还学生一个完整的学习历程——STEM课程的实践与思考

关注跨学科综合学习、主题化学习及实践活动课程是世界教育改革发展方向。2015年7月，北京市推出了《义务教育课程设置实验方案》，其突出的特点在于关注课程的综合化、主题化的发展趋势，强调课程整体育人的功能和价值。那么，为什么各国纷纷开展这种以课程综合化为目标的课程改革呢？这恐怕要从分科课程与综合课程的区别和联系说起。分科课程是指从不同门类的学科中选取知识，按照一定的逻辑体系，以分科教学的形式向学生传授知识的课程。其优点主要表现在有助于学生简捷有效地获取学科系统知识。但是，分科课程容易导致轻视学生的需要、经验和生活，容易导致学科与学科之间的割裂，从而限制了学生的视野，限制了学生思维的广度。STEM课程强调课程的融合性，正弥补了分科课程的缺陷。

在小学阶段，虽然学生的知识积累较为有限，但是要通过适切的内容和适合的授课方式，让学生养成STEM思维习惯，在复杂的情境中发现问题，主动采取合作的方式寻求问题解决的路径，勇于试错，在积极的创新过程中收获知识、技能和良好的态度。

厘定STEM课程目标

STEM课程的基本目标是培养学生的“数学、科学、工程、技术”四种素养，我们把其称为“STEM素养”，它是个体在科学、技术、工程和数学领域以及相关交叉领域中运用个人关于现实世界运行方式的知识的能力。课程具体目标为：掌握科学、技术、工程和数学领域的基本知识，运用各领域知识发现、解决实际问题；理解STEM各领域的学科特征，能自觉运用探究、设计和分析等方式和手段解决问题；认识到STEM各领域是构成人类社会、物质财富、社会财富以及文化的重要组成部分；将人类社会中与科学、技术、工程和数学相关的问题视为与现代社会公民自身密切相关的事物，积极运用STEM知识与技能参与各类问题的解决。

把握STEM课程设计原则

STEM课程中“数学、科学、工程、技术”等学科的教学必须紧密相连，以主题的方式引导学生掌握知识和技能，并能进行灵活的迁移和应用来解决真实世界的问题。因此STEM课程设计的基本原则为：综合性、趣味性、体验性、情境性、协作性。

综合性。在STEM课程的开发中，不再将重点放在某个特定学科或者过于关注学科界限，而是将重心放在特定问题上，强调利用科学、技术、工程、数学等学科相互关联的知识解决问题，实现跨越学科界限、从多学科知识综合应用的角度提高学生解决实际问题的能力的教育目标。

趣味性。STEM教育在实施过程中要把多学科知识融于有趣、具有挑战性、与学生生活相关的问题中，问题和活动的设计要能激发学习者内在的学习动机，问题的解决要能让学生有成就感，把STEM教育内容游戏化，将基于探索和目标导向的学习嵌入游戏中，从而激发学生的学习兴趣。

体验性。STEM教育不仅主张通过自学或教师讲授习得抽象知识，更强调学生动手、动脑，参与学习过程。STEM提供了学生动手做的学习体验，学生应用所学的数学和科学知识应对现实世界问题，创造、设计、建构、发现、合作并解决问题。因此，要尽可能设计贴近学生生活，基于现实的、开放式的、探究性的活动，每次活动不少于三分之二的时间用于学生动手实践，激发学生的求知欲和探索欲。

情境性。STEM课程强调知识是学习者通过学习环境互动建构的产物，而非来自于外部的灌输。情境是教学重要而有意义的组成部分，学习受具体情境的影响，情境不同，学习也不同。只有当学习镶嵌在运用该知识的情境之中，有意义的学习才可能发生。教师在设计STEM教育项目时，项目的问题一方面要基于真实的生活情景，另一方面又要蕴含所要教的结构化知识。

合作性。STEM课程强调在群体协同中相互帮助、相互启发，进行群体性知识建构。在完成任务的过程中，学生需要与他人交流和讨论。因此项目设计要让学生以小组为单位，共同搜集和分析学习资料，提出和验证假设，评价学习成果；同时，学习者通过会话商讨如何完成规定的学习任务。

精心筛选课程内容

在课程的建设中，我们以小学“数学教材和科学教材”为蓝本，打破学科之间的界限，以主题的形式呈现，关注学生的学习兴趣、学习规律，给学生足够的自主探究的时间和空间，让学生体验、感受学习的乐趣。在1～3年级，每个年级设计出了30个学习项目，每个项目的学时为80分钟。

