shí)進(jìn)行加工、重組以完善認(rèn)知體系的過程。反思與上浮是學(xué)習(xí)者運(yùn)用反思性思維與批判性思維進(jìn)行反思活動(dòng)，將內(nèi)化的知識(shí)進(jìn)行升華與表達(dá)的過程。研究基于師范生的認(rèn)知過程、思維活動(dòng)和實(shí)踐體驗(yàn)，構(gòu)建面向師范生STEM素養(yǎng)培養(yǎng)的雙U型教學(xué)活動(dòng)框架，如圖1所示。

圖1 面向師范生STEM素養(yǎng)培養(yǎng)的雙U型教學(xué)活動(dòng)框架

師范生作為學(xué)習(xí)者參與雙U型教學(xué)活動(dòng)框架中“學(xué)”的U型活動(dòng)，該活動(dòng)符合學(xué)習(xí)者對(duì)STEM素養(yǎng)內(nèi)化、遷移、外化的邏輯特點(diǎn)，引導(dǎo)學(xué)習(xí)者在學(xué)習(xí)活動(dòng)的進(jìn)行與反思迭代中達(dá)成學(xué)習(xí)目標(biāo)；在“教”的U型活動(dòng)中，師范生作為教授者參與教學(xué)活動(dòng)，活動(dòng)框架具體設(shè)計(jì)了九項(xiàng)教學(xué)活動(dòng)，分別對(duì)應(yīng)STEM素養(yǎng)的外化、遷移、內(nèi)化學(xué)習(xí)路線，在實(shí)踐中檢驗(yàn)學(xué)習(xí)成果。雙U型教學(xué)活動(dòng)強(qiáng)調(diào)“在做中學(xué)”，框架中的各項(xiàng)具體活動(dòng)之間環(huán)環(huán)相扣，讓學(xué)習(xí)者在獲得具身的認(rèn)知體驗(yàn)和操作過程中實(shí)現(xiàn)理論與實(shí)踐的辯證統(tǒng)一，可以有效促進(jìn)師范生的學(xué)以致用、知行并進(jìn)。面向師范生STEM素養(yǎng)培養(yǎng)的雙U型教學(xué)活動(dòng)框架由內(nèi)而外分為四個(gè)層級(jí)：核心層、驅(qū)動(dòng)層、應(yīng)用層、系統(tǒng)層。核心層是教學(xué)活動(dòng)的出發(fā)點(diǎn)和落腳點(diǎn)；驅(qū)動(dòng)層是核心層的分解、細(xì)化，是核心層與應(yīng)用層的中介和橋梁；應(yīng)用層為實(shí)現(xiàn)師范生STEM素養(yǎng)提供了具體的、可操作的活動(dòng)支撐；系統(tǒng)層是根據(jù)知識(shí)的建構(gòu)邏輯劃分的活動(dòng)架構(gòu)。

（一）師范生作為學(xué)習(xí)者——“學(xué)”的U型活動(dòng)

1.核心層

位于活動(dòng)框架內(nèi)環(huán)的核心層是U型學(xué)習(xí)活動(dòng)設(shè)計(jì)的起點(diǎn)，是學(xué)習(xí)活動(dòng)的目標(biāo)導(dǎo)向，也是檢驗(yàn)學(xué)習(xí)目標(biāo)達(dá)成與否的標(biāo)準(zhǔn)和依據(jù)。在“學(xué)”的U型活動(dòng)中，師范生作為學(xué)習(xí)者，旨在通過學(xué)習(xí)活動(dòng)獲得對(duì)STEM的認(rèn)知和操作體驗(yàn)，為進(jìn)行“教”的活動(dòng)積攢知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)。

2.驅(qū)動(dòng)層

根據(jù)師范生STEM素養(yǎng)的具體內(nèi)涵，將“學(xué)”的U型活動(dòng)的驅(qū)動(dòng)層分為STEM知識(shí)、STEM思維、STEM技能、STEM價(jià)值觀四項(xiàng)指標(biāo)，圍繞此目標(biāo)導(dǎo)向組織課堂教學(xué)活動(dòng)，有利于從微觀層面驅(qū)動(dòng)師范生達(dá)成預(yù)期學(xué)習(xí)效果，促進(jìn)師范生STEM素養(yǎng)的提升。

3.應(yīng)用層與系統(tǒng)層

應(yīng)用層與系統(tǒng)層是緊密聯(lián)系的兩個(gè)層級(jí)，還原與下沉、經(jīng)驗(yàn)與探究、反思與上浮三個(gè)階段分別對(duì)應(yīng)STEM素養(yǎng)的內(nèi)化、STEM素養(yǎng)的遷移、STEM素養(yǎng)的外化，用來指導(dǎo)應(yīng)用層具體的學(xué)習(xí)活動(dòng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)目標(biāo)。

