依托專業社群的跨學科課程設計與實施

【摘 要】STEM教育專業社群作為課程開發類研究專業社群之一，用團隊的力量，通過跨學科融合開發STEM校本課程，產學研育一體化地提高課程質量，教學科研兩手抓地提升教師綜合素養，在真實情境中優化課堂教學，改善學生的思維方式，提升高中生的創造力、實踐力和勝任力，解決學校發展中的關鍵問題，促進教師專業成長。

【關鍵詞】課程質量;教師專業發展;專業社群;STEM課程

【中圖分類號】G451? 【文獻標志碼】B? 【文章編號】1005-6009（2021）48-0011-04

【作者簡介】王子，江蘇省錫山高級中學（江蘇無錫，214000）教師，一級教師。

一般而言，高中教師在校內參與的團隊活動，大多是被組織、被安排的以學科組為單位的教研活動，同一學科組內教師專業背景、學科知識往往單一而雷同。隨著STEM教育在教學一線的深入探究和開展，科學、技術、工程和數學學科變得越來越一體化，單一學科教師對STEM教育的研究與實踐有著明顯的局限性。江蘇省錫山高級中學（以下簡稱“錫山高中”）于2014年啟動了“想象·創造”課程基地建設，以“融藝術與科學，在想象中創造”為主題，構建STEM課程體系。在這樣的背景下，STEM教育專業社群以去行政化的組織方式，于2016年的秋季學期成立，現在該社群主要成員是錫山高中研創式大任務課程的授課教師，他們來自不同學科，在STEM課程開發方面都有自己獨到的經驗。

一、突出能力目標，跨學科融合開發課程

如何構建適合高中生的STEM課程，是我們社群內成員一直在思考和著力解決的問題。我們牢記STEM課程必須突出“能力目標”，以項目任務為課程內容的主要載體，以“動手做事”來訓練學生的問題解決能力。首先，興趣是最好的老師，課程設置必須類型多樣，滿足不同興趣和職業傾向的學生;其次，生涯規劃和生涯指導是高中階段非常重要的事情，必須面向專業大類建構我們的課程體系，讓學生在這樣的課程中體驗大學專業大類，判斷其人生方向是否適合此路徑發展;第三，將新的科學技術成就和成果及時引入課堂，讓學生在課程中提早接觸高精尖的技術。這一點對于學生未來的人生發展也是善莫大焉。

目前長期自主參與社群活動的是來自5個學科的12位教師，都有任教校本課程和研究性課程的經驗。全體社群成員研讀新版課程標準，圍繞課程核心素養，以計算機技術為支撐，調查學生的課程需求、分析社會的課程期待，結合本校和本地區實際情況，在歷時5年的校本化實踐基礎之上，萃取技術、理化生學科、藝術學科核心內容，圍繞學科大概念，融合學科課程，先后開發了10多個項目課程，社群成員在自己的課程領域逐漸有了話語權。如化學學科張晶老師開發的“染整工藝的探究與實踐”課程，在課程實踐中，學生將體驗類似研究生學習階段的課題研究過程，利用染整技術實現對織物的化學重塑，學生全程參與課題的擬定、實驗探究、性能測試;美術學科的朱海蓮老師開發的“工業設計基礎”課程，要求通過具體主題演講、物品觀察、理論文獻閱讀及實際物品的設計等手法培養學生的思考能力、動手能力、創新能力和團隊協作能力。

二、利用社會資源，產學研育一體化，提高課程質量

如何評價一門STEM課程的好壞？我們覺得，學生能夠發自內心地喜歡課程內的項目、任務和工作，興高采烈地跟隨教師去完成這些任務，在這個過程中鍛煉解決問題的能力，同時學到相關的專業知識，練出自學的能力、競爭和協作的能力、創新創造的能力以及知識應用的能力，在完成項目的過程中獲得實際成果，獲得成就感和自信心，[1]這可以作為判斷優秀STEM課程的標準和依據。在STEM課程實施過程中，社群內的教師也逐漸發現了很多的問題。例如：學生在解決項目問題期間，經常會遇到很多專業知識、高新技術問題，雖然社群內有很多具備鉆研精神的年輕教師，但在處理一些專業問題上還是力不從心;STEM課程中的很多項目涉及物化生實驗，而高中的實驗室遠遠不能滿足學生的需要。軟硬件的限制使得很多課程不能如愿形成項目成果，從而削減了學生的積極性和完成項目的信心。

