STEM項(xiàng)目中綜合學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)的實(shí)踐研究

王蕾

教學(xué)現(xiàn)場(chǎng)

近期有關(guān)STEM項(xiàng)目的教研活動(dòng)在各地蓬勃開展起來，其中包括科學(xué)學(xué)科、信息技術(shù)學(xué)科、數(shù)學(xué)學(xué)科等。在如此林林總總的群體性學(xué)科活動(dòng)中，有教師提出困惑：什么才是STEM項(xiàng)目課程的典型特征？STEM項(xiàng)目課程和基礎(chǔ)性學(xué)科有哪些關(guān)聯(lián)？班級(jí)授課中的課程，究竟該如何實(shí)施？

問題分析

STEM是一種學(xué)科整體構(gòu)建項(xiàng)目，融合了多項(xiàng)基礎(chǔ)學(xué)科的內(nèi)容。其典型的設(shè)計(jì)思路為綜合性學(xué)習(xí)的方式，即通過選定一定的主題，據(jù)此展開綜合性學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)和活動(dòng)實(shí)踐，最終完成既定主題的認(rèn)知任務(wù)。

綜合學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)的理論界定與特征分析

綜合學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)又稱四元教學(xué)設(shè)計(jì)，其英文全稱為Complex Learning Design，它是由荷蘭馬斯特里赫大學(xué)教育發(fā)展與研究系教授杰倫·范梅里恩伯爾教授提出。綜合學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)包括學(xué)習(xí)者提出的面向?qū)W習(xí)任務(wù)、教師呈現(xiàn)相關(guān)知能、提供支持程序及環(huán)境、安排專項(xiàng)練習(xí)任務(wù)四個(gè)階段，對(duì)改進(jìn)教學(xué)效能、實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)遷移具有重要的現(xiàn)實(shí)價(jià)值，為我們培養(yǎng)和發(fā)展學(xué)生的綜合能力提供了可行的實(shí)施途徑。

綜合學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)主題選擇建立在廣泛的實(shí)證研究基礎(chǔ)之上，每一個(gè)階段均與學(xué)習(xí)過程的基本類型以及相應(yīng)的教學(xué)方法緊密聯(lián)系在一起。與基于問題的學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)相比，綜合學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)模式的特征是：更關(guān)注指向能力發(fā)展的學(xué)習(xí)任務(wù)；提供更多種類的學(xué)習(xí)任務(wù)，包括問題生成、項(xiàng)目設(shè)置、案例分析、專業(yè)實(shí)踐等；更重視任務(wù)“由易到難”的排序和“從扶到放”的教師指導(dǎo)。

在STEM教學(xué)設(shè)計(jì)課教學(xué)中，綜合學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)是當(dāng)代教學(xué)設(shè)計(jì)理論轉(zhuǎn)型成功的標(biāo)志性成果。我們借鑒綜合學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)的理論精髓，對(duì)以往STEM項(xiàng)目中，人們習(xí)以為常的定位技術(shù)教育進(jìn)行改進(jìn)。改進(jìn)后的學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)，需要教師對(duì)基礎(chǔ)學(xué)科的教學(xué)思路與策略進(jìn)行反思，在“圖示建構(gòu)”和“規(guī)則熟巧”的目標(biāo)指導(dǎo)下開展理論闡釋和專項(xiàng)操練，形成面向真實(shí)任務(wù)、知行合一、扶放有度的學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)能力培養(yǎng)新方式。

STEM項(xiàng)目中教學(xué)的現(xiàn)狀與困境

STEM項(xiàng)目教學(xué)的教育環(huán)境和學(xué)習(xí)方式與傳統(tǒng)學(xué)科教學(xué)有較大的區(qū)別，對(duì)于學(xué)生來說，設(shè)計(jì)方式和進(jìn)程已經(jīng)成為自身學(xué)習(xí)內(nèi)容的一部分。學(xué)生使用數(shù)字化工具、信息化手段等支持環(huán)境，構(gòu)建自身的認(rèn)知圖示。數(shù)字技術(shù)讓學(xué)生的學(xué)習(xí)過程變得更加多樣，促進(jìn)學(xué)生不斷自主構(gòu)建，衍生傳統(tǒng)學(xué)科的教學(xué)外延。

