基于STEM教育理念的校本課程案例開發與實施

孫莉　盧巍　米帥帥　趙雪

[摘? ?要]新的課程改革對培養學生的學科核心素養與學科間共通素養提出了要求，進而對校本課程的設計與實施形成了新的挑戰?；赟TEM教育理念的校本課程案例的開發與實施是應對這種挑戰的一種較為可取的方式。為此，研究者在分析了不同研究人員對STEM教育理念的界定后發現，“跨學科”“做中學”“協同合作”以及“基于科學問題”的理念共同點，可作為開發與實施基于STEM教育理念的校本課程案例所應遵循的原則。研究者結合經典5E模型，添加主題制定步驟，以“節能住房”項目為例闡述了整個過程。

[關鍵詞]STEM教育;校本課程;5E模型;主題

一、引言

《普通高中課程方案及各學科課程標準（2017年版）》的發布與實施，意味著以發展學生核心素養為基礎的課程改革開始由頂層設計進入教學實踐階段[1]。新課標除了對本學科的核心能力與素養提出要求之外，也將科學探究、科學思維等有關科學精神和創新實踐的共通素養作為各理科課程對學生的共同要求[2]。因此，如何培養學生的學科核心素養與學科間共通素養成為新課程改革教學實踐階段需要解決的關鍵問題。由此，將核心素養融入學校課程建設是一種可取的策略[3]。

校本課程作為學校課程的重要組成部分，對培養核心素養的教學實踐具有重要的現實意義。新課標對校本課程的設計與實施提出了新的要求，其目標制定和實施形式較之以往均需做出相應的改變[4]?！吨袊鳶TEM教育白皮書》指出，STEM教育是面向所有學生的培養綜合素質的載體[5]。這無疑為校本課程的開發與實施指明了方向。

二、STEM教育理念

對于STEM教育理念，眾多研究人員提出了自己的看法與認識。納森（Nashon）教授認為，STEM教育涉及環境因素，并包括兩點要求：一是環境要提供學生身邊的問題;二是環境提供給學生的是科學問題[6]。常詠梅和張雅雅則認為這是一種協同教育理念[7]，包括“教師協調、學科協同、主題協定、學生協作”，這種協同教學理念對目標的制定、內容選擇與實施過程發揮了重要的指引作用。趙呈領、申靜潔和蔣志輝等認為，STEM教育具有協作性、跨學科、做中學、創新性的特點[8]。部分研究人員僅將做中學、跨學科視為STEM教育的特征[9-11]，而張屹等人則將跨學科、協作性、體驗性、設計性、情境性作為STEM教育的特征[12]。此外，也有研究者認為，多學科融合、基于真實問題情境、重視學習過程和技術作為支持工具是STEM教育的特征[13]。

以上不同的STEM教育理念具有一些共性，可作為開發校本課程的基本原則。一是強調跨學科。這種跨學科并非不同學科的簡單組合，而是在不同學科知識深度整合的基礎上所形成的知識系統。二是強調做中學。這種教育形式重視學習過程，強調學生的學習體驗。三是基于協同教育理念。協同主要體現在教師之間、師生之間以及學生之間，它包括不同學科教師之間就選擇教學主題、組織教學內容的協同互助，也包括師生在課堂環境中的互動，還包括學生之間的合作。四是基于科學問題。相對于簡單問題，科學問題具有某種抽象性，有所知又有所不知，而簡單問題一般源自好奇或直接觀察[14]。這種科學問題是基于現實產生而非虛假編制?！笆欠窕诳茖W問題”可作為區分STEM教學活動與傳統手工課的主要依據。

三、結合課程案例的開發與實施過程分析

恰當的教學活動組織形式是實現STEM教育理念的媒介，也是校本課程開發與實施的路徑?；陧椖康慕虒W活動組織形式無疑是最佳選擇。其強調為學生提供融入真實情境的體驗，這些體驗將幫助學生對科學、技術、工程和數學各領域的概念形成深刻的理解，并強化更高的思維技能，同時要求學生通過合作、團隊溝通等完成任務。除此之外，基于項目的學習以工程設計為基石，要求學生用他們在科學、數學、技術等領域的知識解決真實世界中有意義的問題[15]。

本研究采用了一種廣泛使用的基于項目的學習教學模式——5E模型[16]。5E模型提供了按照結構順序排列的五個步驟，分別是參與（Engagement）、探索（Exploration）、解釋（Explanation）、延伸（Extension）、評估（Evaluation）。它提供了一個框架，可以將STEM教育理念整合其中。5E模型主要涵蓋了教學發生的部分，對教學內容的選擇與組織關注不夠，因此研究者增加了主題制定的部分，即由教師為學生選定一個活動的主題。

1.確定主題

主題制定是開發與實施STEM校本課程案例的第一步，也是最困難的一步。基于我國目前分科教學的現實，學生和教師都難以就跨學科的自然現象做出恰當的解釋，因此，由單一學科的教師選擇并制定跨學科主題還不太現實。為解現實困境，應采用協同教育理念，即主題的構建與制定以某一學科教師為主，其他學科教師為輔。此外，要注意所選項目一定要依賴于學生所學的概念、原理，以便落實“基于科學問題”的理念。在此，將結合“節能住房”課例加以說明。

