芻議STEM項目量規的雙維設計

萬嵩海

中小學STEM教育往往以項目學習的形式展開，它通常要求學生以小組合作的方式來共同達成某個來自真實情境的較為復雜的任務。對于學生而言，他們將在STEM項目學習過程中，把任務轉化為各種明確的達成標準，并通過不斷解決標準所指向的若干難題，最終以完整的產品來考量自己對STEM所涉及的各個領域的知識掌握、應用與聯結情況。對于教師而言，他們要幫助學生建構用于評估產品以及實踐過程是否達成預期目標的項目量規，并引導學生在量規支持下開展項目學習活動，從而深化學生對學科內和學科間的知識理解和聯結，以及在項目學習中的參與度和在團隊中的表現。STEM教育的愿景及其發展趨勢，決定了STEM項目需要有產品達成度量規和實踐參與度量規的共同支持。

產品達成度量規的設計

產品達成度量規，是指經由STEM項目學習而產生的實物化產品所需滿足的各種限制與各項標準。比如，產品需要具有何種功能，產品必須具備何種結構，材料使用有何限定，對產品安全性、實用性、美觀度有何要求等。

案例《建高塔》

任務：以小組為單位，用給定的材料制作一個不低于1.4米的高塔（底部不能粘在桌面上），要求高塔必須保證站立并能抵御一定強度的風力。盡量節省材料的成本，看哪個組設計的作品能達到物美價廉的平衡。

實際上，STEM項目學習的任務是產品達成度量規的綜合表達。為了有效地提升學生的實踐能力，任務必須與相關學科建立聯結，并具備一定的挑戰性。當我們深入思考學科聯結點和任務挑戰點時，就會逐漸形成用于評估各點達成度的指標。因此，教師在構建一個STEM項目時，首先要考慮該項目在不同學科領域中所要達成的一系列的目標。比如，案例《建高塔》中與各學科相聯結的目標分別是：

科學：知道上輕下重、上小下大的物體不容易倒。

技術：在設計和建造高塔中合理使用框架結構。

工程：使用工程迭代過程來設計、建造、測試高塔。

數學：測量高塔的高度，核算所使用的材料成本。

藝術：在設計與建造過程中，考慮高塔造型與結構的美觀。

為了讓學生在設計與建造高塔的過程中發揮自主性與創造性，教師接下來需要考慮的是如何用明確的量規來幫助學生達成這些與學科相聯結的目標。上述目標中，“不容易倒”是高塔穩定性的外在表現，穩定性是指高塔在自身重力以及外力作用下保持其原有形狀與結構的能力。為了幫助學生有效利用學科知識與概念，教師應該引導學生思考“怎樣的形狀與結構具有穩定性”“如何檢測高塔的穩定性”，于是便形成了指向高塔“穩定性”達成度的評估指標——產品結構性量規和產品功能性量規。

產品結構性量規，主要考量學生在產品設計過程中能否充分利用已有知識來設計有用的結構以實現產品的既定功能，并幫助學生在產品性能檢測中根據測試結果來反思、校正產品的結構設計。在案例《建高塔》中，產品結構性量規有“在設計中考慮到增強高塔穩定性的外形與結構”“塔的高度不低于1.4米”。

產品功能性量規，主要評估學生的實物化產品在性能檢測中能否滿足既定的功能，并幫助學生反思產品結構中的冗余設計與容錯設計（表1中的“使用多種結構來增強高塔的穩定性”屬于冗余設計，“可以搬動”屬于容錯設計）。在案例《建高塔》中，產品功能性量規是“高塔能夠抵御一定強度的風力”。

同理，教師可以為各學科聯結目標設計出相應的產品達成度量規。

需要說明的是：（1）表1所示的產品達成度量規僅用于支持相應的觀點，而非該項目量規的最優化設計;（2）教師在進行STEM項目設計時，產品達成度量規和項目任務需要相互印證，同步調整;（3）教師在開展STEM項目教學時，產品達成度量規并不是緊隨“任務聚焦”直接呈現，而是需要引導學生根據任務開展指向產品達成度量規的“頭腦風暴”，從而共同研制出一套用于評估產品效果的標準;（4）形成共識后的產品達成度量規，應該出現在“方案設計”環節之前，并以可見的方式貫穿在后續的各個迭代環節之中。

實踐參與度量規的設計

實踐參與度量規，是指衡量學生個體及其團隊在卷入STEM項目學習時的參與深度和參與廣度的各項標準。比如，學生在方案設計、產品展示等環節中分別需要達到怎樣的要求，他們在項目學習中的分工合作、個人貢獻應該具有何種表現等。

上文所述的產品達成度量規，更多的是針對產品本身的結果性評估，由于產品的個體獨特性，因此每一種產品的達成度量規都會有較大差異，需要“一案一設計”。而實踐參與度量規，是對學生參與STEM項目各環節的過程性評估，考慮到項目學習過程的共通性，因此參與度量規的差異并不顯著，甚至在一定程度上可以實現通用。比如，我們可以為《雞蛋保護器》《橋》《建高塔》等案例設計出如下的實踐參與度量規（見表2）。

若對表2所示的“實踐參與度量規”詳加分析，不難發現涉及方案設計、產品制作、修正完善、展示交流的量規主要衡量學生在項目各環節中的參與深度，以幫助他們深入體驗工程實踐過程。而涉及分工合作、個人貢獻等方面的量規，主要考量學生在項目學習中的參與廣度，以幫助他們認識并提升其在團隊中的價值。

盡管表2所示的實踐參與度量規具有共通性，但并不意味著它通用于各個年齡段的學生。《義務教育小學科學課程標準》指出，工程設計在不同年段有學習進階，如“1—2年級：利用提供的材料和工具，通過口述、圖示等方式表達自己的設計與想法，并完成任務;對自己和他人的作品提出改進建議……5—6年級：根據設計意圖，分析可利用的資源;簡單評估完成一個產品或系統的可行性，預想使用效果;從經濟效益、社會效益、環境效益等方面評價某個工程設計，并提出改進和完善建議”。因此，教師在設計STEM項目學習參與度量規時，需要充分考慮到工程設計乃至STEM實踐活動的進階性。