STEM教育跨學科學習共同體：促進學習方式變革

趙慧臣 張娜鈺 馬佳雯

(1.河南大學 教育科學學院，河南開封 475004；2.河南大學 河南省教育信息化發展研究中心，河南開封 475004)

作為跨學科、綜合性的教育模式，STEM教育在我國不斷發展。國家發布相關規劃，積極推動STEM教育發展。例如，2016年，《教育信息化“十三五”規劃》鼓勵有條件的地區積極探索信息技術在新教育模式上的應用；2018年，中國教育科學研究院啟動“STEM教育2029計劃”。2019年，教育部發布的《關于實施全國中小學教師信息技術應用能力提升工程2.0的意見》提出，探索跨學科教學等教育教學新模式，并把促進教師跨學科教學能力提升作為主要措施之一。地方政府也積極推動STEM教育的開展。例如，2016年，廣東省教育研究院確定12所學校為首批TI數學與科學跨學科綜合實驗基地學校。2017年，浙江省啟動了中小學STEM教育項目試點區。2019年，陜西省遴選STEM教育領航種子(實驗)學校。

STEM教育跨學科學習引起人們的關注。“跨學科”強調不同學科知識的整合和應用，“跨學科學習”要求學生學習不同科學知識，面向問題開展合作與交流，并形成跨學科的創新方案。為促進跨學科學習的開展，教育部科技司《關于做好2019年度教育信息化教學應用實踐共同體項目推薦遴選工作的通知》指出：“構建跨學科學習(STEAM教育)實踐共同體，以探索推進信息化教學應用的長效機制。“共同體是幫助跨組織團體實現知識(或信息)共享與協作創新的多功能、高效性的組織形式。”(周樸雄等，2014)面向STEM教育，跨學科學習共同體可以更好地支持學生整合不同學科知識，成為創新人才培養的重要方式。

一、概念提出

互聯網環境下，知識不再是線性的、集中的，而是分散的、碎片化的。學生必須加強不同類型信息的加工和不同學科知識的整合。STEM教育跨學科學習共同體回應了創新學習方式、營造學習文化以及豐富學習理論的現實訴求。

(一)跨學科學習共同體可以促進學習方式變革

在教育方式不斷革新的背景下，學生的學習方式呈現多樣化。按照學科類型和學習人員類型的不同，人類學習方式可以分為四種類型(見圖1)：群體跨學科學習(第一象限)、個體跨學科學習(第二象限)、個體單學科學習(第三象限)和群體單學科學習(第四象限)。其中，在傳統的個人單學科學習方式中，同伴互動與知識交叉薄弱，難以支持學生的綜合發展。在個體跨學科學習中，學生即便具備扎實的學科知識，也會因交流互動不足而難以深入。群體單學科學習指在某學科課堂教學中，學生之間圍繞這一學科開展知識學習，但容易受學科規律影響而形成思維定式，難以形成跨學科知識結構和創新應用。

圖1 基于學科特征和學習主體的學習方式分類

在學科融合的趨勢下，群體跨學科學習成為學習方式變革的方向。STEM教育跨學科學習是群體跨學科學習的代表形式。通過跨學科學習，不同學科學生在互動交流中形成分析問題的跨學科思維，構建解決問題的跨學科方案。

(二)跨學科學習共同體的價值

面向STEM教育，學生、教師等群體開展跨學科學習，相對個體單學科學習而言已經形成跨學科學習文化。根據文化體現在器物、行為和制度三個層面的觀點，跨學科學習共同體分別體現在跨學科學習資源、跨學科學習行為和跨學科學習理念三方面(見圖2)。

圖2 作為學習文化的跨學科學習共同體

首先，共同體共享跨學科學習資源。作為基礎性因素，跨學科學習資源是跨學科學習共同體的物質基礎。豐富的跨學科學習資源可以為共同體提供學習工具、學習內容和學習環境，為不同學科知識之間的融合創新提供更多可能性。