受到教學(xué)環(huán)境的限制及傳統(tǒng)學(xué)科的負(fù)遷移，部分教師的教學(xué)設(shè)計(jì)仍沿用常規(guī)的普通學(xué)科的授課方式。例如，數(shù)學(xué)學(xué)科中注重理性概念，忽視感性構(gòu)建；科學(xué)類學(xué)科中強(qiáng)調(diào)作品原理，缺乏算法滲透；信息類學(xué)科中重視程序搭建，缺乏實(shí)物輸出等。STEM項(xiàng)目教學(xué)處于新名詞承載舊面孔的尷尬狀態(tài)。正如印度詩人泰戈?duì)栐谄湓姼琛蹲蛱斓拿帧分兴鶎懙模骸安灰米约旱膶W(xué)識(shí)限制孩子，因?yàn)樗錾谂c你不同的時(shí)代。”

綜合學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)的教學(xué)策略

階段一：活動(dòng)定向

綜合學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)的第一階段為活動(dòng)定向，即師生共同確定活動(dòng)主題，由教師引導(dǎo)學(xué)生開展小組討論，澄清模糊概念，界定問題，嘗試提供解釋，草擬解決方案，然后列出學(xué)習(xí)要點(diǎn)。通過對(duì)學(xué)習(xí)內(nèi)容的設(shè)計(jì)，保障學(xué)習(xí)過程的指向性，為學(xué)生建立良性的認(rèn)知地圖。

（1）原設(shè)計(jì)

《有趣的紙電路》是STEM課程的傳統(tǒng)項(xiàng)目，在常規(guī)的教學(xué)過程中，一般沿用紙電路原理說明→典型電路觀察→練習(xí)搭建紙電路→作品發(fā)布→評(píng)價(jià)與調(diào)整等這一過程。教學(xué)流程中，科學(xué)學(xué)科的特征較為明顯，關(guān)注串聯(lián)電路的原理介紹，將能否點(diǎn)亮電路作為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。但是，深思其中的學(xué)習(xí)過程，學(xué)生只進(jìn)行了電路知識(shí)的簡(jiǎn)單學(xué)習(xí)，其并未成為一個(gè)完整意義上的STEM項(xiàng)目。

（2）思考焦點(diǎn)

在以上的設(shè)計(jì)中，傳統(tǒng)學(xué)科的痕跡明顯，STEM項(xiàng)目課程的因素不足。學(xué)生缺乏必要的認(rèn)知定向。換而言之，學(xué)生是為學(xué)習(xí)電路而搭建，并非為搭建作品而學(xué)習(xí)電路。因此，此種傳統(tǒng)的學(xué)習(xí)方式缺少活動(dòng)定向環(huán)節(jié)，學(xué)習(xí)過程不能自主，目的模糊。

（3）改進(jìn)型設(shè)計(jì)

基于綜合學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)，《有趣的紙電路》一課將進(jìn)行更有指向性的設(shè)計(jì)過程，建議設(shè)計(jì)如下。

導(dǎo)入部分：教師提供南京秦淮燈展的照片和視頻，讓學(xué)生感受燈光裝飾下的效果。

引發(fā)思考：如何能構(gòu)建具有個(gè)性化的燈飾作品。

學(xué)生活動(dòng)：分小組合作，提出創(chuàng)作思路。

預(yù)設(shè)1：創(chuàng)作玉兔吉祥。

預(yù)設(shè)2：創(chuàng)作勤學(xué)燈飾。

預(yù)設(shè)3：制作我的姓名。

預(yù)設(shè)N：……

提出主題：以小組為單位，確定主題，繪制思維導(dǎo)圖。

小組分工：成員定位，確定各自在組內(nèi)的身份和任務(wù)。

學(xué)習(xí)定向：分解認(rèn)知內(nèi)容，找出具體學(xué)習(xí)點(diǎn)（電路基礎(chǔ)知識(shí)、開關(guān)按鍵、串聯(lián)電路等）。

活動(dòng)實(shí)施：根據(jù)自身需求，實(shí)施學(xué)習(xí)行為。

交流評(píng)價(jià)：各小組交流活動(dòng)成果，對(duì)照任務(wù)目標(biāo)，考察學(xué)習(xí)目標(biāo)的達(dá)成率。

反思調(diào)整：依據(jù)評(píng)價(jià)情況，調(diào)整定位，為后續(xù)學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。

