FERA学习圈模型在美国STEAM项目教学中的运用

祁小荣

【摘   要】STEAM项目引导学生应用科学、技术、工程、艺术和数学的知识来解决实际问题，获得多元化的学习体验。FERA学习圈教学模型可将科学知识与实践相结合，为教师设计和实施STEAM项目提供普适、实用的框架。以美国小学科学中的“地球系统”项目为案例，教师基于FERA学习圈模型，引导学生经历聚焦阶段、探索阶段、反思阶段、应用阶段。教学过程中，教师组建科学研究小组，与学生共同创作海报，引导学生寻求证据，使学生不断深化对科学概念的理解并将其应用于解决现实问题的过程中。这一实践为我国中小学设计与实践基于STEAM理念的综合性活动课程提供了有效的路径与策略。

【关键词】FERA学习圈；STEAM项目；跨学科学习

STEAM是在传统STEM教育模式的基础上，加入“艺术”（Arts）形成的，鼓励学生在技术和工程项目中运用创造力与美学理念解决复杂问题，旨在以跨学科的方式为学生提供多元化的学习经历。在STEAM课程中，学生通过项目式学习深入参与跨学科的综合性实践活动，在小组中合作探究，发展创新思维能力和问题解决能力。FERA学习圈模型（FERA Learning Cycle）作为一种基于探究的教学模型，为教师设计与实施STEAM项目提供了有力的支撑和有效的框架。本文以Better Lesson网站中的“地球系统”（The Earths Systems）［1］项目为例，解构以FERA学习圈模型来组织科学实践活动的有效路径，并论证探究式学习在STEAM教育中的关键作用与核心价值，以期为我国的STEAM课程设计提供参考和启示。

一、FERA学习圈模型的内涵

FERA学习圈模型是由美国国家科学资源中心（National Science Resources Center，NSRC）开发的一种基于探究的教学模式，分为聚焦（Focus）、探索（Explore）、反思（Reflect）和应用（Apply）四个环节。四个环节并非是线性的，而是作为一个教学循环。课程没有严格的起止点，教师可以根据课程目标和学生的先验知识从不同阶段开始教学，可以从“聚焦”开始，亦可以从“探索”起步。［2］

在聚焦阶段，教师引入一个大概念（Big idea），即核心概念或问题，激发学生的好奇心和求知欲。这一步骤通常通过情境设置、启发式对话或直观演示来实现。该环节旨在创建一个概念框架，为学生后续的探索活动提供方向与背景。在探索阶段，学生开展实验，通过观察理解科学概念，主动建构知识，并学习如何设计实验、收集和分析数据，以及如何根据观察提出假设。探索阶段强调的是过程而非结果，学生通过尝试、犯错和不断调整来建立自己对概念的理解。在反思阶段，教师设计小组讨论、日志写作、师生对话等活动，鼓励学生深入分析和思考自己的发现，及时将实践经验与理论知识联系起来，帮助学生评估自身对概念的理解，并考虑如何改进实验设计和方法。在应用阶段，教师引导学生将所学的知识和技能应用到不同情境中，促进学生将科学知识与现实世界中的问题联系起来。FERA学习圈模型的四个阶段如图1所示。

该模型中，每个阶段都是互相关联的，共同构成了一个综合性和动态化的学习过程。STEAM课程通过为学生提供问题情境，引导学生以小组为单位进行活动，促进学生探究、发现，积极建构知识，强化对知识的记忆和迁移，形成跨学科素养。［3］FERA学习圈模型旨在培养学生的批判性思维、问题解决能力及自主学习能力，帮助学生掌握科学知识、技能，形成科学态度，与STEAM教育理念及其课程目标非常契合。

二、FERA学习圈模型下的STEAM课堂样态

（一）“地球系统”课例介绍

“地球系统”是美国小学科学五年级的学习内容，本单元的教学旨在深化学生对地球四大系统——生物圈、水圈、岩石圈和大气圈的理解，让学生掌握这些系统的基本构成和功能。通过系列教学活动，学生将探究这些不同的自然系统之间是如何相互依赖和互相影响的，以及它们是如何影响地球上的生命和自然环境的。例如分析“海洋如何塑造气候”，以及“大气如何决定天气变化”，等等。学生参与实践活动，如模型制作，直观描述各系统的交互关系。此外，通过对现实世界场景（如图片、照片）的分析，学生能够将理论知识应用于现实世界，深化对地球系统的综合理解。

