普通高中“嵌入式”STEM項目 開發與實施策略

巫雪琴 王泰山

【摘 要】針對國內基礎教育階段STEM教育研究缺乏、師資缺乏、項目缺乏的情況，以及盲目炫技、一窩蜂跟進的現狀，本文結合近幾年STEM教育探索經驗，闡述在目前階段開發“嵌入式”STEM項目的必要性與實施的可行性，介紹“嵌入式”STEM項目開發與設施策略。

【關鍵詞】STEM教育；“嵌入式”STEM項目；設計與開發；實施

【中圖分類號】 G434 【文獻標識碼】A

【論文編號】1671-7384（2019）01-064-05

STEM教育致力于學科知識的整合，以培養具有科學素養、技術素養、工程素養和數學素養，綜合運用多學科知識解決實際問題的復合型創新人才為目標[1]。縱觀國外的STEM教育，除了STEM特色學校外一般是融合在學科教學中的，體現為多個學科的教師互相協作。還有一種非常重要的角度看待STEM，即在K12階段，STEM也應被當成一種教學法[2]。再分析我國目前STEM教育的實施情況，STEM項目與基礎學科目前存在三種關系，一是STEM教育邊緣化，二是STEM教育學科化，三是STEM教育理念融入學科。STEM教育在學校里大部分存在被邊緣化的情況，行政部門也有意向由上而下推進學科化，但在目前階段即使學科化，只要沒有納入升學系列，在基礎教育階段尤其是在普通高中的大部分學校都會遭受“束之高閣”的境遇，難以真正實施。因此，STEM項目的開發首先必須關注實施問題，關注由誰實施、能不能實施、愿不愿實施等一系列問題，不能一味追求高大上。項目內容需要接“地氣”，需要考慮實施的可行性與普適性。

所謂“嵌入式”STEM項目，從開發的角度看，是指通過梳理和整合原有的基礎型、拓展型以及研究型課程的相關內容，發現其中STEM項目的生長點。再由生長點出發，融合多學科知識，以解決實際問題為指向。“嵌入式”STEM項目內容雖然融合多學科知識，但是與現有課程體系中的某門學科有比較明確的交接點，執行者非常明確，可以解決實施者是誰的問題。

從實施的角度看，嵌入式STEM項目實施雖然需要融合多門學科知識，但是畢竟根系脈絡清晰，且實施者有一定的知識儲備，降低了實施的“門檻”，無論是教師還是學生都比較容易上手，解決了“能不能”的問題。由于 項目與原來的基礎課程有交接點，項目的實施可以比較明顯地提升學生對原有學科知識的理解水平與應用能力，因此師生實施的積極性會比較高，可以有效解決“肯不肯”的問題。此外，“嵌入式”STEM項目是根據現有學科的知識體系開發，所以可以很好地繼承教材體系比較科學完善的優點。

“嵌入式”STEM項目的設計與開發

STEM項目跨學科整合最核心、最重要的工作是項目或問題的選擇和設計。如果沒有良好的結構化項目設計，會導致學習困難、效率不高、挫折感強、學習收獲不大等系列問題[3]。

1.組建多元化團隊

團隊協助的方式可以有效彌補STEM項目的跨學科性與個人專業知識局限性之間的矛盾。因此STEM項目開發的第一步需要組建團隊。團隊需要依托工作室、相關課程基地、課題、項目等，骨干力量由理化生、地理、數學、技術等多學科的一線教師組成，同時邀請學科專家加盟，以便能從理論層面給予及時指導。

除了基地、課題等依托，對于系列項目的開發，還需要建立更為穩固的、更有針對性的協助組。以我校為例，建立校學科STEM項目開發工作組，每個學科可以建多個不同主攻方向的協助組，比如，針對教材的某部分、某專題。協助組采取主持人負責制，主持人確定協助組的名字、團隊成員、主攻方向、項目開發與活動開展，部分理科協助組與實驗室配套，有針對性地配備設備。實驗室采取誰配備誰負責的方式進行管理，確保為項目服務。

2.獲取多渠道資金支持

項目開發與實施都需要一定的經費支持，經費除了來自課程基地、工作室、課題、項目外，學校方面也需要有一定的投入，此外也可以爭取多方社會力量如企業、社會組織的支持，采用共贏的方式進行合作。比如，我校與本地的某公司協作，公司方運營網絡平臺需要活動與項目的視頻資料，而視頻資料也可以免費給開發組使用，這種互補有利于項目的開發與實施。經費主要用于項目設計與實施過程中的器材與資料的購買、培訓與展示活動開展等方面。

3.確定“嵌入式”STEM項目的體例

通過組織專家講座、參加線上線下培訓，提升團隊成員STEM教育素養。組織團隊從中外現有的經典案例入手，從框架到內容進行剖析，再結合“嵌入式”STEM項目的特點來確定項目體例。