（1）還原與下沉（STEM素養(yǎng)的內(nèi)化）

還原與下沉的過程即STEM素養(yǎng)的內(nèi)化過程，還原是將刻板知識(shí)還原為靈活經(jīng)驗(yàn)，將零散的、無序的知識(shí)、思維、技能轉(zhuǎn)化成有結(jié)構(gòu)、有組織的綜合性素養(yǎng)的過程，下沉即通過情境體驗(yàn)對(duì)抽象的學(xué)習(xí)內(nèi)容進(jìn)行具象化的過程。該階段主要包括確定項(xiàng)目、情境體驗(yàn)、認(rèn)知沖突三個(gè)環(huán)節(jié)。

①確定項(xiàng)目

在確定項(xiàng)目時(shí)，應(yīng)考慮理論知識(shí)、思維分析、實(shí)踐運(yùn)用的互通互聯(lián)，好的項(xiàng)目結(jié)束后，師范生既可以學(xué)習(xí)到理論知識(shí)，又能提升思維能力，更能增強(qiáng)實(shí)踐技能。

②情境體驗(yàn)

STEM素養(yǎng)的培養(yǎng)強(qiáng)調(diào)在真實(shí)的情境中實(shí)現(xiàn)問題解決，開展學(xué)習(xí)活動(dòng)[11]。教師可以通過多種途徑創(chuàng)設(shè)問題情境，并將師范生引入其中進(jìn)行情境體驗(yàn)，從而激發(fā)師范生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，有利于師范生對(duì)項(xiàng)目主題進(jìn)行深入理解。

③認(rèn)知沖突

化解認(rèn)知沖突的過程是師范生原有知識(shí)結(jié)構(gòu)完善與重建的過程，當(dāng)現(xiàn)實(shí)情境與原有經(jīng)驗(yàn)產(chǎn)生矛盾時(shí)，認(rèn)知沖突就會(huì)產(chǎn)生。師范生正處在對(duì)未知世界具有強(qiáng)烈探索欲望的階段，為了消除認(rèn)知沖突，師范生會(huì)進(jìn)行主動(dòng)學(xué)習(xí)，從活動(dòng)探究中獲取相關(guān)信息，進(jìn)行有目的的學(xué)習(xí)活動(dòng)。

（2）經(jīng)驗(yàn)與探究（STEM素養(yǎng)的遷移）

相比學(xué)習(xí)結(jié)果，項(xiàng)目式學(xué)習(xí)活動(dòng)更注重學(xué)習(xí)過程。經(jīng)驗(yàn)與探究階段是項(xiàng)目式學(xué)習(xí)活動(dòng)的重心，要求師范生通過共同體的協(xié)作來解決復(fù)雜問題，在個(gè)體與群體的認(rèn)知沖突與平衡中，通過個(gè)體構(gòu)建和協(xié)作學(xué)習(xí)達(dá)到活動(dòng)目標(biāo)、建立共同體智慧。經(jīng)驗(yàn)與探究的過程也是STEM素養(yǎng)的遷移過程，是將已有知識(shí)、技能、思維、經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行“自我加工”，并將其遷移運(yùn)用到具體情境中，以實(shí)現(xiàn)經(jīng)驗(yàn)的增長(zhǎng)和活動(dòng)的探究。經(jīng)驗(yàn)與探究階段包括問題解決、活動(dòng)探究、設(shè)計(jì)制作三個(gè)環(huán)節(jié)。

①問題解決

面向師范生STEM素養(yǎng)培養(yǎng)的U型學(xué)習(xí)活動(dòng)是師范生解決復(fù)雜問題的過程，由于師范生的能力和知識(shí)有限，無法獨(dú)立完成問題解決這個(gè)步驟，所以在此過程中往往需要共同體成員進(jìn)行頭腦風(fēng)暴，產(chǎn)生多種不同方案[12]，選擇可行方案并共同擬訂實(shí)施計(jì)劃。

②活動(dòng)探究

師范生參與U型學(xué)習(xí)活動(dòng)的過程就是實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目計(jì)劃、為項(xiàng)目成果不斷努力的過程。這個(gè)過程充分重視師范生的主體地位，師范生是實(shí)踐活動(dòng)的探究者與完成者，師范生通過網(wǎng)絡(luò)、書籍等資料獲取相關(guān)知識(shí)，通過調(diào)查、實(shí)驗(yàn)等方式躬行實(shí)踐，做到知行學(xué)合一。

③設(shè)計(jì)制作

從設(shè)計(jì)方案落實(shí)到作品制作，是理論與實(shí)踐的結(jié)合點(diǎn)。師范生實(shí)施活動(dòng)方案，驗(yàn)證方案的可行性，發(fā)現(xiàn)方案存在的問題和不足，與共同體同伴進(jìn)行商討，優(yōu)化實(shí)驗(yàn)方案。設(shè)計(jì)制作的過程是通過探究執(zhí)行設(shè)計(jì)方案的過程，其結(jié)果指向方案的不斷優(yōu)化與完善。

（3）反思與上?。⊿TEM素養(yǎng)的外化）

反思與上浮階段有效實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目式學(xué)習(xí)效果的可視化。反思與上浮過程體現(xiàn)了師范生已有素養(yǎng)的外化過程，將經(jīng)過“自我加工”的STEM素養(yǎng)進(jìn)行個(gè)體意義的表達(dá)與升華，獲得STEM素養(yǎng)的意義增值。具體包括以下環(huán)節(jié)。