其次，共同體優化跨學科學習行為。共同體規則使成員之間的跨學科學習更高效，更好地支持學生構建跨學科的知識結構和應用跨學科知識解決現實問題。通過跨學科學習共同體，學生可以拓寬跨學科學習的廣度與深度，融合多學科知識解決生活中的問題；教師可以提升跨學科教學能力與綜合課程開發能力，引導學生強化所學不同學科知識與現實生活、未來職業之間的聯系(the Califomia Center for College and Career，2019)。

再次，共同體升華學科學習理念。我國長期分科教學的實際、不同學科類別之間的差異以及教師跨學科教學經驗的不足，均導致跨學科學習難以真正實現。創造“共同體成員為了同一目標而努力”的氛圍是學習共同體質量的界定標準(柳春艷等，2006)。跨學科學習共同體賦予師生“自主自治”的跨學科學習理念。此時，師生享有更多的跨學科學習自主性，自由開展從問題分析、項目設計到合作探究等跨學科學習活動，有助于實現跨學科學習目標。

(三)跨學科學習共同體研究有待拓展

在由單學科到跨學科的教學改革趨勢下，學者們關注學習共同體的特點與潛在價值，并從本體論、認知論和價值論三個層面進行了探討。首先，在本體論層面，學者們對學習共同體的內涵和特征的認識較統一，認為杜威的“民主共同體”就蘊含學習共同體的思想，指出學習共同體具有開放共享、協作探究和自主自治等特征(楊小玲等，2017)。其次，在認知論層面，相關學者主要關注學習共同體的形成與構建。比如，鐘志賢(2005)強調共同體知識建構要在學習者與環境及教師之間的多層次互動中完成。張紅波等(2016)基于社會網絡的視角，探討在教學實踐中讓教師更好地構建學習共同體。在價值論層面，相關學者提出利用學習共同體的特性，將其應用對象擴展到教師、課程中。比如，孫元濤(2011)分析了教師專業學習共同體的基本理念、實踐原則及構建過程，討論了教師跨學科協同教學模式等，支持教師專業發展。張曉娟等(2018)基于學科的課堂學習共同體，提出注重創建有共同愿景、真實情境和文化氛圍的課堂學習共同體，實現深度學習。

反思現有研究發現，學者多從知識建構層面探究學習共同體，主體多是教師群體或課堂單學科教學，缺乏面向STEM教育的群體跨學科學習研究。鑒于此，本研究針對STEM教育的跨學科特點，討論跨學科學習共同體的要素及其關系，期待助力以跨學科方式培養復合型人才。

二、構成要素

STEM教育跨學科學習共同體由不同特質的學生組成，通過整合課程將單學科學習轉變為多學科學習；通過項目式分工引導學生將不同學科的知識融匯貫通，從而形成資源開放、團隊異質、成果共建的共同體。參照活動系統“主體-客體-規則-工具-勞動分工-共同體”的構成(斯琴圖亞，2006)，單學科學習共同體與跨學科學習共同體的差異見表一。

表一 單學科學習共同體與跨學科學習共同體比較

(一)跨學科學習的主體：異質學生為主，多學科教師為輔

在跨學科學習共同體中，師生為了解決問題而開展跨學科群體學習。其中，異質學生需要有效合作，而非任意合作；不同學科的教師則成為學生跨學科學習的促進者和引導者。

一方面，異質學生作為跨學科學習共同體的重要主體，需要發揮跨學科學習的能動性和創造性。學生要建立共同愿景或聚焦感興趣的問題，制定詳細的跨學科學習計劃；尋找適合的跨學科學習方式，提高跨學科學習的效果；圍繞基本概念和學習內容，討論不同學科之間的關聯并進行整合；注重團隊精神，在面向問題的跨學科研究中主動承擔各自責任。

