“双创”背景下STEAM教育的理念与实践探析——以基础教育阶段创新创业教育为例

宗 艳

（深圳市罗湖区教育科学研究院，广东 深圳 518001）

在我国“大众创业，万众创新”政策指引下，全社会激发起了创新创业创造动能。未来新兴产业和新经济需要创新能力强、国际竞争力强的复合型人才，学校作为经济社会发展人才培养的重要基地，应该以提高学生创新创业意识和能力为目标，积极探索培养新时代“双创”人才的新模式。STEAM教育作为学校创新创业教育的重要渠道，能够强化新时代人才培养目标，对创新创业教育模式进行有效革新，同时能够深层次体现中国传承，为全球创新创业教育提供中国模式、中国经验[1]。

创新创业教育不是一蹴而就的教育，而是一个内涵丰富、系统完整的人才培养工程。目前，我国已开始逐步探索在基础教育阶段开展创新创业教育，中国国际“互联网+”大学生创新创业大赛近年来开设了面向高中学生的“萌芽赛道”，旨在推动形成各学段有机衔接的创新创业教育链条，发现和培养基础学科和创新创业后备人才[2]。在基础教育阶段开展基于“双创”背景的STEAM教育，能够有效推动学生的创新创业素质教育，引导学生开展创新性实践活动，从而打通创新创业人才培养各环节，为进入下一学段做好准备。

1 “双创”背景下STEAM教育的理念

STEAM教育是多学科交叉融合的一种教育形态，强调各学科之间知识的互相渗透，注重技能和高阶思维的培养。通过对2019年联合国教科文组织的第30号报告《探索21世纪STEM能力》的深度理解，可以得到STEAM教育活动的构建框架：STEAM教育要基于真实问题，以能力为本，深度融合科学、技术、工程、艺术、数学学科知识，并将五个学科的知识与技能统筹运用[3]。基于上述，结合创新创业特点，本文梳理出“双创”背景下的STEAM教育理念。

1.1 注重学生的社会参与，解决真实社会中的具体问题

“双创”背景下的STEAM教育以解决现实生活中的实际问题为目的，项目紧密融合学习、生活、社会实践，创造性地解决问题或提供解决思路，具有可预见的应用性与成长性。在真实问题情境中解决问题，能够激发学生的内在学习动机，充分发挥学生的自主能动性，使学生在不断探索中逐渐增强创新意识、形成创新思维，继而提升创新能力。在学生学习研究的过程中，学校还会鼓励学生走出校园，接触更多的社会需求，让项目更加成熟而有意义。

“双创”背景下的每个STEAM教育研究项目，在立项时都强调项目除了社会价值之外，一定要拥有明确的“商业价值”，形成面向市场的STEAM教育成果。基于“双创”背景的STEAM教育最终目标，是推动学校技术成果的市场转化和应用，并发展完善的创新创业教育生态体系。

1.2 讲求团队合作，提升学生的沟通协作能力

STEAM教育活动具有社会性，需要成员之间的交互。在共同学习目标环境中，成员之间的任务是复杂且相互关联的，需要有效的沟通协作来进行[4]。

“双创”背景下的STEAM教育活动几乎都是基于团队的形式开展，这种团队合作的学习模式，不仅可以培养学生的团队意识，还可以培养学生的自主探究、协作探究能力。在项目式学习活动中，帮助学生建立群体合作意识的重要性高于任务的完成[5]。在完成项目过程中，学生可以根据自身情况灵活安排学习内容，以师生、生生间合作探究的方式完成教学任务。教师可以通过小组内分工协作等形式引导学生完成任务目标，提升学生的协作学习能力、团队配合工作能力，培养善于协作的高素质人才。