①成果分享

成果分享環(huán)節(jié)是師范生知識(shí)和技能展現(xiàn)的載體，師范生通過匯報(bào)共同體完成的項(xiàng)目計(jì)劃、作品設(shè)計(jì)、作品成果等，呈現(xiàn)個(gè)體在項(xiàng)目中做出的貢獻(xiàn)與收獲。成果展示也是教師與師范生、不同學(xué)習(xí)共同體之間相互交流、相互分享經(jīng)驗(yàn)的過程，在他人的展示過程中，師范生對(duì)比自身，發(fā)現(xiàn)問題解決的不同思路，實(shí)現(xiàn)STEM思維發(fā)展的多樣性。

②評(píng)價(jià)反饋

評(píng)價(jià)是多元的，具體體現(xiàn)為多元的評(píng)價(jià)方式、評(píng)價(jià)主體、評(píng)價(jià)內(nèi)容。教師通過開放性問題收集、分析師范生的體驗(yàn)，以便下一步改進(jìn)教學(xué)。通過師范生的回答，教師可以了解師范生在學(xué)習(xí)活動(dòng)中的真實(shí)體驗(yàn)，為更好地設(shè)計(jì)教學(xué)活動(dòng)提供依據(jù)。教師在師范生項(xiàng)目進(jìn)行過程中，關(guān)注不同師范生之間的差異，可為改進(jìn)共同體的設(shè)計(jì)提供參考。

③反思完善 迭代優(yōu)化

評(píng)價(jià)環(huán)節(jié)結(jié)束后，教師及師范生要反思在項(xiàng)目學(xué)習(xí)活動(dòng)過程中的收獲與欠缺之處，總結(jié)項(xiàng)目完成后所收獲的知識(shí)、能力和可遷移的思維、方式等，分析在項(xiàng)目活動(dòng)中存在的不足，并對(duì)項(xiàng)目計(jì)劃和成果進(jìn)行完善。迭代優(yōu)化的目的是呈現(xiàn)更完美的作品，是培養(yǎng)師范生工程思維、逆向思維與藝術(shù)思維的過程，師范生及共同體在分析其他共同體對(duì)作品的評(píng)價(jià)基礎(chǔ)上，對(duì)作品進(jìn)行再次評(píng)估與測(cè)試，思考存在的不足之處與項(xiàng)目過程中尚未解決的問題，在共同體的支持下尋求解決辦法。

（二）師范生作為教授者——“教”的U型活動(dòng)

1.核心層

活動(dòng)框架最內(nèi)層的核心層指向的STEM素養(yǎng)是“教”的U型活動(dòng)的最終目的。在此活動(dòng)階段，師范生角色由學(xué)習(xí)者轉(zhuǎn)變?yōu)榻淌谡?，需將所學(xué)知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)轉(zhuǎn)化為教的技能，師范生只有扎實(shí)掌握前一階段所學(xué)內(nèi)容，關(guān)注不同知識(shí)點(diǎn)之間的內(nèi)在聯(lián)系，理解跨學(xué)科課程的邏輯關(guān)系與框架體系，才能以合格的教授者的角色參與“教”的U型活動(dòng)。

2.驅(qū)動(dòng)層

教學(xué)活動(dòng)是為師范生的STEM素養(yǎng)發(fā)展而服務(wù)的，依托驅(qū)動(dòng)層師范生的STEM知識(shí)、STEM思維、STEM技能、STEM價(jià)值觀四要素組織教學(xué)活動(dòng)，有利于師范生STEM素養(yǎng)的有機(jī)整合，促進(jìn)師范生從多視角、多學(xué)科出發(fā)，解決實(shí)際問題并參與教學(xué)活動(dòng)，實(shí)現(xiàn)自我價(jià)值。

3.應(yīng)用層與系統(tǒng)層

系統(tǒng)層將U型教學(xué)活動(dòng)劃分為還原與下沉、經(jīng)驗(yàn)與探究、反思與上浮三個(gè)階段。其中，還原與下沉是師范生將前一階段所學(xué)知識(shí)外化，學(xué)以致用，以知促行的過程；經(jīng)驗(yàn)與探究是檢驗(yàn)師范生STEM素養(yǎng)遷移、運(yùn)用、深度加工的主要階段；反思與上浮是師范生將教的知識(shí)與技能內(nèi)化的過程，其生成的知識(shí)與經(jīng)驗(yàn)用以指導(dǎo)教學(xué)過程的完善與改進(jìn)，促使師范生STEM素養(yǎng)的深度發(fā)展。應(yīng)用層在系統(tǒng)層的宏觀指導(dǎo)下，為實(shí)現(xiàn)核心層的活動(dòng)目標(biāo)提供了具體的教學(xué)活動(dòng)，以期檢驗(yàn)師范生STEM教學(xué)技能的實(shí)踐與應(yīng)用，真正實(shí)現(xiàn)用以促學(xué)，學(xué)用相長(zhǎng)。

