技術背景下基于STEM理念的實操類課程研究

韓婧

摘 ?要 以某高校掌控板課程為例，開展技術背景下基于STEM理念的實操類課程研究，強調創新思維和工程意識的塑造，立足于實踐能力和理論聯系實際能力的培養，并在多元過程性評價體系的支持下進一步激發學生的學習興趣，增強課程教學效果。

關鍵詞 STEM;T-STEM實操類課程;混合式教學;多元過程性評價體系;在線教學平臺;掌控板

中圖分類號：G434 ? ?文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2021）05-0007-03

1 問題提出

STEM作為一種新的教育理念，強調科學、技術、工程和數學四個學科間的深度融合[1]，本質上是培養學習者解決問題的能力和實踐能力。STEM理念旨在以在實際生活中遇到的問題為引子，產生解決問題的項目或實踐活動，讓學生在整個操作過程中體驗到實踐的樂趣[2]。實操類教學對高素質的創新型人才培養起著無法替代的作用，與STEM教育理念有著良好的契合度，兩者有著相同的目標，并在過程中相互補充。

技術背景下基于STEM理念的實操類課程（以下簡稱為“T-STEM實操類課程”）順應了當今教育改革的方向，注重還原項目運行的過程，實踐教學是其中的重要教學方式。但對于實踐教學來說，由于課堂的主動權和控制權從教師手中落到了學生手中，導致教學難度被大幅度放大。教學評價體系是保證實踐教學質量的重要措施之一，對規范實踐教學管理和提高實踐教學質量具有重要意義[3]。因此，多元過程性評價體系在模型中起到重要作用。

2 相關概念

實操類教學 ?實驗教學不同于一般教學，教學重點不是知識的講授，而是知識的理解和應用[4]。當前實驗教學界定過于寬泛，不利于教師根據實際教學情境具有針對性地選擇合適的教學策略。實驗教學根據實施意圖的不同，可進一步細分為兩類，如圖1所示。實操類教學的關鍵是“應用”，是注重以實際操作為載體來促進知識運用和創新的教學模式，最后的落腳點是個性化的產品。此種模式重在培養把現有知識靈活運用到實際生活中的能力。因此，是否可以促進學生的知識運用和創新能力是決定實操類教學質量的重中之重。

教學評價 ?教學評價是以教學目標為依據，制定科學的標準，運用一切有效的技術手段，對教學過程及其結果進行測定、衡量并給予價值判斷的過程[5]。教學評價是教學的重要環節，是對教學效果的基本判斷，為教學活動更有效地開展提供基本的依據[6]。在評價功能方面，當前教學評價更強調兩方面。一是評價過程重學生發展而輕甄別功能，多做縱向比較而少做或不做橫向比較，通過評價結果使學生發現自身各方面的問題，激勵學生進一步學習。二是評價過程重激發學生的思考而輕知識的簡單重復。美國斯坦福大學指出應培養學生建立知識與技能之間聯系的能力，讓學生的知識和技能適應新的環境，以及讓他們準備好直面難以預測的挑戰[7]。在信息化時代，獲取知識十分方便，這使得學習能力和探究能力才是制勝的關鍵。在評價取向方面，當前的教學評價更為強調過程取向的評價。在評價方法和工具的發展上，隨著評價取向、評價功能的發展，與之相配套、相適應的新評價方法和工具應運而生，包括績效評價、電子化評價等。

3 T-STEM實操類課程

在技術（Technology）支持背景下，可以更好地記錄教學的全過程，促進教師與學生反思，一定程度上提高教學質量。STEM理念的加入，重新建構了實操類教學的結構。STEM理念包括科學（S）、技術（T）、工程（E）、數學（M）四個學科思想：科學是認識世界、解釋自然界的客觀規律的學科，也是其他三個學科思想的基礎支持;技術和工程是注重過程和實踐的學科，在結構中以主線思路的形式存在;數學學科是基礎和功能性的學科，在所有學科中，數學知識、數學思想和數學思維都是不可或缺的，因而以工具的形式存在。結合教學實踐，筆者提出T-STEM實操類教學模型，由總體教學方式（混合式教學）、教學過程（創設情境、工程設計、探究學習、知識拓展）、多元過程性評價體系三個部分組成，如圖2所示。