另一方面，不同學科教師在跨學科學習共同體中的作用不容忽視。教師討論跨學科學習大綱，設計跨學科學習框架；將學術問題轉化為生活中的真實問題，為學生提供豐富的跨學科學習情境；給予學生足夠的時間和空間以跨學科的方式開展探究，提升學生跨學科創新能力。

(二)跨學科學習的客體：跨學科課程

STEM教育跨學科課程必須協同整合、優化重組，支持學生以跨課程的方式開展項目式學習。其中，跨學科課程關注的重心不是某個學科或者學科界限，而是融合不同學科的主題。例如，深圳市樂群小學開展了“探·創春天”“喂鳥器產品發布會”“大道無痕·行者無疆-粵之行”等二十多個主題的跨學科課程，深受師生喜愛。然而，跨學科課程的主題并非是將不同學科的相同主題知識簡單拼湊到一起。例如，針對“水”的主題課程中，語文教師從課本中抽取與水有關的詩詞、文章講解，然后物理教師介紹水的三態變化，接著生物教師講解水對生物體的巨大作用，最后地理教師介紹水在地球系統中的重要作用(李佩寧，2017)。這只是不同學科知識在形式上的線性組合，并沒有從跨學科理念實現多學科知識的創新融合。

跨學科課程要從生活問題融合多學科知識，支持學生從熟悉的生活情境逐漸深入，不斷豐富跨學科的知識結構。因此，跨學科課程應具備以下特性：面向學生興趣、生活，盡可能多地包羅主要學科；反映職業領域當下或歷史的問題，從多學科視角分析；為學生提供跨學科研究與調查的方向，給予跨學科學習多元化的方法引導。跨學科課程應聚焦三個關鍵詞：一是“兼顧”，即以某門課為主，其他課程為輔，將不同學科課程內容進行整合；二是“融合”，即面向學科知識與生活情境的聯系，將不同學科知識融合到主題中；三是“貫通”，以社會文化為背景，將不同學科知識和項目學習結合起來。例如，圍繞主題“水的秘密”開展項目式學習，學生可以探究水是如何產生的(物理、化學視角分析其構成)；水對生命的重要性(從生物視角分析水的微觀形態，地理視角分析水循環、水生態)；水在生活中扮演什么角色(凈化、灌溉、水壩、發電)；水與社會、經濟的相互作用(從歷史的視角解讀水與戰爭、社會變遷的聯系，從經濟視角分析航行與經濟發展的關系)；水與文化的共生(從文化視角分析關于水的詩歌、風俗、音樂等)(李佩寧，2017)。

(三)跨學科學習規則：促進不同學科知識的整合與創新

規則是組織需要制定的約束條件，以規范、協調內部運作。跨學科學習共同體需要形成新的教學模式作為規則，促進學生開展不同學科信息和知識的學習和應用。因此，所采用的教學模式應能夠支持多學科知識的整合與生成。跨學科學習的規則要體現在以下方面(the Califomia Center for College and Career，2019)：轉變傳統的教師主導的教學設計，支持學生在跨學科學習活動中的主體地位；在識別未被學生掌握的知識與技能的基礎上，開展特定的跨學科交流活動；構建由多方參與的跨學科學習社區，支持不同學習背景、學習水平的學生均能取得最大程度的發展。例如，5EX模型(EQ：進入情境與提出問題活動；EM：探究學習與數學應用活動；ET：工程設計與技術制作活動；EC：知識擴展與創意設計活動；ER：多元評價與學習反思活動)從教師創設與生活緊密相關的問題情境出發，引領學生由具體現象提出問題假設，制定研究方案，在收集相關資料、數據后，動手操作驗證假設并反復修正，最后采用多種方式評估學生學習情況(李克東等，2019)。