（1）還原與下沉（STEM素養(yǎng)的外化）

在“教”的U型活動(dòng)中，還原與下沉的本質(zhì)是師范生通過教學(xué)活動(dòng)，輔助學(xué)習(xí)者將目標(biāo)知識(shí)、技能與個(gè)人經(jīng)驗(yàn)建立有意義的聯(lián)系，指導(dǎo)學(xué)習(xí)者對(duì)學(xué)習(xí)內(nèi)容進(jìn)行初步理解。這一階段是師范生STEM知識(shí)與教學(xué)技能的外化過程，是將先前所學(xué)內(nèi)容還原為教學(xué)技能，并應(yīng)用到實(shí)踐的體現(xiàn)，是實(shí)現(xiàn)經(jīng)驗(yàn)與探究活動(dòng)的前提。該階段師范生需將教學(xué)內(nèi)容及情境融入教學(xué)活動(dòng)，將抽象知識(shí)“下沉”為具象知識(shí)，建立知識(shí)與經(jīng)驗(yàn)的關(guān)聯(lián)性，促進(jìn)學(xué)習(xí)者的STEM知識(shí)內(nèi)化與技能提升。

①明確項(xiàng)目

項(xiàng)目活動(dòng)的設(shè)計(jì)應(yīng)基于學(xué)習(xí)者已有認(rèn)知和STEM經(jīng)驗(yàn)，在師范生的整體把控下促進(jìn)師范生和學(xué)習(xí)者的能力共進(jìn)。明確項(xiàng)目環(huán)節(jié)師范生需要幫助學(xué)習(xí)者將復(fù)雜的問題或任務(wù)進(jìn)行分解，這是運(yùn)用計(jì)算思維和工程思維解決問題的體現(xiàn)。

②情境創(chuàng)設(shè)

STEM思維的發(fā)展需要具體活動(dòng)的支持，創(chuàng)設(shè)真實(shí)的情境能夠促進(jìn)學(xué)習(xí)者對(duì)項(xiàng)目的理解，情境創(chuàng)設(shè)環(huán)節(jié)要求師范生對(duì)項(xiàng)目整體理解透徹，并熟知各環(huán)節(jié)可能用到的知識(shí)和技能，從而引導(dǎo)學(xué)習(xí)者在情境中發(fā)現(xiàn)問題、主動(dòng)思考、內(nèi)化知識(shí)、強(qiáng)化技能、完善認(rèn)知體系，促進(jìn)學(xué)習(xí)者的有意義學(xué)習(xí)。

③導(dǎo)入新知

師范生可通過多種形式進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容的導(dǎo)入，營(yíng)造和諧、活潑的學(xué)習(xí)氛圍，根據(jù)教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)環(huán)境以及師范生的自身特點(diǎn)，在具體教學(xué)情境下可選擇直接導(dǎo)入法或間接導(dǎo)入法。

（2）經(jīng)驗(yàn)與探究（STEM素養(yǎng)的遷移）

經(jīng)驗(yàn)與探究階段，是師范生作為教授者對(duì)STEM素養(yǎng)的自我加工過程，是運(yùn)用STEM素養(yǎng)指導(dǎo)學(xué)習(xí)者參與項(xiàng)目式教學(xué)活動(dòng)的過程，是對(duì)STEM知識(shí)和STEM技能進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)化、再理解與融合遷移的過程，是與學(xué)習(xí)者進(jìn)行深度交互、與共同體探究體驗(yàn)項(xiàng)目活動(dòng)的過程。思維激發(fā)、適時(shí)引導(dǎo)、答疑解惑三個(gè)環(huán)節(jié)可以有效促進(jìn)師范生對(duì)STEM相關(guān)內(nèi)容的領(lǐng)悟、意義建構(gòu)與高階思維發(fā)展。

①思維激發(fā)

培養(yǎng)和發(fā)展學(xué)習(xí)者的STEM構(gòu)建思維、STEM應(yīng)用思維、STEM批判思維以及創(chuàng)新思維是雙U型教學(xué)活動(dòng)的目標(biāo)之一。具有不同認(rèn)知結(jié)構(gòu)和思維方式的學(xué)習(xí)者對(duì)問題有不同的理解，尋求共同體間不同學(xué)習(xí)者對(duì)問題理解的“求同”與“存異”的動(dòng)態(tài)平衡過程，能夠有效激發(fā)學(xué)習(xí)者思維能力與深度學(xué)習(xí)能力的發(fā)展。師范生通過多種教法引導(dǎo)、深化學(xué)習(xí)者多維思維的發(fā)展，給予充分的平臺(tái)使其進(jìn)行自我展示[13]，喚起學(xué)習(xí)者良好的自我效能感與學(xué)習(xí)滿足感。

②適時(shí)引導(dǎo)