T-STEM實操類教學模型注重通過技術提高教學效率，因而總體教學方式采取混合式教學模式，借助技術手段方便教育大數據的收集和統計分析，提高教學效率。一般需要借助在線學習支持平臺，在教學實施過程中，第一階段是創設情境，情境應在科學（S）的指導下以科學性的問題為線索，驅動課程的開展，促進產品的形成。第二階段是工程設計和探究學習，是教學實施過程中的重點，順序可根據課程情況進行選擇。在工程設計中，應以技術（T）和工程（E）為指導，以工程思維為主線，注重實踐能力的培養，主要回答“如何做”的問題。在探究學習中，應以數學（M）為指導，在學習理論知識的過程中注重數學思想的應用和思維培養，建立知識網絡，提高學生的邏輯思維能力和探究創造能力，主要回答“如何學”的問題。第三階段是知識拓展，重點是總結提升，綜合之前的知識并進行創新拓展，產出最終的作品。多元過程性評價體系在T-STEM實操類教學模型中的作用是對教學過程進行評價反饋，監督教學過程。評價體系的核心是通過激發學生的學習興趣，降低挫敗感，從而提高學生的實際操作能力。

基于T-STEM實操類教學模型進行課程設計時，根據課程進行的過程在橫向可分為課程準備期、課程開展期、課程總結期三個階段，其中課程開展期又可分為課前、課中、課后三個階段;根據教學行為的主體不同，在縱向可分為教師行為、學生行為兩種行為，如圖3所示。

在課程準備期，教師進行課程設計安排并準備適當的適應材料（背景材料、相關微課等教學資料），幫助學生盡早完成課程適應，便于后續課程的開展。在課前階段，教師創設情境，并根據上次課的重點內容設計課前小測;學生根據教師上傳的內容進行自主預習，提前對課程內容有大致了解，并在課前完成課前小測。在課中階段，教師首先進行理論講授，并依托線上平臺適時提問，及時了解全班學生對于所講知識點的理解程度，進而調整教學;安排合適的學習任務，并在學生進行課中任務時給予適當的指導，指導重在啟發，一步一步地引導學生自己找到解決的路徑，強化學生解決問題的能力。在課后階段，教師布置相關拓展任務，讓學生通過復習完成任務，在遇到問題時可向教師或其他學生請教，根據學生提問或討論情況安排答疑，幫助學生完成任務;完成后，學生上傳對應成果進行共享，教師對學生所有成果進行整理，方便評價和學生間相互學習。在課程總結期，學生根據所學產出創意作品，教師根據作品進行點評總結。

4 多元過程性評價體系

如圖4所示，多元過程性評價體系根據內部功能的不同分為四部分：評價方法體系、評價工具群、指標體系、評價結果輸出工具。其中，評價方法體系是指整個實操類教學綜合評價體系中所需要的評價方式：電子化評價優勢在于評價的結果可以及時反饋給教師和學生，便于教師及時改進教學;標準參照測量是一種根據學生表現選擇合適等級或成績的評價方法，優勢在于評價標準具體而全面;績效評價是在評價過程中讓學生分享進行一個項目過程的信息，包括遇到的困難、如何解決、獲得什么收獲等。評價工具群是指整個實操類教學綜合評價體系中的評價載體：在線教學平臺是進行電子化評價的平臺，如雨課堂、師星學堂等平臺;學生形成性表現記錄表是一系列過程性記錄表的集合，詳細的記錄表可全面記錄學生整個學習過程，全面的評價數據可促使教學評價更為客觀準確。指標體系主要包括評價標準、指標權重：指標體系中標準的制定和權重設計可根據實際情況進行適當修改，以保證評價的靈活性和適應性。評價結果輸出工具是最后成績輸出的工具，也是承載數據的平臺。對于平臺來說，其應該具有直觀的數據統計能力、良好的數據計算能力、方便操作的界面。