為了解決這些問題，提升課程質量，社群內多次組織研討，形成了如下解決方案：社群內剛畢業不久的年輕教師與自己所畢業的高校聯系還比較密切，他們可以與自己的導師和未畢業的師弟師妹建立聯系，從兩個學校的層面開展“雙高”合作，將高校的優質課程、專業師資吸引到高中來，并且已有部分學生在高校實驗室開展相關的實驗。前文提到的社群內教師開發的“染整工藝的探究與實踐”是與江南大學、東華大學合作開發;工業設計基礎課程是與江南大學和新南威爾士大學合作開發的。社群內理工科院校畢業的教師，其同學有一部分在科研院所工作，如無錫量子感知研究所、702所以及華中科技大學無錫研究院等，與科研院所建立聯系，定期組織學生前往參觀，了解其科研過程，設立學生校外課程實踐基地，在基地內有專業人員對學生進行指導，能夠在課程中創設一種學術氛圍和探索研究的環境。此外，學校還利用本地高精尖的企業資源，如學校所處的惠山區軟件園內的石墨烯企業、威孚力達催化凈化器公司等，幫助學生與企業內的專業工程師建立聯系，學生圍繞研究的項目課題，理論結合社會實際，為解決項目問題打開新的思路。形成高中學校教育和高等院校、科研院所、相關企業等三者有機結合起來的產學研育一體化育人模式，充分利用校外教育資源，幫助社群內教師和校外教育力量進行聯系，相對STEM專業社群這個緊密的校內團體，形成校外的松散型團體，內外通力合作，打造高質量的STEM課程。

三、注重綜合素養，教學、科研兩手抓，提升教師專業發展

我校高品質高中的建設，對教師的專業水平提出了新的更高的要求。教師的專業知識和能力構成發生了變化，他們不僅需要具備所授學科知識、教育科學知識、兒童研究和信息技術等方面的知識，還要具有跨學科教學和合作教學的能力，具備指導綜合項目的能力，這就需要教師綜合素養的提升。STEM專業社群作為學科組外的另一個學習陣地，不同學科的教師在專業社群內協作并進，進行STEM課程典型學習方式的探索，立足課堂教學，探索教師怎么教，學生怎么學，以此提升教師的專業水平。兩年一次的省評優課，作為高水準的教學大賽，往年都是由學校組織教師參與選拔。最近的這次，我們通過專業社群內部選拔的形式，讓社群內的教師圍繞同一課題人人開課、相互聽課，課上完后，大家對這節課進行評課，發表各自的看法，提出改進意見，由參加過評優課的教師作為評委最終推選出呂士媛老師參加省賽，后來，呂老師獲得了省一等獎的好成績。社群內，同課異構作為一種教學研討形式，為大家搭建了一個分享教學經驗、探討教學藝術的平臺。無論是執教者還是聽課者，都獲益良多，此舉也有效幫助了社群內教師自覺探索課堂教學模式，逐步形成自身的教學特色。

在教師的職業生涯中，教育科研能力是其專業成長的重要助推。STEM教育專業社群內大多是來自不同學科的青年教師，亟須提高自身的教科研水平，所以，社群定期開展關于STEM課程的專業閱讀和研究，定期邀請專家進行線上線下講座和研討。教師們開展讀書交流，聆聽教育科學研究所專家關于高中課程活動建設的講座，邀請教育期刊的編輯就教師如何撰寫教科研論文指點迷津，汲取除了本學科專業知識以外的各類知識，拓寬知識廣度，提升學術素養。這些活動都促進了社群內教師專業水平的提升，使之能夠逐步將新理念、新成果應用到自己的教學實踐中，逐漸改變教學方法、教學手段，提高課堂教學效率。在這個過程中，社群內教師總結課堂教法，提煉教學成果，在核心期刊上也發表了較多高質量的學術論文，由他們主持或擔任主要成員的各項課題也都在穩步推進或已結題。