梳理分析了近百個美國的STEM項目，筆者發現項目體例一般包括項目介紹、基本問題、項目目標、產品與交付成果、項目實施時序安排（時間線）、成果展示、項目反思。如果是產品制作，框架中還會提供所需要的材料與工具以及產品使用書，有些還有效果評估，體例不完全相同。每部分的具體寫法特點不同：項目介紹主要包括項目背景、項目起源以及要達成怎樣的效果。基本問題一般根據項目時序提出問題，在項目推進中尋找到答案來呼應前面的問題。項目目標會采用“學生將知道、學生將理解、學生將能夠”這種層層深入的表示，有些類似知識目標、能力目標之類。

國內的項目框架形式更為多元，梳理其中比較有代表性的兩種。一種分為“立項（創意、論證）、設計（剖析、方案）、實施（動手、測試）、展示（報告、分享）”四部分，另外一種分為“問題與聚焦、調查與研究、設計與制作、展示與評價、完善與拓展”五部分。

在分析國內外案例的基礎上，筆者進一步研究STEM項目特點。專家把目前的STEM項目分為驗證型、探究型、制造型、創造型[3]四種類型。驗證型與探究型側重探究，制造型與創造型側重工程制造，此工程制造與一般制造的區別在于，其是在前期研究基礎上的“造”，前期的研究提升了“造”的品質，對學生的意義重大。“嵌入式”STEM項目設計框架見圖1。

在具體寫作時，案例前面統一增加“學習目標”，這種寫法借鑒國外STEM項目，結合“嵌入式”STEM項目特點在案例中增添項目內容與基礎學科知識的交接點的描述，也就是交代“生長點”。項目結束增加師生“反思”部分。當然，針對不同的項目，結構也可以有增加或者刪減。

4.明確“嵌入式”STEM項目案例的設計原則

STEM項目案例的設計需要在了解學生年齡特征、知識儲備、技能水平的基礎上，綜合考慮實施條件、課程內容等因素來創建學習情景，設計學習活動。

（1）生長自教材，聚焦于生活

“嵌入式”STEM項目生長自教材，但無論主題還是情景設置都需要與學生的生活建立緊密聯系，真實而且是學生有可能解決的實際問題，只有這樣才能更好地激發學生內在的學習動機。在項目設計過程中，不再將重點放在某個特定學科或者過于關注學科界限，而是將重心放在與學生生活有密切聯系的情景設置與活動設計上。

（2）設計與留白相結合

真實問題具有一定的復雜性和多樣性，涉及多個領域的認知和技能，給學生帶來很大的認知負荷。基礎教育階段的學生知識儲備有限，當他們開始面對一個復雜的生活問題時，往往不知道如何下手，也不知道如何思考，可以用來進行項目體驗的時間也有限，知識遷移就更難以實現。所以，需要教師通過提供合適的素材和從易到難的層次性的問題進行啟發，引導學生經歷發現問題、分析問題，為學習者完成項目指引思維路徑。提供緊密聯系的“背景經驗學習”活動幫助學生了解與該問題或任務相關的科學知識和技能，幫助學生解決項目中問題疑問和困惑。可以說，“背景經驗學習”活動是教師通過教學設計幫學生搭建的學習腳手架，學生通過攀爬這些腳手架積累起來的認知和經驗，有助于學生完成項目中真實的問題[4]。

但是在這個過程中要注意留白，在項目設計過程中，需要確立學生為主體的思想，從項目的規劃、設計到具體實施、測試、完善，各個階段的設計中都需要適時“留白”，給學生留下思考的空間以及自主探索與設計的機會。

5.關注項目的普適性與“嵌入式”實施的可行性

（1）科學設計，課中課后相結合

鑒于當前普通高中的實際情況，為了確保項目實施的可行性，按照“嵌入式”實施來設計，就是在正常學科教學過程中實施項目。設計的時候課后與課中結合起來，項目課中實施時間安排在4～8節課為宜，需要集中展示、討論與實驗的部分放在課中。但是有些項目無法壓縮，可以設計成分階段，部分“嵌入式”實施，部分放到活動中實施，比如工程類項目一般實施周期比較長，可以前期探索用“嵌入式”實施，后期制作放到活動中實施。

（2）提供相關多學科知識參考

項目由團隊設計，某學科老師實施，考慮某學科教師的跨學科知識儲備與技能有局限，為了降低項目實施的門檻，設計項目的時候參與設計的老師須提供盡可能詳實的背景資料以供參考。

（3）活動設計與接口預留相結合

項目實施預設“生長點”。考慮到項目的普適性，在項目設計盡可能完善的同時，部分環節給出提示或者建議，留出接口，讓不同的教師可以在項目實施的時候方便地加入個性化的內容。