(四)跨學科學習工具：創新性組合后的群體性應用

跨學科學習共同體需要關注技術對跨學科學習的支持作用。教師和學生需要借助信息技術實現跨學科學習的最優化，最大程度地支持跨學科學習的開展。其中，跨學科學習離不開多功能網絡平臺的支持。例如，通過“知識論壇”(knowledge forum)、Moodle平臺等，師生可以發文、點評等，跨學科表達觀點、貢獻思路與傳播知識。

跨學科學習工具需要創新組合，用于支持群體的學習活動。例如，績效圖可以幫助跨學科學習共同體識別課程的重點主題、標準和績效，不受文科或理科學習特點的限制。首先，教師定期圈畫學習主題的范圍，羅列主題間的順序，確定課程綱要；然后，學生根據課程目標勾勒出績效圖；最后，團隊成員通過績效圖分析成果，直觀地觀察跨學科學習的意義，還可以對不同學科的聯系進行頭腦風暴。

(五)跨學科學習分工：項目式學習的協作式分工

即使組成跨學科學習的要素相同，但如果分工方式不同，整體效果就有可能不同。合理的分工既可以支持師生的跨學科學習活動，又能推動跨學科學習共同體的開展。

一方面，學生應依據項目需要開展協作式分工。例如，有的學生偏向理科思維，有的學生文科突出，有的學生擅長提出質疑，有的學生善于思考解答等。因此，跨學科學習共同體圍繞問題進行分工時，不同特質學生間應多形式開展協作，通過互補方式耦合起來，帶動或引導其他學生的發展。

另一方面，教師應依據項目主題優化不同學科課程之間的關聯，支持學生跨學科學習分工。跨學科學習的效果不僅取決于多門組成課程，而且在很大程度上取決于課程之間的關聯方式。跨學科課程分為主要學科與輔助學科，在保持學科特點的基礎上增強不同學科的知識關聯；區分不同學科的核心概念，明確不同學科的基礎知識。例如，在學習“圓明園”主題時，語文教師的教學重點是對圓明園的描寫、情感的表達，而歷史教師應重點講解歷史背景和事件緣由等。

(六)跨學科學習環境：開放共享的混合式學習環境

跨學科學習環境要突出線上與線下學習相結合、正式學習與非正式學習相結合；關注混合學習環境的應用效果，而非混合的種類，進而營造開放、輕松和有趣的跨學科學習氛圍。例如，深圳南山實驗學校以美術知識為基礎，將“教室-黑板”教學環境轉變為身臨其境的真實場景，帶領學生走進城市街道、生活社區、博物館等場所，豐富學生的跨學科學習體驗。

根據環境對跨學科學習作用的不同，可將其分為正向環境、中性環境和反向環境。正向環境對跨學科學習產生積極作用，反向環境對跨學科學習起抑制或消極作用，中性環境對跨學科學習既無積極作用也無消極作用。在建構跨學科學習環境時，教師需要采取有效措施，將反向環境轉化為正向環境和中性環境。

概括而言，學生與教師、跨學科課程、跨學科學習工具、跨學科學習規則、協作式分工和混合式環境等共同構成跨學科學習共同體(見圖3)。在混合式學習環境中，學生和教師遵循跨學科規則(跨學科成員管理、跨學科課程設計、跨學科學習評價)，應用跨學科學習工具，學習跨學科課程，形成跨學科學習成果。其中，教師可采用項目式教學方法，引導學生組合和應用跨學科學習工具，與學生共同設計跨學科課程。學生可利用跨學科學習平臺，及時查看團隊活動進度及學習分析報告，參與跨學科課程的設計和實施。

圖3 跨學科學習共同體要素及其關系

三、構建路徑

根據共同體發展的一般特點，跨學科學習共同體同樣經歷著識別、適應、發展、解體和形成新共同體的循環過程(見圖4)。

(一)組合階段：判斷能否存在跨學科學習共同體

圖4 跨學科學習共同體構建路徑

在跨學科學習共同體建立初期，學生與學生之間、教師與學生之間、跨學科課程之間等相互組合，成員之間能否異質互補、協作學習、融洽交流，并形成創新性結論，是判斷跨學科學習共同體能否形成的重要標準。為此，教師需要設計開放式的問題檢驗跨學科學習共同體要素的適切性；學生需要反思通過跨學科課程的學習，從中找到感興趣的問題，并為此開展有效的項目分工。