多元過程性評價體系的運行過程也按照程準備期、課程開展期和課程總結期三階段進行。在課程準備期，設計學生形成性表現記錄表和指標體系，并提前對整體課程進行規劃。首先，確定學生形成性表現記錄表內部包含的表單，設計時應充分考慮小組合作的形式。其次，確定等級評定的具體方法，即共有幾個等級，每個等級包括哪些標準，如何界定達到某種標準等問題。確定權重是確定各個表單重要程度的一種手段。在課程開展期進行過程性評價，主要包括電子化評價和標準參照測量。常用的線上教學平臺有Blackboard、雨課堂、師星學堂等。進行標準參照測量時，使用課前設計的學生形成性表現記錄表作為載體。在課程總結期，使用績效評價進行期末項目評價并生成綜合評價成績。評價期末項目不只是評價一個單純的產品，而最重要的是評價這個產品從構思到制作、再從遇到問題到解決問題的過程，從而檢驗學生理論知識的學習情況、理論與實踐相結合的情況。生成綜合評價成績也在課程總結期進行，即給予學生整個學習的學習情況報告。教師根據計算所得的成績進行反饋，讓學生了解自己的學習情況，教師也據此調整未來的教學安排。

5 應用案例分析

為具體闡述說明，筆者在課程開展期以某高校掌控板課程第二章“機器感知：更懂花的花盆”為例進行具體介紹。在線學習支持平臺主要使用雨課堂。

課程準備期 ?在準備期應對課程整體進行規劃，制作多媒體課件;進行分組，兩人一組。課前準備電腦（安裝Mind+軟件）、筆和筆記本（課堂上答題和畫圖用）、掌控板套件工具箱。根據課程的安排設計學生形成性表現記錄表和評價體系。

課程開展期 ?教師以市場上現有的智能花盆為例進行情境導入，講解智能花盆功能實現所需傳感器和程序設計思路。課前小測使用雨課堂平臺完成。教師把設計好的課前小測題目的鏈接發送到微信群中，在學生完成測試后，可直接查看學生各題目的正確率。

課上實驗為使用土壤濕度傳感器連通掌控板制作簡易智能提示澆水的花盆。在進行評價時，教師根據學生完成速度、質量等因素進行判斷，對完成迅速且質量高的小組給予高等級的評價，激勵其進一步學習。同時，學生在遇到問題或理解出現偏差時，教師及時進行指導，使其可以順利完成學習任務。

課后教師上傳課件和拓展資料至雨課堂，拓展實驗為在現有實驗的基礎上加上環境光傳感器和LED燈組，豐富智能花盆功能。教師根據學生在課后進行拓展實驗的反饋進行針對性指導，學生也可繼續進行拓展，添加更多的傳感器模塊。

課程總結期 ?在課程總結期主要采取現場匯報的形式進行。匯報時，學生展示項目設計思路、分享制作過程和進行成品演示，主要講述設計思路和遇到問題、解決問題的過程，教師從該過程中評價學生的實踐能力和創新能力。教師和學生根據匯報、成品和效果進行評價。

6 結語

本文首要區分了實操類教學與實驗教學的區別和聯系，接著闡述了T-STEM實操類教學模型組成，即總體教學方式（混合式教學）、教學過程和多元過程性評價體系，并基于T-STEM實操類教學模型進行課程設計，隨后對多元過程性評價體系的組成和設計進行闡述。本文所設計的T-STEM實操類課程將會在更多高校及更多實操類課程的實踐中進一步驗證和完善。

參考文獻

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