1.3 运用项目式学习方式，设计以“产品”为目标的STEAM教育活动

项目式学习是一种任务驱动、项目导向的特定教学模式，强调学生以任务目标为导向进行自主学习。它注重的不仅是项目的最终结果，而且是学生通过完成项目获取知识以及技能的方法。建构主义理论认为，学生在真实情景中进行项目（任务）驱动的学习，能够使知识与技能在项目中连接，从而获得较好的学习效果[6]。

“双创”背景下的STEAM教育活动是基于“产品”目标开展的教育研究项目，是一个项目式学习的过程。运用项目学习方式设计STEAM教育活动，可以明确教学目标、教学内容、教学策略，从而把握整体教育实践方向[7]。项目驱动可以整合多学科知识，让学生在真实情境中获得体验、积累学习经验、树立正确的价值观，使学生在构建自我认知、培养创造思维及探索能力过程中，提升创新实践能力[8]。

1.4 模拟角色分工，培养学生更多维度的技能

“双创”背景下的STEAM教育基于真实情境解决问题，每个项目需要多个角色合作完成，从“创意”到“产品（实物及APP等）”中间需要运用到很多维度的技能，一个人完成全部工作是不可能的，这时候团队协作的重要性就充分体现出来。STEAM教育项目确定后，需要通过能力维度的分析确定每个成员所掌握的技能，再根据成员的个人特长安排相应的“工作任务”，让每个团队成员扮演一种模拟社会分工的角色，在学习过程中提升相应维度的能力，为将来适应社会分工做好准备。

2 “双创”背景下STEAM教育的模式构建

STEAM教育倡导在真实情境中解决真实问题，将科学、技术、工程、数学等多个学科的知识通过教学策略有机整合[9]，强调教育活动打破学科边界。STEAM教育与传统教学模式相比，更加注重“能力本位”，教育活动旨在提升学习者的问题解决、深度学习、自主创新、适应未来的能力[10]。国内有学者验证了跨学科STEAM教育活动对学习者学习数学和科学这两门学科的显著提升效果，对学习者高阶思维能力（计算思维等）培养同样具有显著效果[11]。美国下一代科学标准（NGSS）提出基础教育阶段学生应掌握的知识与技能：学科核心概念、跨学科知识、科学与工程实践，其内在逻辑是依据物质科学、生命科学、地球空间科学和工程技术知识，通过工程设计的引领，整体提升学生科学研究能力及适应未来工作的能力[12]。中国教科院2017年《STEM教育白皮书》指出，通过综合性STEM课程的学习，培养学生运用所学知识创造性解决问题的能力，这些解决问题的能力可以再进一步细分为批判性思维、创造力、沟通和协作能力等[13]。

当前普遍认可的STEAM教育活动构建原则以STEAM素养提升为目标，以真实情境问题为基础，强调跨学科概念，最终达到心智学习和实践活动的协同发展。为了实现STEAM教学目标，工程性课程是体现STEAM教育理念最适用的形式[14]。基于工程设计的STEAM教育活动能够围绕学习者展开，学习者可以根据自己的兴趣驱动，沉浸于学习活动之中，并在多次调试和迭代设计中完成STEAM学习[15]。国外的教材为了满足课程的工程设计需求，常常会选用工程设计的模式开展STEAM教育活动，其步骤分为：明确挑战任务、发散思维、迭代设计、作品展示[16]。工程设计课程具有创新及开放性、系统及迭代性、情境性、跨学科性、社会互动性等特征[17]。基于工程设计的STEAM教育活动因为包含多个工程知识体系、工程设计环节（例如迭代），因此适用于一些周期较长的、特定目标的教学活动，而针对普适性的、周期较短的STEAM课程也有一些得到认可的教育模式。目前较为成熟的STEAM教育模式主要有：（1）5E教学模式。该模式基于建构主义理论，涉及参与（Engagement）、探究（Exploration）、解释（Explanation）、迁移（Elaboration）和评价（Evaluation)五个环节[18]，强调以学生为中心、以教师为指导者。（2）6E教学模式。在5E模式基础上优化而成，包括引入（Engage）、探索（Explore）、解释（Explain）、设计（E n g i n e e r）、深化（E n r i c h）、评价（Evaluate）[19]，把5E模型中的“迁移”修订为“设计”和“深化”两个环节。（3）5EX模型。国内学者提出把STEM教育活动分成五个环节：进入情境及提出问题（EQ）、探究学习及数学应用（EM）、工程设计及技术制作（ET）、知识扩展及创意设计（EC）和多元评价及学习反思（ER），这五个环节组成STEM跨学科教育活动的5EX模型[20]。这些STEAM教学模式为广大学校开展STEAM教育提供了先进性知识以及成熟的范式，其中，工程设计课程的思路以及5EX模型遵循的基本要素和学习环节，为基于“双创”的STEAM教育活动构建提供了重要参考。