“節能住房”課例的設計是以物理教師為主導的，為保證跨學科特征，選擇了“能量”概念作為設計的基礎，但并不局限于物理學科，還包括化學、生物等學科中與能量相關的內容（需要化學、生物等學科教師的參與）。在選定科學概念之后，要確定一個既能容納所選科學概念又要與學生的生活息息相關的相關問題。如住所需要能量，包括供熱、制冷、照明等，但能量的不合理使用造成了驚人的浪費，所以“節能”就是一個現實的話題，可促進學生對能量概念產生更深層的理解，并培養節能意識。由此，誕生了“節能住房”這一主題。

2.課程實施的5E流程

（1）參與。參與主要是指列舉項目的要求以及限制性因素。在基于項目的學習中，工程設計是基石。工程設計有兩個典型特征：明確的目標與模糊的任務[17]。在“節能住房”項目中，主要從以下三個方面對學生所需要達到的最低要求進行了描述。一是節能住房的組成要求。包括居住區，在保證較完整住宅結構（如墻壁、屋頂、住宅內部功能分區等）的前提下，可適當發揮，如增加住宅的防震性能等;出行工具，如車及車庫的設計;照明系統，包括生活用照明系統與觀賞用照明系統，可根據所學知識進行電路控制的設計;庭院景觀，可根據個人生活經驗增加庭院內部觀賞景觀，如假山等;水循環系統，包括生活用水和觀賞用水，可根據所學知識進行水循環設計。二是設計原則。包括科學原則，應明確自己所做項目涉及的科學內容;綠色可持續原則，應盡量減少能量消耗，提高材料利用率;經濟原則，項目的實施應盡量節省成本或花銷。三是安全要求。如避免使用交流電。

以上教師所提出的目標是明確的，但如何達成這些目標是模糊的，需要學生在后續環節中通過合作、討論、質疑等過程完成。

（2）探索。探索階段，是學生通過與小組成員和教師互動，提出問題解決方案的階段。學生的任務實際上就是小組討論，教師的任務則是幫助學生開展有效討論。討論內容包括對第一階段所提項目要求以及限制性因素的正確識別，也包括可選擇的技術手段與工具，以及可能的方案。同一小組內可能會產生多個方案，但每個小組最后只能確定一個方案，因此需要組內協商。這實際上是對5E流程中“解釋”過程的預演，只不過是發生在組內而非組間。這一過程的要求只有一個，即充分討論，只有經過充分討論才會生成具有可行性的方案。

（3）解釋。解釋是指學生對自己所提方案可行性的辯護。每個小組向其他組報告其最終方案，交流分享可行性分析，其他小組可提出質疑，當所有的質疑與分歧都得到解決后，再進入下一階段。學科知識是鑒別方案可行性的有效手段[18]。高中學生多數情況下能夠對方案的可行性做出恰當分析，但仍然會漏洞與不足，教師需要發現并記錄學生在匯報中存在的不足，要求他們進行補充與說明。在“節能住房”項目中，每組學生派出一個代表，以手繪或計算機輔助的形式呈現方案設計（見圖1）。小組代表講解完畢后，其他小組提出問題，由匯報人記錄問題并作出回應。

（4）延伸。延伸是指方案的實施階段。學生集中動手做，將所學的概念、定律等與解決方案真正整合在一起，體現出“做中學”的理念。這是學生實現自己方案的過程，他們會碰到各種困難，犯各種錯誤。已有研究證明，學生在犯錯的過程中，會不斷努力思考，發現自己的優勢，明白自己在做什么，并管理自己的項目過程，從而使自己的工作更加深入[19]。教師在該階段要查看各組學生的進展情況，發現學生在實踐中所犯的錯誤，在學生求助時提供引導。通常，在這一階段結束時，學生應完成一件作品，該作品是下一階段評估的對象。

（5）評估。評估包括兩方面。一是教師對活動過程中學生的表現進行評估。教師評估并非要評判學生的優秀程度，而是要努力弱化這種結果取向，突出過程性評價，對學生所表現的合作能力、創造能力等進行非評價性的陳述。二是學生對自己的作品進行評估。主要包括：是否達到了最低要求，以及對項目實施的總體自評。當然，有些小組可能沒有達到參與階段所提出的最低要求，或僅達到了最低水平，那么還需要就作品的改進思路做出相關陳述。如圖1中的（B）設計方案對應作品的完成度不高，因此該組學生在自我評估的過程中需要提出改進方案;而（A）設計方案的對應作品完成度更高，該組學生在自我評估中提出的改進內容較少。

四、結論

以上課例，闡述了在經典5E模型的基礎上添加主題制定步驟進行課程設計并實施的完整過程，從課程的開發到實施，始終貫徹STEM教育理念。從主題選擇到5E模型實施，涵蓋了教師之間、學生之間、師生之間的協同合作;學生的“做”是整個教學活動中的典型特征，既包括實現預想方案的“動手做”，也包括為自己方案可行性進行辯護的“動腦做”，而“做中學”是對這個過程的詮釋。在“基于科學問題”方面，課例基于能量的概念以達到節能目的，這是其與常見“手工課”的內在區別?！翱鐚W科”則體現在方方面面，包括物理、化學、數學、工程、藝術等，充分體現了STEM教育的典型特征。

參考文獻

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（責任編輯? ?郭向和）