教學(xué)評(píng)析：在以上的綜合學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)中，學(xué)生不再拘泥于某一個(gè)學(xué)科的具體知識(shí)。學(xué)生發(fā)揮主觀能動(dòng)性，通過對(duì)學(xué)習(xí)目標(biāo)的定位、學(xué)習(xí)伙伴的定位、學(xué)習(xí)項(xiàng)目的定位、組內(nèi)合作的定位，形成完整的系列學(xué)習(xí)框架。教師成為學(xué)生的協(xié)同者，對(duì)各級(jí)定位進(jìn)行必要的指導(dǎo)，與其共同合理完成學(xué)習(xí)過程。通過這樣的學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)，學(xué)生能夠掌握的認(rèn)知概念是生動(dòng)明確、源于自身需要的，因此教學(xué)效果良好。

階段二：借助良好環(huán)境進(jìn)行自主學(xué)習(xí)

綜合學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)的第二階段為構(gòu)建良好的學(xué)習(xí)環(huán)境，借助適宜的學(xué)習(xí)工具，鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)行自主學(xué)習(xí)。STEM項(xiàng)目課程重視融合性的整體教學(xué)效能。在基于綜合學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)的教學(xué)中，環(huán)境的支持是幫助學(xué)生進(jìn)行全息學(xué)習(xí)的重要維度，根據(jù)前一階段的學(xué)習(xí)指向，進(jìn)行有針對(duì)性的自主環(huán)境構(gòu)建，并據(jù)此開展泛在性的深度學(xué)習(xí)。

（1）原設(shè)計(jì)

《智能路燈》是常見的STEM小項(xiàng)目課程，要求在1～2課時(shí)的范圍內(nèi)，創(chuàng)作相應(yīng)的作品。常規(guī)的教學(xué)思路如下：教師演示智能路燈的搭建方式→講解光敏傳感器的原理→介紹相關(guān)程序模塊的搭建→學(xué)生創(chuàng)作固件部分→學(xué)生搭建程序腳本→合成硬軟件→調(diào)試作品→教師小結(jié)。

（2）思考焦點(diǎn)

以上過程信息技術(shù)學(xué)科的特征突出，重視機(jī)器語言和算法編程，以程序概念的介紹和語句編寫為重點(diǎn)內(nèi)容。但是作為STEM項(xiàng)目課程，顯然本課的關(guān)注點(diǎn)是不全面的，缺乏關(guān)于路燈結(jié)構(gòu)的內(nèi)容認(rèn)知，學(xué)生缺乏必要的應(yīng)景性生活常識(shí)需求，所以教學(xué)過程較為單調(diào)。

（3）改進(jìn)型設(shè)計(jì)

在基于綜合學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)的《智能路燈》一課中，可以進(jìn)行適宜的教學(xué)環(huán)境的供給、學(xué)習(xí)工具的支持，讓學(xué)生能夠在力學(xué)、工程學(xué)、創(chuàng)客項(xiàng)目中得到綜合能力的提升，教學(xué)建議如下。

教學(xué)環(huán)境：創(chuàng)客類實(shí)驗(yàn)室，配有無線網(wǎng)絡(luò)及移動(dòng)終端投屏設(shè)備。

教學(xué)工具：Pad或智能手機(jī)。

教學(xué)軟件：個(gè)性化學(xué)習(xí)平臺(tái)。

學(xué)習(xí)過程如下：

導(dǎo)入：教師播放全息影像，將學(xué)生帶入夜晚的玄武湖，賞夜櫻。

設(shè)問：當(dāng)你賞櫻花時(shí)，你想看到什么？你能看到什么？

回答：夜晚美麗的櫻花、路燈下斑駁的幻櫻、林間小道上行走的賞花人。

師：實(shí)現(xiàn)以上目的，需要哪些條件？

生1：隨時(shí)了解光照度。

生2：通過光照度調(diào)節(jié)路燈的亮度。

生3：變化路燈的顏色。

小結(jié)：監(jiān)控自然照度、控制燈光照度、調(diào)節(jié)燈光顏色……

小組合作：角色1→通過移動(dòng)終端上的編程平臺(tái)，搭建相關(guān)程序腳本。角色2→根據(jù)個(gè)性化平臺(tái)上的指引，搭建硬件結(jié)構(gòu)。

師生共建：教師組織學(xué)生商議硬件結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固程度，利用移動(dòng)終端投屏，展示各組作品，組織測(cè)試，觀察結(jié)構(gòu)是否穩(wěn)固，是否符合環(huán)境要求。