基于上述研究基础，结合“双创”背景下的STEAM教育活动更加注重项目的社会性、团队的多维性、技术成果的市场化等特征，考虑STEAM教育的成果导向、高阶思维培养、逐步创新的规律，本文厘清了基于“双创”的STEAM教育活动的概念框架及实践路径。教育活动模式参考国内外常用的STEAM教学模式——工程设计模式、5EX教学模型、5E教学模式三种，设计了包括活动阶段、活动内容、计算思维培养三个维度的具体内容。“双创”背景下的STEAM教育活动模式如图1所示。

图1 “双创”背景下的STEAM教育活动模式

该模式围绕确定项目及前期规划、组建团队及能力自查、产品设计及功能实现、产品完善、项目评审及产品优化五个阶段展开，展示了每个阶段具体的活动内容，并且每一个阶段都对应相应的计算思维核心能力的培养。

（1）确定项目及前期规划

在项目开始之初基于真实情境引出问题，通过凝练主题、构建问题矩阵、制定项目规划，进行项目的整体策划，培养学生的逻辑思维、问题解决能力。

（2）组建团队及能力自查

学生通过自我探索、小组协作组建团队，根据不同成员的情况评价多维能力、对应角色分配、进行技能补齐，保证团队的合作战斗力，培养学生的合作能力、逻辑思维能力。

（3）产品设计及功能实现

项目进入实质性的开发阶段，在教师的启发和指导下，学生进行自主探究、知识构建，需要用到Arduino开源硬件、Mind+软件等进行产品功能设计、硬件功能实现、软件功能实现，此阶段能够培养学生的逻辑思维、创造力。

（4）项目完善

产品功能完成后要进行外观设计，产品外观完善需要使用CREO、KeyShot、Photoshop等软件，此阶段包括确定设计平台、设计产品外观，培养学生的问题解决能力、创造力。

（5）项目评审及迭代优化

教师启发学生思维创新，学生通过项目评价进行优化改进，此阶段包括协作启发评审、优化方案、迭代改进，培养学生的逻辑思维、批判思维能力。

3 “双创”背景下STEAM教育的实践探讨与案例分析

3.1 实践探讨

“智能防烫伤安全餐具”项目的研发和实施在深圳市罗湖区的一所高中进行。项目基于现实生活中某些群体容易被烫伤的实际问题而产生，经过项目团队长时间的创新研发与不断改进，最终形成较完善的成果。本研究以“智能防烫伤安全餐具”项目为例，从确定项目主题、学习活动设计、教学评价设计三个方面来进行STEAM教育活动的实践研究。

3.1.1 确定项目主题

STEAM教育活动基于建构主义学习理论，通过项目式学习来开展。项目式学习首先要设定有意义的问题情境，使学生在教师的引导下主动地进行探究学习来完成项目作品，从而促进学生知识技能的建构。项目主题的设立有利于学生文化基础、自主发展的培养，基于目标的教学实践有利于学生更多的社会参与。