我们所设计的90个STEM课程内容，并不是科学、技术、工程和数学教育的简单叠加，而是将四门学科内容组合形成有机整体，将多个学科内容“融合”成一个关键概念和技能。这些内容体现了跨学科整合，有利于培养学生对事物的整体认识能力，有利于培养学生的动手操作能力和实践创新能力。

搭建合理课程结构

STEM不是一个“新”学科，它通过强调STEM的四种“素养”，将这数学、科学、工程、技术四门课程联系起来从整体角度进行教学，从而建设更加有意义、更加有兴趣的课堂。因此，我们分低、中、高三个年级段对课程进行整体设计和定位。（见下表）

STEM课程学科整合设计

STEM课程是将技术和工程实践融合在现有的数学和科学课程中，通过运用与年级水平相符的挑战性问题，引导学生完成任务，促进其四种素养的提升。值得一提的是，我们并没有硬性要求STEM的四个学科在每个单元模块都要进行整合，在很多主题模块中只是将四个学科中的两个或者三个融入教学中。

有效组织课程实施

STEM跨学科整合最核心、最重要的工作是项目或问题的设计，如果没有良好的结构化项目设计，会导致学习困难、效率不高、挫折感强、学习收获不大等系列问题。下面结合三年级《让你的小船飘起来》为例，说明STEM课程的教学实施。

（一）教学情况分析

在教学设计前期，教师需要对以下三个方面进行细致分析：

教学目标。本项目涉及科学、数学两个学科中“浮力”“统计”2个知识点，以及绘图、制作等工程技术问题，因此，我们将教学目标确定为：引导学生在解决问题中将浮力、统计等概念和技能在学科间构建起桥梁。

学习者特征。三年级的学生在科学课中对于“浮力”已经有了初步认识，在数学课上也已经学习过简单的统计知识，但是如何把他们所学的知识和真实的问题情境建立联系，引导他们利用已有的知识和技能解决问题，是本次项目学习的难点。

跨学科知识地图（学习内容）。

（二）学习任务设计

学习任务是整个STEM课程设计的核心。STEM教学需要学习者置身于真实、非虚构的学习任务中。学习任务可以是问题或项目。要设计连续性的复杂问题，并要求学习者采取主动建构真实情境下的学习方式。本项目设计的任务是：使用铝箔造一艘船，同时让这艘船承载尽可能多的重物；选择一个想法，画出制作小船的设计简图；制作小船，开始实验，填写记录表；将表格中的数据以条形统计图的方式呈现出来，并说出哪种情况承载重物最多；你的计划开展得如何，问题得到解决了吗？怎样让你的计划变得更好？

（三）工具与资源设计

学习环境设计主要包括教学中需要用到的设备、器材和各种信息化工具。本节课需要的材料为：长宽30厘米的正方形铝箔、盛水容器、水、弹珠（或多种可计重的物体，如骰子、计数器等）。

（四）学习支架设计

STEM教育重视学习者学习主体地位的同时，也不忽视教师的指导作用。STEM教师既需要保持对各个教学环节的控制、管理、帮助和指导，又需要从课堂主角变为幕后导演，成为学生意义建构的帮助者、促进者。本节课教师设计了如下问题，以便为学生提供更好的帮助。

1.根据你已有的知识，关于小船漂浮你了解哪些内容？

2.如果要完成制作小船的任务，你还需要知道哪些内容才能开始任务？你能做哪些内容？现在请将你还不清楚的问题写下来，并在旁边写下它的答案。

3.选择一个想法，画出制作小船的设计简易图，如果不成功请总结原因并再进行尝试。

4.制作小船，开始实验，填写下表。

5.请总结经验，调整改进，继续实验填写下表。

6.分析数据：将表格中的数据以条形统计图的方式呈现出来，并找出哪种情况承载重物最多？说明原因。

学生在问题解决过程中，不同学生所采用的学习路径、遇到的困难也不相同，教师需针对不同情况给予及时反馈和帮助，指导学生开展独立探索或协作，调动学生参与的主动性；学生在自主学习中，面对丰富的信息资源易出现学习行为与学习目标的偏离，对此教师要在问题解决过程中设置关键的控制点，规范学生学习，同时也有利于学生反思、深化所学知识。

总之，我们开发STEM课程的初衷是想还学生一个完整的学习历程，通过引导学生参与各种与学生的生活实际联系密切的学习活动，让学生获得直接经验，从而提高学习效率。简单来说就是“我们将不再把抽象出来的间接经验传递给学生，而是让学生在活动中获得直接经验”。