學(xué)習(xí)者的自主探究需要教授者的引導(dǎo)，恰如其分的引導(dǎo)可以保證項(xiàng)目活動(dòng)按照預(yù)期方向和節(jié)奏進(jìn)行，使探究活動(dòng)更加高效。實(shí)現(xiàn)有意義的引導(dǎo)作用要求師范生熟知教學(xué)活動(dòng)的各個(gè)環(huán)節(jié)及相關(guān)知識(shí)。當(dāng)學(xué)習(xí)者在自主探究過程中難以推進(jìn)或遇到困難時(shí)，師范生的適時(shí)引導(dǎo)可以提高教學(xué)活動(dòng)的效率。

③答疑解惑

答疑并非師范生將問題答案直接呈現(xiàn)給學(xué)習(xí)者，而是從學(xué)習(xí)者對(duì)問題的理解中發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)者困惑的原因，從而找到突破口，因材施教，給予學(xué)習(xí)者適當(dāng)?shù)狞c(diǎn)撥。有效的答疑解惑能夠助力學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)和項(xiàng)目活動(dòng)的進(jìn)行，也能促進(jìn)師范生對(duì)STEM素養(yǎng)內(nèi)化、遷移，促使其不斷提升知識(shí)儲(chǔ)備的廣度與深度。

（3）反思與上?。⊿TEM素養(yǎng)的內(nèi)化）

反思與上浮階段包括多元評(píng)價(jià)、總結(jié)強(qiáng)化、反思提升三個(gè)環(huán)節(jié)，是反思性思維的過程，是將綜合了學(xué)習(xí)與實(shí)踐活動(dòng)的STEM素養(yǎng)和教學(xué)技能進(jìn)行內(nèi)化和升華的過程，在這個(gè)過程中，師范生將實(shí)踐所得內(nèi)化為個(gè)人經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)行自我建構(gòu)并獲得認(rèn)知的意義增值。

①多元評(píng)價(jià)

評(píng)價(jià)是教學(xué)活動(dòng)的重要組成部分，評(píng)價(jià)的設(shè)計(jì)應(yīng)依據(jù)評(píng)價(jià)對(duì)象、項(xiàng)目?jī)?nèi)容、評(píng)價(jià)目的進(jìn)行。師范生引導(dǎo)學(xué)習(xí)者從全方位、多維度進(jìn)行評(píng)價(jià)，提高學(xué)習(xí)者STEM評(píng)價(jià)能力。評(píng)價(jià)環(huán)節(jié)要重視學(xué)習(xí)者對(duì)項(xiàng)目活動(dòng)的評(píng)價(jià)，通過學(xué)習(xí)者參與項(xiàng)目的實(shí)際感受[14]，師范生能夠發(fā)現(xiàn)項(xiàng)目活動(dòng)的不合理之處，進(jìn)而不斷改進(jìn)、優(yōu)化下一次教學(xué)活動(dòng)的設(shè)計(jì)。

②總結(jié)強(qiáng)化

項(xiàng)目活動(dòng)結(jié)束后，師范生與學(xué)習(xí)者進(jìn)行學(xué)習(xí)總結(jié)。師范生作為教授者，從課堂參與度與學(xué)習(xí)效果對(duì)學(xué)習(xí)者表現(xiàn)進(jìn)行總結(jié)，并以辯證的眼光對(duì)教學(xué)活動(dòng)進(jìn)行總結(jié)，找到項(xiàng)目活動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)與存在的不足。學(xué)習(xí)者用批判性的思維對(duì)自我表現(xiàn)和項(xiàng)目參與感受進(jìn)行總結(jié)，總結(jié)的過程有利于學(xué)習(xí)者將新舊知識(shí)建立聯(lián)系，通過自組織、自參與實(shí)現(xiàn)知行轉(zhuǎn)化，發(fā)展、完善認(rèn)知體系。

③反思提升

項(xiàng)目總結(jié)之后，師范生要為學(xué)習(xí)者提供反思的維度，如問題解決過程、問題解決方法、成果的設(shè)計(jì)與制作等，引導(dǎo)學(xué)習(xí)者對(duì)在項(xiàng)目活動(dòng)中學(xué)習(xí)表現(xiàn)進(jìn)行自我反思，實(shí)現(xiàn)自我提升。師范生根據(jù)教學(xué)活動(dòng)的進(jìn)程，對(duì)教學(xué)活動(dòng)設(shè)計(jì)進(jìn)行整體回顧與反思，分析是否有活動(dòng)流程或步驟不夠完善、學(xué)習(xí)者參與方面是否存在問題，同時(shí)總結(jié)自身STEM知識(shí)、STEM技能的運(yùn)用與STEM思維、STEM價(jià)值觀的發(fā)展、教學(xué)活動(dòng)的成功經(jīng)驗(yàn)，以待下次更好地設(shè)計(jì)教學(xué)活動(dòng)。