“智能防烫伤安全餐具”项目确立后，需要根据项目主题来进行STEAM教学活动设计。利用思维导图构建项目问题矩阵，制定项目规划，如图2所示，为进一步开展项目学习指明方向。

图2 “防烫伤智能安全餐具”项目规划图

3.1.2 学习活动设计

（1）教学目标设计

“智能防烫伤安全餐具”项目组依据项目教学要求以及对各成员认知情况分析，对项目进行知识元素抽取，并构建教学目标，其中包含科学（S）、技术（T）、工程（E）、数学（M）领域的多个知识和概念。基于布鲁姆的教学目标分类理论，对教学目标从简单到复杂划分，建立STEAM教学目标邻接矩阵；分析教学目标邻接矩阵，构建STEAM教学目标层级有向图，可视化教学目标结构。“智能防烫伤安全餐具”教学目标层级，从下至上目标等级不断上升，每层学习目标均要在下一层目标完成的基础上进行。在此基础上，将教学目标按照等级分派到不同的教学单元中，遵循逻辑顺序完成各教学单元，以增加教学的合理性和科学性。

（2）单元内容设计

根据任务元素的提取设计教学目标，以目标为导向设计单元课程内容，可以让学习活动按照正确的方向前进。首先确定制作、完善“智能防烫伤安全餐具”作品为总任务，围绕这一总任务进行决策与分析，将“产品外观设计”“软硬件功能开发”“样机制作及展示”设定为大目标，依据目标层级确定多个主题课程内容模块。“产品外观设计”内容包括：手绘、二维及三维设计软件、图片处理与编辑、工程结构设计，“软硬件功能开发”内容包括：开源电子、控制程序设计、整体硬件的测试、修改，“样机制作及展示”内容包括：焊接、摄影及剪辑、信息检索分析、演讲等。“智能防烫伤安全餐具”单元知识、技能模块设计如表1所示。

表1 “智能防烫伤安全餐具”单元知识、技能模块

（3）教学策略设计

以教学目标、教学内容为指导，运用一定的教学策略对STEAM项目进行学习，可以增强学习的有效性。“智能防烫伤安全餐具”课程中，基于设计的教学法贯穿于整个教学过程。并且，针对不同的单元课程内容，引入了合作学习、基于问题等教学法，促进学习者在各个主题的学习。

“智能防烫伤安全餐具”项目团队缘于各成员相同的兴趣爱好自发组成，教育活动基于团队的形式开展，在教师的指导下，成员间通过有效的合作来完成任务；同时，“双创”背景下的STEAM项目需要运用到多维度的技能，“智能防烫伤安全餐具”项目根据成员的个人特长、安排相应的“工作任务”，让每个团队成员扮演一种角色，比如“项目经理”（提升项目管理能力）、“产品设计师”（提升二维、三维创作能力）、“硬件工程师”（提升开源电子开发能力）等（如表1所示），促使各成员在学习中基于问题自主学习，补齐所需的多维度知识技能。

3.1.3 教学评价设计

教学评价是教育活动中不可缺少的环节。评价不仅要关注学生知识的获得情况，还要关注学生对知识与技能的运用情况，为教育工作提供全方位、立体化的信息支撑。技术支撑教学评价的设计与实施，而教学评价则需要根据教学目标、教学内容来选择，以促进有效学习的发生。

“智能防烫伤安全餐具”项目针对学习的不同阶段，采用不同的评价方法，包括课堂交互、量表、任务单等方式进行评价。其中，任务单评价学生的学习过程，课堂交互关注学生知识掌握、实践能力，量表则测量学生的思维发展。

3.2 案例分析

3.2.1 项目实施效果

“智能防烫伤安全餐具”项目源于一名高中生对现实生活中被烫伤情况的解决想法，随后逐步形成了一个项目团队。项目团队在老师的指导下，怀着持之以恒的研究精神和精益求精的开发理念，一起研究方案、分析硬件、规划功能、编写软件、联合调试，经过多次功能改进、样机迭代，形成了较为完善的产品。