圖5 跨學科學習共同體變量的內容與關系

依據教學設計的相關理論，跨學科學習共同體包含條件、方法和結果三方面變量(見圖5)。首先，條件變量(成員特點、跨學科課程、學習工具、學習環境)是形成跨學科學習共同體的前提。分析條件變量有益于把握跨學科學習共同體的屬性和特點。其中，如何把握跨學科學習共同體成員的風格和特點，采用合適的跨學科學習工具，針對性地設計跨學科課程，營造共享開放的跨學科學習環境是跨學科學習共同體形成的重點。其次，方法變量(教學管理策略、內容講授策略和學習組織策略)是優化跨學科學習共同體的主要方式。其中，教師如何設計跨學科學習策略、學生如何選擇跨學科學習組織策略尤為重要。最后，結果變量(跨學科學習效果、學習效率等)是檢驗跨學科學習共同體效果以及是否需要調整的重要依據。

(二)適應階段：形成穩定的跨學科學習共同體

跨學科學習共同體并不能立即產生共生效應，而是不斷地在課程整合、合作學習、交流表達中調整。這種調整既是跨學科學習共同體內部合作學習的相互適應，又是共同體成員之間形成關系的過程(鐘啟泉，2006)。明確的分工使成員各司其職，互補互助，逐漸提升成員對共同體的參與感、認同感與歸屬感。

跨學科學習共同體在適應階段需要明確成員角色，合理分配任務。一般而言，跨學科學習共同體應設有負責人、活動組織者、記錄員和發言代表等。選定恰當的學生作為負責人，有助于跨學科學習活動的有序開展，其承擔的責任有：監管跨學科學習的環節、安排跨學科學習的重要事務、上傳下達跨學科學習的要求及所需材料、安排跨學科學習會議和參與評估跨學科學習效果。

(三)發展階段：成為有效的跨學科學習共同體

在發展階段，跨學科學習要素之間的融合程度較強，逐漸成為有效的跨學科學習共同體。成員在討論、探索中將單學科核心概念轉化為跨學科知識，通過解決真實問題驗證跨學科學習的“有效性”。

跨學科學習共同體需要根據實際情況及時調整。為此，教師可以根據教學設計的一般模式，開展跨學科學習的教學設計(見圖6)。其中，學習需求分析體現跨學科學習的愿景，是跨學科教學設計的起點；跨學科內容和成員特點分析為跨學科的學習目標設計、教學策略選擇和學習資源應用提供依據；教學效果評價關注跨學科學習的質量，以便據此及時修訂相關教學活動。

(四)解體階段：轉化為新的跨學科學習共同體

進入發展階段后的跨學科學習共同體便逐漸進入轉變期，某些跨學科學習共同體將面臨解體。主要原因在于：一是個別學習共同體的發展比較遲緩，難以適應現實需要，跨學科學習效果不盡如人意，進而導致跨學科學習共同體落后而面臨解體；二是，由于跨學科課程的多樣性及成熟度存在差異，有些課程的自我調整進度可能與STEM教育發展不協調。發展較快或較慢的課程逐漸變得不再適應原有的跨學科學習，導致相應的跨學科學習共同體解體。至此，不同學科課程又開始新的優化整合，師生重新組合，形成新的、更有活力的跨學科學習共同體。

圖6 面向跨學科學習的教學設計流程

四、實施建議

為培養引領時代發展的綜合型人才，教育者既需要在理論層面剖析跨學科學習共同體的規律，又需要在實踐層面探討跨學科學習共同體的落實。STEM教育跨學科學習共同體需要學校、教師和學生三個層面的建構。

