普通高中“嵌入式”STEM项目 开发与实施策略

巫雪琴 王泰山

【摘 要】针对国内基础教育阶段STEM教育研究缺乏、师资缺乏、项目缺乏的情况，以及盲目炫技、一窝蜂跟进的现状，本文结合近几年STEM教育探索经验，阐述在目前阶段开发“嵌入式”STEM项目的必要性与实施的可行性，介绍“嵌入式”STEM项目开发与设施策略。

【关键词】STEM教育；“嵌入式”STEM项目；设计与开发；实施

【中图分类号】 G434 【文献标识码】A

【论文编号】1671-7384（2019）01-064-05

STEM教育致力于学科知识的整合，以培养具有科学素养、技术素养、工程素养和数学素养，综合运用多学科知识解决实际问题的复合型创新人才为目标[1]。纵观国外的STEM教育，除了STEM特色学校外一般是融合在学科教学中的，体现为多个学科的教师互相协作。还有一种非常重要的角度看待STEM，即在K12阶段，STEM也应被当成一种教学法[2]。再分析我国目前STEM教育的实施情况，STEM项目与基础学科目前存在三种关系，一是STEM教育边缘化，二是STEM教育学科化，三是STEM教育理念融入学科。STEM教育在学校里大部分存在被边缘化的情况，行政部门也有意向由上而下推进学科化，但在目前阶段即使学科化，只要没有纳入升学系列，在基础教育阶段尤其是在普通高中的大部分学校都会遭受“束之高阁”的境遇，难以真正实施。因此，STEM项目的开发首先必须关注实施问题，关注由谁实施、能不能实施、愿不愿实施等一系列问题，不能一味追求高大上。项目内容需要接“地气”，需要考虑实施的可行性与普适性。

所谓“嵌入式”STEM项目，从开发的角度看，是指通过梳理和整合原有的基础型、拓展型以及研究型课程的相关内容，发现其中STEM项目的生长点。再由生长点出发，融合多学科知识，以解决实际问题为指向。“嵌入式”STEM项目内容虽然融合多学科知识，但是与现有课程体系中的某门学科有比较明确的交接点，执行者非常明确，可以解决实施者是谁的问题。

从实施的角度看，嵌入式STEM项目实施虽然需要融合多门学科知识，但是毕竟根系脉络清晰，且实施者有一定的知识储备，降低了实施的“门槛”，无论是教师还是学生都比较容易上手，解决了“能不能”的问题。由于 项目与原来的基础课程有交接点，项目的实施可以比较明显地提升学生对原有学科知识的理解水平与应用能力，因此师生实施的积极性会比较高，可以有效解决“肯不肯”的问题。此外，“嵌入式”STEM项目是根据现有学科的知识体系开发，所以可以很好地继承教材体系比较科学完善的优点。

“嵌入式”STEM项目的设计与开发

STEM项目跨学科整合最核心、最重要的工作是项目或问题的选择和设计。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[3]。

1.组建多元化团队

团队协助的方式可以有效弥补STEM项目的跨学科性与个人专业知识局限性之间的矛盾。因此STEM项目开发的第一步需要组建团队。团队需要依托工作室、相关课程基地、课题、项目等，骨干力量由理化生、地理、数学、技术等多学科的一线教师组成，同时邀请学科专家加盟，以便能从理论层面给予及时指导。

除了基地、课题等依托，对于系列项目的开发，还需要建立更为稳固的、更有针对性的协助组。以我校为例，建立校学科STEM项目开发工作组，每个学科可以建多个不同主攻方向的协助组，比如，针对教材的某部分、某专题。协助组采取主持人负责制，主持人确定协助组的名字、团队成员、主攻方向、项目开发与活动开展，部分理科协助组与实验室配套，有针对性地配备设备。实验室采取谁配备谁负责的方式进行管理，确保为项目服务。

2.获取多渠道资金支持

项目开发与实施都需要一定的经费支持，经费除了来自课程基地、工作室、课题、项目外，学校方面也需要有一定的投入，此外也可以争取多方社会力量如企业、社会组织的支持，采用共赢的方式进行合作。比如，我校与本地的某公司协作，公司方运营网络平台需要活动与项目的視频资料，而视频资料也可以免费给开发组使用，这种互补有利于项目的开发与实施。经费主要用于项目设计与实施过程中的器材与资料的购买、培训与展示活动开展等方面。

3.确定“嵌入式”STEM项目的体例

通过组织专家讲座、参加线上线下培训，提升团队成员STEM教育素养。组织团队从中外现有的经典案例入手，从框架到内容进行剖析，再结合“嵌入式”STEM项目的特点来确定项目体例。