6.分步推進、形成系列

分步推進是策略，形成系列是目標。系列項目菜單式列出，在實施的過程中，教師才能更為便捷地根據教學內容與實際時機來選擇實施的項目。

（1）多批次梳理，挖掘生長點

團隊成員的STEM素養需要在項目設計與實施過程中慢慢提升起來，包括對于項目生長點的挖掘能力。初步以教材為主線進行梳理、整合挖掘生長點，選擇其中最為明顯的生長點，設計比較典型的項目。隨著項目的不斷開發，再不斷梳理與挖掘其他生長點。

（2）示范先行，做中學

萬事開頭難，所以需要鼓勵骨干教師先行。團隊骨干結合個人興趣選擇一個比較方便拓展與實施的生長點。自己作為項目主要設計與負責人外，其他相關學科教師加盟協助，作為共同開發者。團隊骨干作為主設計者，首先設計出項目的主體框架，協助者從本學科的角度出發進行完善。文本協作開發可以選擇“一起寫”或者“騰訊文檔”等網絡在線文檔工具，用來提升工作效率。

開發的同時也要嘗試實施，線上同步展示開發與實施過程，線下組織活動展示項目部分環節。團隊成員共同參與，并且提出修改與改進意見，多次修改后獲得團隊認可的項目案例作為開發范式。示范項目打造的過程也是團隊STEM素養整體提升的過程。

（3）以協作組為單位，全員跟進

在前期示范的基礎上，各協作組主持人根據本組研究的重點進行組內分工，對本組成員做出要求，所有成員參與項目的設計與實施。開發也分多輪進行，起始階段，根據個人興趣選擇團隊成員最感興趣的點進行開發。隨著團隊教師開發與實施水平的提高，進一步梳理與整合，繼續開發以便形成系列。

“嵌入式”STEM項目的實施

STEM教育的實施是一個系統性工程，在具體實施時需要考慮校情、學情等多種因素。可以有專門的校本項目實施時間，也可以是假期活動時間。“嵌入式”STEM項目由于具有體量小、與學科教學相聯系等特點，可以比較便捷地“擠”入正常教學中，是“生命力”相對頑強的項目。為了確保項目實施的效果，要注意以下幾點。

一是體現以學生為主體，鼓勵小組協作。“嵌入式”STEM項目案例設計比較詳盡，但是在真正實施的時候，需要根據學生的特點，進行二次設計，盡可能地讓學生動起來，體現學生在項目實施過程中的主體性。協作性是STEM項目的一個特點，項目的實施需要小組團隊協作，學生在協作的過程中可以增強領導力、團隊意識。

二是依托報告文本銜接課中與課后。“嵌入式”STEM項目需要利用正常教學的時間，分成課中與課后“見縫插針”地實施。課中與課后的內容如何銜接？可以通過強化項目實施不同階段的調查報告、實驗報告、研究報告、產品報告、成果報告的撰寫。用文本的方式來記錄課后方案的設計、項目的實施過程，資料與成果梳理。建議將集中討論、展示、實驗之類的環節放在課中。

三是關注集中交流與展示。交流與展示是學生口頭表達能力、文字表達能力以及元認知得到提升的有效環節[5]。在交流與展示過程中，學生相互啟迪、相互激勵，他們的主題得以明確、方案得以完善、成果得以認可，由此而產生的認同感與成就感對于學生個人成長與能力提升的意義重大，同時也將極大地推動項目的實施。而不同階段的集中討論與展示作為一個節點起到控制項目實施進程的作用。展示的方式部分規定統一形式，部分可以開放，鼓勵學生選擇多種方式展示，如包括海報、PPT、微信、視頻等。

四是關注評價量規的設計。評價量規的設計建議放在項目正式開始之前，在設計方案預設的基礎上，由學生和教師共同細化，為學生個人或者團隊應達到怎樣的表現期望提供明確的標準[6] 。量規制定的過程也是共同行為準則的形成過程，對“產品”規格統一要求的過程。多維度、多主體的評價不僅能更加公正客觀地反映學生的學習情況和發展水平，同時也為下一階段的學習提供相應的幫助。

參考文獻

[1][美]埃里克，布倫塞爾著.周雅明，王慧慧譯.在課堂中整合工程和科學[M].上海：上海科技教育出版社，2016：68-74.

[2]美國專家談STEM教育在中國如何落地[DB/OL].www.sohu.com/a/150602223_282974.

[3]楊元魁，葉兆寧.突破STEM教育中科學與工程的鏈接難題——基于工程問題解決的教學模式[J].人民教育，2018（10）.

[4]傅騫，劉鵬飛.從驗證到創造——中小學STEM教育應用模式研究[J].中國電化教育，2016（4）：71-78+105.

[5]余勝泉.STEM教育理念與跨學科整合模式[J].開放教育研究，2015，21（4）：13.

[6]邵力旋.“生本”教育理念下基于項目的STEM教學評價路徑研究[J].江蘇教育研究，2018（6）：67-69.