(一)學校瞄準跨學科學習趨勢，規劃跨學科學習共同體的發展路徑

首先，學校應關注學科交叉的新發展，將跨學科課程納入課程體系。學校要反思單學科的傳統課程管理方式存在的問題，根據創新人才培養目標調整跨學科課程的組合。例如，2019年《河南省教育廳關于推進中小學人工智能教育的通知》將人工智能教學納入信息技術、科學、綜合實踐活動課程，在不增加教師、學生負擔的同時，融合推進。

其次，學校應與企業、教育機構建立合作，爭取跨學科學習所需的社會資源。例如，美國辛辛那提市2011年形成的地區性STEM學習生態系統，匯集了正規教育機構、大學、本地博物館和科學項目的非正規教育機構，以及對STEM感興趣的商業合作伙伴(劉亮亮等，2018)，為跨學科學習提供社會領域的交流機會和資源支持。

最后，更新現有學生評價體系，增加STEM教育跨學科學習評價：依據STEM教育跨學科育人理念，綜合采用形成性評價、總結性評價等多種評價方式；匯集富有跨學科學習經驗的專家小組檢查學生的作品，對學生跨學習學習成果進行指導和反饋。學校既要關注學生個體跨學科學習的進步，更要重視跨學科學習共同體的發展；既要評價跨學科學習的外部成果，更要評價跨學科學習的團隊氛圍。

(二)教師聚焦跨學科學習需求，提升跨學科教學能力

表二 教師跨學科教學有效性評價

一方面，不同學科教師要加強交流和合作，組建跨學科教師團隊。遴選優秀的學科教師組建跨學科教學共同體，研討不同學科橫向與縱向的整合方法與策略；保持學科特色并充分發揮不同學科教師的特長，為學生呈現有效整合的跨學科課程。例如，2013年以來，福建省福州市鼓山中學建立了由專家學者、行政管理人員、學科教師共同組成的跨學科教師團隊，超越了年級和學科局限，打破了單學科教師的傳統管理模式(許京等，2017)。

另一方面，教師要不斷提升自身專業素養和跨學科教學的意識與能力。開展STEM教育跨學科教學時，教師需要具備多樣化的學科知識背景，將不同學科知識與生活和職業相聯系；綜合應用多種教學模式與教學方法，高效實現跨學科學習的目標；從教學明確性、教學多樣性、教育任務取向、教學投入程度、班級管理情況、師生互動關系等有效教學的多個方面，開展跨學科教學的有效性評價(見表二)，從而不斷積累跨學科教學經驗，提升跨學科教學能力。

(三)學生面向真實問題，增強跨學科學習的意識與能力

為了基于現實問題開展跨學科學習，學生需要不斷擺脫單學科閱讀-單學科思考-單學科實踐的局限，從“跨學科閱讀-跨學科思考-跨學科實踐”三個維度(見圖7)，提升跨學科學習的意識與能力：

圖7 學生跨學科能力構成

首先，樹立跨學科學習的觀念，形成跨學科閱讀的意識。在跨學科學習中，學生圍繞所關注的問題，根據不同學科之間的互補關系，養成跨學科閱讀的習慣：既可以某個學生閱讀不同學科的資料，又可以閱讀不同學科資料的學生開展跨學科交流。

其次，提升跨學科思考能力，形成跨學科認知結構。學生要在跨學科思考的過程中整合不同學科的信息，挖掘不同學科知識之間的聯系，加強對不同學科知識的深度學習，形成跨學科知識結構。

最后，建立成員之間的融洽關系，在跨學科學習實踐中突出團隊精神。在跨學科學習共同體中，每個學生都有獨特之處，發揮著不可替代的作用。學生之間應圍繞問題互相幫助，加強彼此之間的跨學科交流，積極分享個人的新見解，回應同伴的不同觀點，不斷創新跨學科問題的解決方案。