该项目是“双创”背景下的STEAM教育的一个成功案例，在2020年获得第六届中国国际“互联网+”大学生创新创业大赛“萌芽赛道”创新潜力奖（全国共20个），获得实用新型专利3项，并且已经以专利授权的方式与企业进行联合生产。

3.2.2 学生知识技能、计算思维发展及职业兴趣情况分析

本项目通过课堂观察和任务单对学生知识技能发展进行评价，采用量表对学生的计算思维发展和职业兴趣变化两个方面来进行测评。计算思维量表根据Özgen Korkmaz2017年发表的《计算思维量表》[21]改编，STEM职业兴趣量表根据Karen Peterman2016年发表的《STEM职业抱负量表》[22]改编。

（1）学生掌握了STEAM各方面的知识技能

从课堂观察、任务完成情况来看，所有团队成员都能够顺利完成知识技能的学习，并予以应用。从课堂观察情况看，各成员的协作沟通能力明显增强，动手实践能力也得到提升。从任务单完成情况看，团队成员在经历了“智能防烫伤安全餐具”项目所有环节后，完成了各自维度的知识技能学习，掌握了产品开发管控、产品视觉设计、软硬件功能开发、样机制作、展示表达等知识和技能。

（2）学生的计算思维能力显著提升

经过“智能防烫伤安全餐具”项目的学习与实施，团队各成员计算思维各个维度的均值得分均有较显著增加。如表2所示，各维度的均值都增加明显，标准差呈现减小趋势，结果呈现统计学意义上的显著性。由于该项目团队成员大多是各学科领域的佼佼者，故此结果不能作为同一学段学生的代表性数据。

表2 计算思维各维度前后测数据对比

（3）学生的STEAM职业兴趣明显增加

通过该项目的学习，团队各成员未来从事STEAM相关职业的兴趣均值明显增加，结果呈现统计学意义上的显著性，如表3所示。团队成员职业兴趣值显著增加的原因有可能是因为成员都处于高中阶段，即将面临高考后选择专业的情况，对未来职业的选择已经有所思考，同时，自身也已具备较强的STEAM相关能力。

表3 STEAM职业兴趣前后测数据对比

4 总结与展望

基于“双创”背景的STEAM教育，能够引导学生开展科技创新、发明创造、社会实践等创新性实践活动，极大地提升学生创新创业能力，不仅为创新创业教育可持续发展提供了新的思路，而且对于激发各学段学生的创新创业热情、树立正确的爱国观和就业观[23]有重要的应用价值。通过本次研究可以看到，基于“双创”背景的STEAM教育使学生的计算思维各方面能力和职业兴趣都得到了发展，多维度技能得到提升。但是当前我国基础教育的创新创业教育还处在初级探索阶段，教育体系仍不完善，在此提出以下建议。

4.1 建设完善基础教育阶段基于“双创”的STEAM课程体系和评价体系

基于“双创”的STEAM课程体系与实践体系建设是一个内容丰富、复杂的系统工程，要考虑到学生的认知水平，按照循序渐进、由易到难的原则组织建设。课程体系建设要紧密围绕“双创”目标，运用模块化设计[24]。同时要结合创新创业教育特点，建立科学的评价体系，让学生既能够合理安排时间进行创新创业实践，又不用担心影响学科课程的学习与成绩。

4.2 建立基础教育阶段创新创业教育生态网

探索构建“政—校—企”相互联系、合作的创新创业教育生态网，地方政府要为基础教育学校创新创业教育提供政策、资金方面的扶持；学校要开展基于创新创业项目跨学科有机结合的教育，以及和外界的打通合作；企业要依据自身优势，充分利用企业科技、创客空间资源支持学校“双创”教育的发展，并帮助学校实现项目成果的社会转化。三者有机结合、相互作用，以此来形成良性循环的学校创新创业发展模式。