三、面向師范生STEM素養(yǎng)培養(yǎng)的雙U型教學(xué)活動(dòng)實(shí)踐

為檢驗(yàn)面向師范生STEM素養(yǎng)培養(yǎng)的雙U型教學(xué)活動(dòng)框架的實(shí)用性與適用性，研究利用“信息技術(shù)與課程整合”課程實(shí)踐課時(shí)進(jìn)行“教學(xué)媒體的嬗變”和“信息傳遞的‘生命線’”兩個(gè)教學(xué)項(xiàng)目的實(shí)踐。研究以“信息傳遞的‘生命線’”項(xiàng)目為例，選擇Q大學(xué)2019級(jí)教育技術(shù)學(xué)一班的師范生作為研究對(duì)象，共30人，按照各組成員先前經(jīng)驗(yàn)、能力水平盡量均等的原則將其分成5組，每組6人，開展20課時(shí)的教學(xué)實(shí)踐。

（一）項(xiàng)目實(shí)踐過程

通過生活經(jīng)驗(yàn)和先前課程學(xué)習(xí)，師范生對(duì)信息和信息傳遞已有一定的知識(shí)基礎(chǔ)?！靶畔鬟f的‘生命線’”項(xiàng)目的設(shè)計(jì)以電報(bào)機(jī)到無線電報(bào)機(jī)的發(fā)展作為項(xiàng)目主線，并探究其為什么能“無線”傳電，基于此，將項(xiàng)目分解為三個(gè)子項(xiàng)目：電報(bào)機(jī)、無線電報(bào)機(jī)、無線傳電。其中，師范生作為學(xué)習(xí)者參與電報(bào)機(jī)子項(xiàng)目與無線電報(bào)機(jī)子項(xiàng)目，以教授者身份參與無線傳電子項(xiàng)目的實(shí)施。

電報(bào)機(jī)子項(xiàng)目共計(jì)6課時(shí)。在還原與下沉環(huán)節(jié)，通過觀看電報(bào)機(jī)的視頻片段，引發(fā)師范生的認(rèn)知沖突，促使師范生思考電報(bào)機(jī)如何實(shí)現(xiàn)信息傳遞。在經(jīng)驗(yàn)與探究環(huán)節(jié)中，師范生將電報(bào)機(jī)的制作過程分解成一系列邏輯上遞進(jìn)的小任務(wù)，根據(jù)需要搜集、篩選、整合、利用互聯(lián)網(wǎng)資源對(duì)電報(bào)機(jī)如何實(shí)現(xiàn)信息傳遞、能夠?qū)崿F(xiàn)怎樣的信息傳遞進(jìn)行探究，學(xué)習(xí)共同體討論任務(wù)安排并合理分工，通過不斷的組裝、試驗(yàn)得到作品。在反思與上浮環(huán)節(jié)，共同體代表進(jìn)行成果分享，共同體間對(duì)電報(bào)機(jī)進(jìn)行評(píng)價(jià)并提出修改意見，共同體合理聽取他人的修改意見，借鑒他人的可取之處，對(duì)電報(bào)機(jī)作品進(jìn)行優(yōu)化和迭代。

無線電報(bào)機(jī)子項(xiàng)目共計(jì)6課時(shí)。還原與下沉環(huán)節(jié)，師范生思考無線電報(bào)機(jī)實(shí)現(xiàn)信息傳遞原理、無線電報(bào)機(jī)的特點(diǎn)和適用情境。經(jīng)驗(yàn)與探究環(huán)節(jié)，師范生將無線電報(bào)機(jī)裝置的制作分解成一系列小任務(wù)，并對(duì)無線電報(bào)機(jī)如何實(shí)現(xiàn)信息傳遞、能夠?qū)崿F(xiàn)怎樣的信息傳遞進(jìn)行探究。在反思與上浮環(huán)節(jié)回顧操作過程，通過成果分享、評(píng)價(jià)進(jìn)行反思。

師范生STEM素養(yǎng)和教學(xué)能力的形成是一個(gè)漫長(zhǎng)而復(fù)雜的過程，師范生真正走上講臺(tái)還需要大量的理論與實(shí)踐的積累。因此，無線傳電項(xiàng)目的實(shí)施以微格教學(xué)形式開展，共計(jì)8課時(shí)。作為教授者，在還原與下沉環(huán)節(jié)中，師范生進(jìn)行情境創(chuàng)設(shè)，并呈現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容，鼓勵(lì)學(xué)習(xí)者圍繞無線傳電的起源、無線傳電裝置是如何工作等問題進(jìn)行探索。在經(jīng)驗(yàn)與探究過程中，通過任務(wù)激發(fā)學(xué)習(xí)者的求知欲與探索欲，關(guān)注項(xiàng)目活動(dòng)進(jìn)程，對(duì)學(xué)習(xí)者探究與協(xié)作過程中出現(xiàn)的問題提供恰當(dāng)引導(dǎo)，輔助學(xué)習(xí)者的問題解決與項(xiàng)目探究。反思與上浮環(huán)節(jié)引導(dǎo)學(xué)習(xí)者開展科學(xué)化、多元化評(píng)價(jià)，并組織學(xué)習(xí)者進(jìn)行總結(jié)與反思。