所选课例精准契合“美国下一代科学标准”（Next Generation Science Standards，NGSS）的核心要求，体现了NGSS倡导的整合式三维学习模式。这种学习模式综合了科学与工程实践、交叉学科概念以及学科核心观点三个维度。通过这一课程，学生参与到开发和使用模型的实践中，而这直接回应了NGSS对“开发和使用模型”能力的培养要求。课程设计巧妙地使用了“系统与系统模型”这一交叉概念，引导学生深入探讨地球的四大系统以及它们之间的相互作用，促进学生对系统思维的理解和应用。同时，课程内容紧扣“地球与空间科学”领域，特别是“地球材料与系统”主题，旨在通过丰富的主题探究活动，加深学生对地球系统这一科学核心概念的理解。

（二）基于探究的FERA学习圈模型教学流程

以本单元第一课时为例，阐释FERA学习圈模型的课堂应用。本课的教学内容为“开发模型来描述地球四大系统”，具体展开流程如下。

1.聚焦阶段

目标设定：教师清晰阐述学习目标，即能通过模型开发来描述地球的四大主要系统——生物圈、水圈、岩石圈、大气圈及它们之间的相互作用。

启发引导：通过播放精选视频，展示地球系统的动态交互状况，引发学生的好奇心并展开提问，让学生思考“哪些现象展示了不同系统之间的联系”。

2.探索阶段

资源共享：通过Google文档将“地球系统图片观察”任务分享给每个学生，利用技术工具引导学生探索。学生复制可编辑版本的文档，开启任务。

图片观察与讨论：学生在小组内讨论，通过观察特定图片，识别并记录图片中的生物圈、水圈、岩石圈和大气圈的实例。教师提出引导性问题，促使学生深入探讨。

师生协作开发模型：教师在布告板上准备地球系统模板，以海报的形式呈现。教学中，教师逐步添加关于各个圈层的注释和信息。学生在讨论过程中提供信息，帮助完善内容，通过视觉化的方式理解和记忆复杂的科学概念。

3.反思阶段

团队分享：学生在小组内分享观察结果，通过集体讨论，加深对地球系统相互作用的理解。

教师指导：教师与各小组学生交流，提出深刻的问题，如“你如何确定这个例子属于哪个圈层？”“这些圈层是如何在这个例子中相互关联的？”等等。学生深化思考，基于证据进行论证，不断加强科学论证能力。

4.应用阶段

实践应用：学生将他们的理解应用到全新、真实的情境中，比如通过分析另一张图片来识别和解释地球系统的相互作用，将课堂学习与现实世界连接起来。

技术应用：学生利用Google文档整理他们的发现和论证过程，展示他们对地球系统相互作用的理解。通过Google Classroom，教师能够有效地管理学生的作业，及时提供反馈，建构一个无纸化的学习环境。

（三）基于探究的FERA学习圈模型课堂实践

在本课例中，教师尼尔森（Kara Nelson）设计了一些特色活动推动学生深入理解地球的四大系统及其相互作用。这些活动不仅增加了课程的互动性和参与性，也加深了学生对复杂科学概念的理解。

1.组建科学研究小组

尼尔森认为，对于组建科学研究小组而言，最重要的是提供足够的实验机会、充足的科学材料，并创建合作解决问题的环境。经过实践，发现三人小组的形式展开学习活动最为高效。因此，尼尔森根据学生的行为习惯、能力水平将学生分成不同的小组，构成科学研究团队。

为了使课堂学习顺利进行，尼尔森让学生自行决定谁是小组中的1号、2号或3号，三人各司其职。例如，她让3号拿某些实验材料，让1号拿他们的电脑，2号则负责分发纸张（或课程需要的其他物品）。对于教学材料繁杂的科学课堂，这种管理策略便于有效整理和回收材料。在课程开始之前，各小组集结完成，随后参与到这一单元的每一次课堂活动中。

2.师生共同创作海报

尼尔森在课前准备了一个地球系统的模板，并将其投影到布告板上。这个模板作为海报的基础，可辅助学生理解不同系统之间的关联。为了帮助学生更好地区分和理解不同的地球系统，她采用了颜色编码的方法：与生物圈相关的内容用绿色标记；与水圈相关的内容用蓝色标记；等等。这种方法不仅简化了信息的分类，也使海报看起来更易于理解。在讲解每个地球系统时，她会逐步往海报上添加注释和信息。学生实时观察如何将抽象概念转化为具体、可视化的信息。

在尼尔森的引导下，学生全程参与了海报的创作过程。他们积极提出问题、展开讨论，并举出地球系统的具体示例，如生物圈中的各种生命形态。绘制海报的过程中，学生补充、分析各种要素，如标注水圈的水体和岩石圈的地形，深入探讨不同地球系统之间的相互作用。尼尔森利用这个机会，引入“相互连接”（interconnected）这一概念，让学生通过讨论和互动活动，理解地球系统之间的复杂联系，共同完成海报并将其张贴于教室的墙壁上。