建模仿真：將已經(jīng)完成的結(jié)構(gòu)進(jìn)行仿真投射，觀察其是否能夠達(dá)到活動(dòng)要求。

融合任務(wù)：硬、軟件結(jié)構(gòu)整合，在真實(shí)的環(huán)境下，進(jìn)行設(shè)備的調(diào)試，觀察其效能。

反思提升：各組依據(jù)實(shí)際情況，調(diào)整作品。

評(píng)價(jià)總結(jié)：組織評(píng)選，借助個(gè)性化平臺(tái)進(jìn)行投票，選出獲獎(jiǎng)作品。

教學(xué)評(píng)析：以上的學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)，將力學(xué)、工程學(xué)、仿真技術(shù)、編程技術(shù)進(jìn)行了有效的融合。在《智能路燈》的主題涵蓋下，進(jìn)行卓有成效的多重組合：力學(xué)知識(shí)幫助學(xué)生搭建適宜的路燈框架；工程學(xué)安排活動(dòng)流程，仿真技術(shù)提供了多維度的初步測(cè)試，保障了學(xué)習(xí)效能。

階段三：評(píng)估與驗(yàn)證學(xué)習(xí)結(jié)果

綜合學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)的第三階段為評(píng)估與驗(yàn)證學(xué)生的認(rèn)知達(dá)成度，即通過多維度的評(píng)價(jià)，不斷對(duì)學(xué)習(xí)過程進(jìn)行考察，驗(yàn)證其是否進(jìn)行了與第一階段指向的內(nèi)容相吻合的學(xué)習(xí)過程。

（1）原設(shè)計(jì)

在中小學(xué)STEM項(xiàng)目課程中，《七彩泡泡機(jī)》是較為新鮮的話題。該課讓學(xué)生制作富有創(chuàng)意的各色泡泡機(jī)，完成吹泡泡的游戲，常見于科學(xué)課和通用技術(shù)課。在STEM項(xiàng)目中，該課有著一定的程式。可循的學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)如下：紙上繪制結(jié)構(gòu)圖→木鋸或電鋸切割材料→膠槍連接結(jié)構(gòu)件→嘗試吹泡泡→修改作品。

（2）思考焦點(diǎn)

以上的設(shè)計(jì)是典型的唯技術(shù)論，缺乏STEM項(xiàng)目的思想，因此其設(shè)計(jì)的深度和新意不足。在學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生多操作、少思考，教師沒有提供及時(shí)的評(píng)價(jià)建議，因此沒有達(dá)到STEM項(xiàng)目綜合學(xué)習(xí)的目的。

（3）改進(jìn)型設(shè)計(jì)

基于綜合性學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)，可將該課進(jìn)行結(jié)構(gòu)化的改良，以促進(jìn)學(xué)生的綜合學(xué)習(xí)能力的提升，教學(xué)建議如下。

玩一玩：帶著學(xué)生使用玩具泡泡機(jī)。

想一想：泡泡機(jī)是如何吹出泡泡的？

畫一畫：畫出泡泡機(jī)的結(jié)構(gòu)圖。（教師判斷結(jié)構(gòu)是否合理，并提出改進(jìn)意見）

試一試：用積木類創(chuàng)客套件搭建泡泡機(jī)。（小組成員判斷積木使用是否恰當(dāng)）

用一用：將已經(jīng)完成的泡泡機(jī)與傳感器相連。（教師判斷其傳感器的選擇是否合適）

學(xué)一學(xué)：下載半成品腳本，調(diào)試泡泡機(jī)。（小組間相互評(píng)測(cè)泡泡機(jī)的效果）

教學(xué)評(píng)析：在以上學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)中，淡化了腳本的編寫，突出了搭建的過程的優(yōu)化。學(xué)生在教師的指導(dǎo)下，不斷反思自我的作品，提升綜合學(xué)習(xí)能力。

階段四：提升學(xué)習(xí)效能

綜合學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)的第四階段為提升學(xué)習(xí)效能，即運(yùn)用多種學(xué)習(xí)手段，幫助學(xué)生最大程度地挖掘?qū)W習(xí)潛能，拓展學(xué)習(xí)廣度，加深學(xué)習(xí)深度，以完成學(xué)習(xí)過程的優(yōu)化。

（1）原設(shè)計(jì)

《探月工程》是STEM項(xiàng)目中的常見主題之一，在科學(xué)課、信息技術(shù)課中都有類似的課例。常見的教學(xué)設(shè)計(jì)一般沿用以下的流程：視頻介紹探月車（如玉兔號(hào)月球車）→搭建探月車（科學(xué)課用木器、信息技術(shù)課用積木件）→編寫程序→模擬探月車。

（2）思考焦點(diǎn)