梳理分析了近百个美国的STEM项目，笔者发现项目体例一般包括项目介绍、基本问题、项目目标、产品与交付成果、项目实施时序安排（时间线）、成果展示、项目反思。如果是产品制作，框架中还会提供所需要的材料与工具以及产品使用书，有些还有效果评估，体例不完全相同。每部分的具体写法特点不同：项目介绍主要包括项目背景、项目起源以及要达成怎样的效果。基本问题一般根据项目时序提出问题，在项目推进中寻找到答案来呼应前面的问题。项目目标会采用“学生将知道、学生将理解、学生将能够”这种层层深入的表示，有些类似知识目标、能力目标之类。

国内的项目框架形式更为多元，梳理其中比较有代表性的两种。一种分为“立项（创意、论证）、设计（剖析、方案）、实施（动手、测试）、展示（报告、分享）”四部分，另外一种分为“问题与聚焦、调查与研究、设计与制作、展示与评价、完善与拓展”五部分。

在分析国内外案例的基础上，笔者进一步研究STEM项目特点。专家把目前的STEM项目分为验证型、探究型、制造型、创造型[3]四种类型。验证型与探究型侧重探究，制造型与创造型侧重工程制造，此工程制造与一般制造的区别在于，其是在前期研究基础上的“造”，前期的研究提升了“造”的品质，对学生的意义重大。“嵌入式”STEM项目设计框架见图1。

在具体写作时，案例前面统一增加“学习目标”，这种写法借鉴国外STEM项目，结合“嵌入式”STEM项目特点在案例中增添项目内容与基础学科知识的交接点的描述，也就是交代“生长点”。项目结束增加师生“反思”部分。当然，针对不同的项目，结构也可以有增加或者删减。

4.明确“嵌入式”STEM项目案例的设计原则

STEM项目案例的设计需要在了解学生年龄特征、知识储备、技能水平的基础上，综合考虑实施条件、课程内容等因素来创建学习情景，设计学习活动。

（1）生长自教材，聚焦于生活

“嵌入式”STEM项目生长自教材，但无论主题还是情景设置都需要与学生的生活建立紧密联系，真实而且是学生有可能解决的实际问题，只有这样才能更好地激发学生内在的学习动机。在项目设计过程中，不再将重点放在某个特定学科或者过于关注学科界限，而是将重心放在与学生生活有密切联系的情景设置与活动设计上。

（2）设计与留白相结合

真实问题具有一定的复杂性和多样性，涉及多个领域的认知和技能，给学生带来很大的认知负荷。基础教育阶段的学生知识储备有限，当他们开始面对一个复杂的生活问题时，往往不知道如何下手，也不知道如何思考，可以用来进行项目体验的时间也有限，知识迁移就更难以实现。所以，需要教师通过提供合适的素材和从易到难的层次性的问题进行启发，引导学生经历发现问题、分析问题，为学习者完成项目指引思维路径。提供紧密联系的“背景经验学习”活动帮助学生了解与该问题或任务相关的科学知识和技能，帮助学生解决项目中问题疑问和困惑。可以说，“背景经验学习”活动是教师通过教学设计帮学生搭建的学习脚手架，学生通过攀爬这些脚手架积累起来的认知和经验，有助于学生完成项目中真实的问题[4]。

但是在这个过程中要注意留白，在项目设计过程中，需要确立学生为主体的思想，从项目的规划、设计到具体实施、测试、完善，各个阶段的设计中都需要适时“留白”，给学生留下思考的空间以及自主探索与设计的机会。

5.关注项目的普适性与“嵌入式”实施的可行性

（1）科学设计，课中课后相结合

鉴于当前普通高中的实际情况，为了确保项目实施的可行性，按照“嵌入式”实施来设计，就是在正常学科教学过程中实施项目。设计的时候课后与课中结合起来，项目课中实施时间安排在4～8节课为宜，需要集中展示、讨论与实验的部分放在课中。但是有些项目无法压缩，可以设计成分阶段，部分“嵌入式”实施，部分放到活动中实施，比如工程类项目一般实施周期比较长，可以前期探索用“嵌入式”实施，后期制作放到活动中实施。

（2）提供相关多学科知识参考

项目由团队设计，某学科老师实施，考虑某学科教师的跨学科知识储备与技能有局限，为了降低项目实施的门槛，设计项目的时候参与设计的老师须提供尽可能详实的背景资料以供参考。

（3）活动设计与接口预留相结合

项目实施预设“生长点”。考虑到项目的普适性，在项目设计尽可能完善的同时，部分环节给出提示或者建议，留出接口，让不同的教师可以在项目实施的时候方便地加入个性化的内容。