3.引导学生寻求证据

在课堂上，尼尔森通过多种策略引导学生寻求证据。在探索阶段，她利用Google文档分享“地球系统图片观察”任务，鼓励学生利用数字工具进行协作和探索。在图片观察活动中，学生识别并讨论照片中可见的生物圈、水圈、岩石圈和大气圈的实例，如树木、雪和形成云的水蒸气等。在反思阶段，学生通过小组合作，继续探讨各圈层的内涵，完善自己的观察页面。在这个过程中，教师与每个小组的学生进行交流，提出一系列指导性问题。

你注意到了什么？

你为什么认为                            ？

到目前为止，你发现了什么？

你的想法改变了吗？

你有什么证据？

你是如何决定                            的？

你能对                            得出什么结论？

（某圈层）与                （另一圈层）的联系是怎么样的？

这些问题旨在激发学生的好奇心，促使他们基于观察提出假设、寻找证据并进行论证。师生的对话围绕“基于证据的论证”展开。学生不仅要提出观点，还要提供支持结论的证据。

（四）“地球系统”课例评析

该课例是一个典型的以学生为中心的探究式学习实例，它通过整合科学与工程实践、交叉学科概念以及学科核心观点三个维度，有效地实现了NGSS的培养目标。教学中，尼尔森通过丰富的实践活动，如师生共同创作海报、观察图片与讨论等，引导学生寻找证据，激发了学生的好奇心和探究欲，使学生在实践中学习和应用科学知识。同时，尼尔森使用Google文档等数字工具促进学生的协作和互动，培养了学生的信息素养和数字技能。

尼尔森使用STEAM课程教育理念来设计教学活动，尝试突破学科的界限，比如：在科学（S）方面，课程目标是让学生深入理解地球的四大系统（生物圈、水圈、岩石圈、大气圈）及其相互作用，涉及环境科学和地理科学方面的知识，强调了科学探究和实证学习的重要性；在技术（T）方面，使用数字工具促进学生协作和互动，提高了教学效率和学生的信息素养；在工程（E）方面，师生共同创作海报的活动促使学生应用工程设计思维，并通过模型制作直观描述各系统的交互关系，体现了工程实践在解决复杂问题中的作用；在艺术（A）方面，学生运用创意和艺术技巧来表达科学概念，完成海报创作，展示了艺术与科学教育之间的融合，强调了视觉艺术在科学学习方面的价值；在数学（M）方面，学生通过统计和分析数据，了解地球系统的相互作用（如气候模式、天气变化等）。当然，该课例也存在需要改进的地方：尼尔森对学生学习成果的评估和反馈机制描述稍显不足，应建立更为系统和多元的评估方法嵌入FERA学习圈模型四个阶段的学习过程中。

三、以FERA学习圈模型为基础的STEAM项目设计路径

FERA学习圈模型为STEAM项目开展提供了项目设计路径。普适、有效的教学程序与实施路径，可帮助教师在多学科交叉的教学环境中设计和实施课程。STEAM项目的实施过程中，项目及问题的设计至关重要。良好的结构化项目设计，强调将知识蕴含于情境化的真实问题中，引导学生积极主动地利用各学科的相关知识设计解决方案，从而跨越学科界限提高学生解决实际问题的能力。［4］以FERA学习圈模型为基础构建STEAM项目，为我国中小学跨学科综合性实践活动的开展提供了思路。

（一）围绕“大概念”，逆向设计项目

美国课程评估专家格兰特·威金斯和杰伊·麦克泰格在《追求理解的教学设计》一书中，给出了一个关注学生理解的“逆向”设计模板，帮助教师围绕大概念建构个性化的课程框架与课程评估体系，促使学生真正理解他们所学的知识。逆向设计的三个阶段为：确定预期结果、确定合适的评估依据、设计学习体验和教学。［5］

逆向设计能够帮助教师集中关注学生应该掌握的核心概念和技能，由此设计出聚焦目标的学习活动。STEAM项目的学习成果应该是具体的、可衡量的，且与课程标准和教学目标紧密联系。评估方法不应局限于标准化测验，还应包含项目作业、实验报告、口头报告与演示、同行评审、反思性写作等。基于前两个步骤，教师可以根据学生的先验知识、兴趣和学习风格，设计协作学习、实践操作、探究学习等多种教学方法。

（二）设置“大情境”，师生协作探索

相较于传统课堂，STEAM项目的教学过程往往从教师发布一个“模糊的任务”开始，然后要求学生输出一个“明确的结果”。［6］但“模糊”并不意味着“含混”，它强调任务的延展性，关注任务的深度与广度。“明确”也不代表结果是“标准”的，而是要符合教师预先制订的学习成果评估和反馈机制。