（二）應(yīng)用效果分析

1.課堂觀察分析

在“信息傳遞的‘生命線’”教學(xué)活動(dòng)中，各小組內(nèi)成員分工明晰，各司其事，各盡其責(zé)，同時(shí)又通力合作，協(xié)同配合，形成和諧、有序的協(xié)作與競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系。一組師范生整體表現(xiàn)出色，動(dòng)手能力強(qiáng)，組裝速度最快，但由于急于求成導(dǎo)致裝置稍有問題，不過一組能夠虛心請(qǐng)教，在教師的引導(dǎo)下及時(shí)解決問題，并能夠進(jìn)行總結(jié)與反思。二組師范生分工明確，各司其職，但不夠細(xì)心，相似零件拿錯(cuò)后導(dǎo)致組裝失敗，但相比上一項(xiàng)目時(shí)有很大進(jìn)步。五組師范生對(duì)待活動(dòng)非常認(rèn)真，前期計(jì)劃安排得當(dāng)、有序，活動(dòng)記錄詳細(xì)，雖然在組裝后出現(xiàn)了問題，但在三組的幫助下，很快解決了問題?？偟膩碚f，在組裝過程中，師范生積極性雖高，但操作經(jīng)驗(yàn)和動(dòng)手能力尚有不足，在今后的學(xué)習(xí)與實(shí)踐中，教師應(yīng)為師范生提供與其能力相適應(yīng)的實(shí)踐機(jī)會(huì)，推動(dòng)師范生STEM素養(yǎng)和實(shí)踐能力的最大化發(fā)展。

2.項(xiàng)目作品分析

項(xiàng)目作品作為師范生參與雙U型教學(xué)活動(dòng)的可視化載體，能夠反映師范生項(xiàng)目過程中探究、協(xié)作以及交流表達(dá)等方面的表現(xiàn)，全面體現(xiàn)師范生的學(xué)習(xí)與操作效果，教師組織師范生進(jìn)行成果分享，并對(duì)作品做出評(píng)價(jià)。教師根據(jù)STEM素養(yǎng)的要求、教學(xué)活動(dòng)的要求、師范生技能的要求制定項(xiàng)目作品評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)。

從創(chuàng)新性、問題解決能力、跨學(xué)科性、實(shí)踐能力、藝術(shù)性、小組合作表現(xiàn)、匯報(bào)交流情況等維度對(duì)“信息傳遞的‘生命線’”項(xiàng)目作品進(jìn)行評(píng)價(jià)，包括小組自評(píng)、小組互評(píng)、教師評(píng)價(jià)。對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行解讀、分析，發(fā)現(xiàn)各組綜合能力在較為均衡的狀態(tài)中也各有所長(zhǎng)。一組在跨學(xué)科實(shí)踐和小組匯報(bào)方面有所提升；二組同學(xué)在藝術(shù)審美方面比較優(yōu)秀；三組實(shí)踐能力較強(qiáng)；四組同學(xué)在小組協(xié)作、匯報(bào)交流表現(xiàn)優(yōu)異，但創(chuàng)新性較弱；五組同學(xué)小組合作和交流表達(dá)方面明顯優(yōu)于其他小組。

3.調(diào)查數(shù)據(jù)分析

實(shí)驗(yàn)前后通過量表與非結(jié)構(gòu)化問卷形式對(duì)師范生STEM認(rèn)知和STEM思維進(jìn)行調(diào)查，對(duì)問卷量表題目進(jìn)行信度分析和效度分析，前測(cè)問卷的Cronbachα系數(shù)為0.843，后測(cè)問卷的Cronbachα系數(shù)為0.823，兩份問卷信度均大于0.8，內(nèi)在一致性良好。通過文獻(xiàn)調(diào)研和專家咨詢，得到專家的認(rèn)可，問卷內(nèi)容效度良好。對(duì)前測(cè)問卷和后測(cè)問卷的量表題目進(jìn)行KMO檢驗(yàn)，KMO值分別為0.847和0.831，說明問卷結(jié)構(gòu)效度較好。前測(cè)問卷發(fā)放30份，回收有效問卷30份；后測(cè)問卷發(fā)放30份，回收有效問卷30份。

（1）STEM認(rèn)知對(duì)比

使用SPSS 24.0進(jìn)行探索分析和Q-Q圖檢驗(yàn)，觀察師范生STEM認(rèn)知前后測(cè)量是否符合正態(tài)分布。表2（見下頁(yè)）所示為正態(tài)性檢驗(yàn)結(jié)果，以Shapiro-Wilk檢驗(yàn)為準(zhǔn)，前測(cè)數(shù)據(jù)顯著性為0.439，大于0.05，后測(cè)數(shù)據(jù)顯著性為0.328>0.05，服從正態(tài)分布。

表2 STEM認(rèn)知前測(cè)正態(tài)性檢驗(yàn)

又經(jīng)過期望值檢驗(yàn)，大部分點(diǎn)在直線附近，可以認(rèn)為前測(cè)數(shù)據(jù)和后測(cè)數(shù)據(jù)均符合正態(tài)分布。因此，師范生STEM認(rèn)知前后測(cè)量呈正態(tài)分布，可以進(jìn)行配對(duì)樣本T檢驗(yàn)。根據(jù)配對(duì)樣本統(tǒng)計(jì)分析，前測(cè)平均值為3.122分，通過參與面向師范生STEM素養(yǎng)培養(yǎng)的項(xiàng)目式教學(xué)活動(dòng)，師范生后測(cè)平均值提高至3.526分，如表3所示。