6.分步推进、形成系列

分步推进是策略，形成系列是目标。系列项目菜单式列出，在实施的过程中，教师才能更为便捷地根据教学内容与实际时机来选择实施的项目。

（1）多批次梳理，挖掘生长点

团队成员的STEM素养需要在项目设计与实施过程中慢慢提升起来，包括对于项目生长点的挖掘能力。初步以教材为主线进行梳理、整合挖掘生长点，选择其中最为明显的生长点，设计比较典型的项目。随着项目的不断开发，再不断梳理与挖掘其他生长点。

（2）示范先行，做中学

万事开头难，所以需要鼓励骨干教师先行。团队骨干结合个人兴趣选择一个比较方便拓展与实施的生长点。自己作为项目主要设计与负责人外，其他相关学科教师加盟协助，作为共同开发者。团队骨干作为主设计者，首先设计出项目的主体框架，协助者从本学科的角度出发进行完善。文本协作开发可以选择“一起写”或者“腾讯文档”等网络在线文档工具，用来提升工作效率。

开发的同时也要尝试实施，线上同步展示开发与实施过程，线下组织活动展示项目部分环节。团队成员共同参与，并且提出修改与改进意见，多次修改后获得团队认可的项目案例作为开发范式。示范项目打造的过程也是团队STEM素养整体提升的过程。

（3）以协作组为单位，全员跟进

在前期示范的基础上，各协作组主持人根据本组研究的重点进行组内分工，对本组成员做出要求，所有成员参与项目的设计与实施。开发也分多轮进行，起始阶段，根据个人兴趣选择团队成员最感兴趣的点进行开发。随着团队教师开发与实施水平的提高，进一步梳理与整合，继续开发以便形成系列。

“嵌入式”STEM项目的实施

STEM教育的实施是一个系统性工程，在具体实施时需要考虑校情、学情等多种因素。可以有专门的校本项目实施时间，也可以是假期活动时间。“嵌入式”STEM项目由于具有体量小、与学科教学相联系等特点，可以比较便捷地“挤”入正常教学中，是“生命力”相对顽强的项目。为了确保项目实施的效果，要注意以下几点。

一是体现以学生为主体，鼓励小组协作。“嵌入式”STEM项目案例设计比较详尽，但是在真正实施的时候，需要根据学生的特点，进行二次设计，尽可能地让学生动起来，体现学生在项目实施过程中的主体性。协作性是STEM项目的一个特点，项目的实施需要小组团队协作，学生在协作的过程中可以增强领导力、团队意识。

二是依托报告文本衔接课中与课后。“嵌入式”STEM项目需要利用正常教学的时间，分成课中与课后“见缝插针”地实施。课中与课后的内容如何衔接？可以通过强化项目实施不同阶段的调查报告、实验报告、研究报告、产品报告、成果报告的撰写。用文本的方式来记录课后方案的设计、项目的实施过程，资料与成果梳理。建议将集中讨论、展示、实验之类的环节放在课中。

三是关注集中交流与展示。交流与展示是学生口头表达能力、文字表达能力以及元认知得到提升的有效环节[5]。在交流与展示过程中，学生相互启迪、相互激励，他们的主题得以明确、方案得以完善、成果得以认可，由此而产生的认同感与成就感对于学生个人成长与能力提升的意义重大，同时也将极大地推动项目的实施。而不同阶段的集中讨论与展示作为一个节点起到控制项目实施进程的作用。展示的方式部分规定统一形式，部分可以开放，鼓励学生选择多种方式展示，如包括海报、PPT、微信、视频等。

四是关注评价量规的设计。评价量规的设计建议放在项目正式开始之前，在设计方案预设的基础上，由学生和教师共同细化，为学生个人或者团队应达到怎样的表现期望提供明确的标准[6] 。量规制定的过程也是共同行为准则的形成过程，对“产品”規格统一要求的过程。多维度、多主体的评价不仅能更加公正客观地反映学生的学习情况和发展水平，同时也为下一阶段的学习提供相应的帮助。

参考文献

[1][美]埃里克，布伦塞尔著.周雅明，王慧慧译.在课堂中整合工程和科学[M].上海：上海科技教育出版社，2016：68-74.

[2]美国专家谈STEM教育在中国如何落地[DB/OL].www.sohu.com/a/150602223_282974.

[3]杨元魁，叶兆宁.突破STEM教育中科学与工程的链接难题——基于工程问题解决的教学模式[J].人民教育，2018（10）.

[4]傅骞，刘鹏飞.从验证到创造——中小学STEM教育应用模式研究[J].中国电化教育，2016（4）：71-78+105.

[5]余胜泉.STEM教育理念与跨学科整合模式[J].开放教育研究，2015，21（4）：13.

[6]邵力旋.“生本”教育理念下基于项目的STEM教学评价路径研究[J].江苏教育研究，2018（6）：67-69.