從以上的設(shè)計(jì)中不難看出，原本較為有趣的內(nèi)容，變得枯燥乏味，使得學(xué)生對(duì)于探月的主題意興闌珊，沒有興奮點(diǎn)。本課的項(xiàng)目主題和認(rèn)知內(nèi)容契合度不高，因此需要調(diào)整。

（3）改進(jìn)型設(shè)計(jì)

在基于綜合學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)的《探月工程》一課中，教師將探月的主題進(jìn)行深度挖掘，借助信息化的工具，為學(xué)生創(chuàng)設(shè)適宜的學(xué)習(xí)方式，提升學(xué)習(xí)效能，建議過程如下。

問卷調(diào)查：借助問卷星等便捷的通信工具，進(jìn)行有關(guān)探月主題的調(diào)查。

個(gè)性學(xué)習(xí)：①對(duì)探月飛船結(jié)構(gòu)好奇的組→進(jìn)行有關(guān)飛船歷史和結(jié)構(gòu)的分析，可用演示文稿或電子報(bào)刊實(shí)現(xiàn)。②對(duì)飛船避障有興趣的組→進(jìn)行有關(guān)紅外線傳感器和超聲波傳感器的學(xué)習(xí)，可搭建探月小車。③對(duì)探月行動(dòng)有探究欲望的組→進(jìn)行有關(guān)活動(dòng)流程的組合，可利用思維導(dǎo)圖等工具。

學(xué)生競(jìng)賽：組織同類型的項(xiàng)目進(jìn)行展示擂臺(tái)，通過學(xué)生的視角，反饋學(xué)習(xí)結(jié)果。

師生提煉：教師給出提升意見，幫助各組完善作品。

教學(xué)評(píng)析：在以上的學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)中，認(rèn)知主題和學(xué)習(xí)對(duì)象均由學(xué)生提出，他們根據(jù)自我的學(xué)習(xí)需要，提出任務(wù)達(dá)成目標(biāo)，實(shí)施操作行為。該學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)采用開放的形式，讓學(xué)生進(jìn)行充分的個(gè)性化定制計(jì)劃，發(fā)揮其主觀能動(dòng)性，對(duì)認(rèn)知內(nèi)容進(jìn)行意義學(xué)習(xí)，符合STEM項(xiàng)目課程的要求。

STEM項(xiàng)目中綜合學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)的關(guān)注點(diǎn)

基于綜合學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)的STEM項(xiàng)目，注重對(duì)學(xué)生完整性能力的培養(yǎng)，關(guān)注學(xué)生的多維度素養(yǎng)的提升，具有構(gòu)建綜合能力的重要意義。在教學(xué)實(shí)踐過程中，務(wù)必關(guān)注以下問題：

首先，有機(jī)選擇學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)的各階段。綜合性學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)的四階段，并非是一成不變的機(jī)械組合，可以根據(jù)課程情況進(jìn)行必要的整合和區(qū)分，以期達(dá)到更為理想的教學(xué)效果。例如，在某些機(jī)械結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜的內(nèi)容中，就可以將階段三的評(píng)估與驗(yàn)證學(xué)習(xí)結(jié)果過程，與階段四的提升學(xué)習(xí)效能過程進(jìn)行整合，保障階段二的課時(shí)充足，提升具體實(shí)施效能。

其次，學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)的大、小主題選擇。綜合性學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)的主題有范圍的區(qū)別，既有課時(shí)較多的大主題，也有短時(shí)間內(nèi)可做完的小主題。大、小主題的選擇應(yīng)該適應(yīng)不同的學(xué)習(xí)對(duì)象、學(xué)習(xí)環(huán)境和小組成員，采用適宜的形式，確保作品的達(dá)成性。

最后，STEM項(xiàng)目的彈性范疇。綜合性學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)相對(duì)于問題導(dǎo)向設(shè)計(jì)而言，更加注重項(xiàng)目的綜合性和整體性，強(qiáng)調(diào)學(xué)生多種素養(yǎng)的提升。因此，在設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)給與學(xué)生多種能力的鍛煉機(jī)會(huì)，幫助其構(gòu)建完整的作品創(chuàng)作思路。

參考文獻(xiàn)：

[1]馬蘭.基于綜合學(xué)習(xí)模式的教師教學(xué)設(shè)計(jì)能力培養(yǎng)[J].課程·教材·教法，2015（8）：85，112-119.

[2]鐘麗佳.聚焦培育綜合學(xué)習(xí)能力——訪荷蘭馬斯特里赫特大學(xué)杰倫·范梅里教授[J].開放教育研究，2018，24（2）：4-12.