表3 STEM認(rèn)知前后測(cè)配對(duì)樣本統(tǒng)計(jì)

根據(jù)表4可知，Sig.=0.000，顯著小于0.01，前測(cè)與后測(cè)存在顯著性差異，由此可以判斷，經(jīng)過面向師范生STEM素養(yǎng)培養(yǎng)的雙U型教學(xué)活動(dòng)，師范生STEM認(rèn)知有所發(fā)展。

表4 STEM認(rèn)知前后測(cè)配對(duì)樣本T檢驗(yàn)

（2）STEM思維對(duì)比

思維的發(fā)展難以用量表進(jìn)行測(cè)量，前測(cè)問卷與后測(cè)問卷均設(shè)置相似的生活情境問題，通過前、后測(cè)對(duì)比來觀測(cè)師范生STEM思維的發(fā)展。

前測(cè)中，師范生遇到問題更多希望通過尋求他人幫助來解決問題，而經(jīng)過雙U型教學(xué)活動(dòng)，更多的師范生選擇自己動(dòng)手實(shí)踐來解決問題，在操作中出現(xiàn)問題會(huì)先檢查自己的操作步驟，從自身尋找問題。這表明面向師范生STEM素養(yǎng)培養(yǎng)的雙U型教學(xué)活動(dòng)有效提高了師范生的探索欲和實(shí)踐欲，促進(jìn)師范生操作能力和批判性思維的發(fā)展。此外，經(jīng)過項(xiàng)目學(xué)習(xí)的師范生能夠更加客觀地看待問題，具有較強(qiáng)的辯證思維和批判思維，能夠從問題的實(shí)際需求出發(fā)，根據(jù)需要進(jìn)行計(jì)劃、安排來解決問題。

4.微格教學(xué)分析

為更清晰地檢驗(yàn)師范生對(duì)教學(xué)能力的掌握，采用微格實(shí)踐的方式對(duì)師范生進(jìn)行訓(xùn)練。邀請(qǐng)2位高校教師和1位STEM教師對(duì)30位師范生的微格視頻進(jìn)行評(píng)分，相較上一項(xiàng)目，整體來說有所進(jìn)步。

對(duì)30名師范生兩次微格教學(xué)評(píng)價(jià)得分進(jìn)行分析可知，參與項(xiàng)目活動(dòng)的師范生微格教學(xué)平均分由82.33增至84.28分，說明班級(jí)整體教學(xué)水平有所提高，師范生將理論應(yīng)用于教學(xué)實(shí)踐的能力在不斷提高，反映出師范生在STEM教學(xué)技能方面的積極效果。具體分析師范生兩次得分情況變化，絕大多數(shù)師范生評(píng)分呈上升趨勢(shì)。個(gè)別師范生評(píng)分有所下降，主要原因是“信息傳遞的‘生命線’”項(xiàng)目涉及物理科目的相關(guān)知識(shí)，師范生難以迅速掌握，導(dǎo)致教學(xué)表現(xiàn)稍有遜色。總的來說，刨除個(gè)別因素，師范生教學(xué)能力隨項(xiàng)目實(shí)踐的過程不斷提升。

四、結(jié)語(yǔ)

教學(xué)、學(xué)習(xí)與實(shí)踐是一個(gè)永恒的研究話題，它不僅推動(dòng)著普通高等教育活動(dòng)不斷向前發(fā)展，在師范生教育中更是方興未艾，以其獨(dú)特的發(fā)展引領(lǐng)力和深厚的研究底蘊(yùn)滋潤(rùn)著師范生教育的發(fā)展。研究從跨學(xué)科知識(shí)整合的角度出發(fā)，構(gòu)建面向師范生STEM素養(yǎng)培養(yǎng)的雙U型教學(xué)活動(dòng)框架，設(shè)計(jì)“信息傳遞的‘生命線’”教學(xué)項(xiàng)目并將其應(yīng)用于實(shí)踐，通過課堂觀察、項(xiàng)目作品評(píng)價(jià)、問卷調(diào)查、微格教學(xué)等方式對(duì)師范生的學(xué)習(xí)效果進(jìn)行全方位、多角度的驗(yàn)證與分析。實(shí)踐證明，面向師范生STEM素養(yǎng)培養(yǎng)的雙U型教學(xué)活動(dòng)能夠激發(fā)師范生的主動(dòng)學(xué)習(xí)和探索欲望，使師范生獲得自我認(rèn)同感，實(shí)現(xiàn)師范生STEM知識(shí)、STEM思維、STEM技能、STEM價(jià)值觀的發(fā)展，師范生通過雙U型教學(xué)活動(dòng)能夠更高效地進(jìn)行理論與實(shí)踐的轉(zhuǎn)化并將所學(xué)內(nèi)容應(yīng)用于教學(xué)實(shí)踐。