基于问题的学习（Problem-based Learning）是实施大情境教学的有效途径，即设计一个或多个与所选大情境相关的真实问题，让学生通过团队合作来探索问题、提出解决方案。这些问题应该是开放式的，需要学生运用科学、技术、工程、艺术和数学的知识与技能来解决。教师可就教材涉及的主题进行拓展，设计跨学科教学活动，亦可与其他学科教师合作，确定一个涉及多个领域的主题，开展综合性教学活动。例如，可持续发展、气候变化、人工智能、宇宙探索等，都可作为项目主题。

（三）应用“脚手架”，建构循证思维

STEAM项目涉及的概念专业性普遍较强，对于不善用理性思维分析问题的学生，尤其是低年级学生来说，可能会感到困难。脚手架可提供临时性的支持和指导，帮助学生在初期理解复杂的概念、技能和过程。随着学生能力的提升，这些支持逐渐撤除，学生尝试独立探索与循证。教师可根据概念和任务类型，灵活选用不同种类的脚手架。

概念脚手架通常用图表和思维导图等视觉工具呈现，旨在帮助学生建立对复杂概念的理解和认识；过程脚手架旨在帮助学生制订时间计划，指导学生理解并完成各个阶段的项目；技能脚手架旨在通过技能培训、思维训练等，增强学生的问题解决能力；激励脚手架包括积极的反馈和鼓励、相关成就展示活动，帮助学生设定个人或小组目标，旨在增强学生的学习动力和课堂参与度；反思脚手架通过提供反思问题或日志模板、组织自我评估或同伴评价活动，引导学生深入思考自己的学习过程、遇到的挑战和取得的成果。这些策略可以全方位培养学生的科学研究能力、批判性思维能力、决策制定能力、问题解决能力。脚手架撤离之后，师生以较高的默契参与到STEAM项目的实施过程中。

（四）合理使用“媒介”，培养现实关怀

FERA学习圈模型的应用阶段主张将课堂所学迁移至现实世界中。学生使用社交平台、数字工具等，整合STEAM知识，关注现实议题，进而提升社会责任感、公民意识与现实关怀。以“我的理想社区”STEAM项目主题为例，可面向低年级开设，让学生使用回收材料，建造梦想中的社区模型，并拍摄和编辑视频，介绍社区特色与环保理念，随后在学校网站或社交媒体上分享。

这一主题若是面向高年级开设，可以升级为“我的理想城市”，项目任务可以确定为“使用AR技术开发一个互动式城市规划应用”。通过这个应用，用户可以在现实世界中的地理位置上“建造”虚拟环保建筑，如太阳能大厦或垂直花园等。学习团队通过社交媒体分享这个项目，邀请公众下载应用、设计自己的绿色空间，并分享他们的创意。将STEAM教育与媒介素养培育融合，可以提升学生在数字化世界中的参与度和影响力。此外，针对“媒介如何影响社会和环境”这一时代核心议题，学生可通过STEAM学习，创造性地输出解决方案，直面由数字媒介技术引发的各类社会挑战。

总体而言，以FERA学习圈模型实施STEAM项目具有普适性和实用性，为项目式学习提供了新的思路，值得深入探讨。

参考文献：

［1］5th Grade Science：Unit 3 Earth Systems：Lesson 1.Teaching Better Lesson ［EB/OL］.［2024-05-20］. https：//teaching. betterlesson. com/lesson/63

4345/the-earth-s-systems.

［2］BUDIMAM D M，GUMILAR S，RIZAL R. Focus，explore，reflect and apply （FERA） learning model：developing science process skills for pre-service science teachers［J］. Tadris：Jurnal Keguruan dan Ilmu Tarbiyah，2018，3（2）：132-135.

［3］李学书.STEAM跨学科课程：整合理念、模式构建及问题反思［J］.全球教育展望，2019，48（10）：62.

［4］余胜泉，胡翔.STEM教育理念与跨学科整合模式［J］.开放教育研究，2015，21（4）：18.

［5］威金斯，麦克泰格.追求理解的教学设计（第二版）［M］.闫寒冰，宋雪莲，赖平，译.上海：华东师范大学出版社，2017：18.

［6］崔鸿，朱家华，张秀红.基于项目的STEAM学习探析：核心素养的视角［J］.华东师范大学学报（教育科学版），2017，35（4）：57.

（浙江外国语学院教育学院）

*本文系浙江省教育科学规划课题“科学家精神融入中小学读写教育的课程路径建构”（课题编号：2024SCG384）的阶段性研究成果。