四、緊抓課堂教學，在真實問題中改善學生的思維方式

STEM課程旨在運用科學、技術、工程、數學的能力解決生活中的實際問題，是以活動為基礎、以項目為基礎和以問題解決為基礎的學習。[2]經過社群的研討，我們總結了三種STEM課程的學習方式，在真實問題解決中提升學生的創造力、實踐力、勝任力。

第一，“翻轉學做”學習，尋找來源于真實生活的問題，面向學習的結果，邊做邊學，邊創邊學，以用致學，學習的內容依問題而調整，探索未知世界，像科學家一樣做研究，重點發展創造力。

第二，“勞動實踐”學習，將課程與勞動教育相結合，在校內挖掘資源，設立了10多個勞動崗，讓學生像工程師一樣創新實踐，在真實勞動中提升實踐力。

第三，“項目孵化”學習。項目式的學習起始于2012年，我們在不斷完善這種學習方式，讓學生觀察生活，開展調研，尋找創新創業方向，經歷企業項目孵化全流程。學校設立了創業風投基金，組織創客路演、科創產品拍賣會，讓學生在虛擬創業中像企業家一樣經營，重點形成勝任力。

在課程中，為了使學生形成一套完整的解決問題的思維方式，從發現生活中的問題，到最終解決問題，項目進行過程中信息的收集、方案的設計與實施及優化評價，每一個步驟都由學生自己去了解并把握整個過程及每一個環節中的基本要求。授課教師以青少年科技創新大賽、學校創客嘉年華活動等為契機，運用“課賽結合”模式，以賽促學，以賽促教，學生在創新創造中發現問題，并遵從工程設計的專業流程解決問題。由于高中生的知識儲備較少，動手能力也偏弱，從發現問題到形成送賽作品，專業社群的教師在這其中的作用不可小覷。以青少年科技創新大賽為例，一件優秀的發明創造工程設計類參賽作品涉及的領域眾多，包括結構設計、外觀設計、程序設計等，都不是一位同學或教師能獨立完成的，需要跨學科的專業知識指導，并與同伴協作完成。

2020開源軟硬件課程班的一位同學發現，每到雨季，校園內總有一段時間形成內澇，學校對這一問題屢次試圖解決也沒能完全杜絕。他對這個問題十分感興趣，自己也做了實地考察，最終發現是傳統的開放式的下水口存在弊端，經常會被落葉或者雜物堵住，也許這不是內澇形成的主要原因，但他在和我商量后，確定自己的項目為“智能下水口的設計與制作”。預期效果是：非雨天，下水口處于關閉狀態;一旦下雨，下水口自動打開下水。開始設計解決方案了，經過大量的資料搜集，他認為下水口數量龐大，不可能給其供電或連接智能控制設備，所以采用物理控制的方式，使用百葉窗的葉片結構，因不同的需要實現自動開合。他設想，葉片平時關閉;雨天接觸到雨水，葉片吸水，重量發生變化，葉片自動打開;待晴天葉片風干后，又自動關閉。這個項目既涉及材料學，又涉及力學，作為一名通用技術教師，我感覺力有不逮，在指導學生畫好設計圖紙后，我邀請專業社群的校內教師和校外工程師對學生進行指導。學生和化學教師探討用哪種材料比較合適，與物理教師一起對葉片進行受力分析，在專業結構工程師的指導下，最終形成了智能下水口的基礎原型。

如上所述，課程中同一項目由多名教師協同指導，教師之間互相補充配合，共同呈現完成該項目所需要的學科知識的整體面貌，幫助學生形成系統性的認知。在完成項目的過程中，學生獲獎人次逐年穩步提升，學生作品的科技含量也越來越高，各類比賽成果豐碩，學生的創新能力、問題解決能力和團隊合作能力以及探索精神等都得到很大的提升。

新冠肺炎疫情期間，我們STEM教育專業社群的活動多在微信群或騰訊會議中交流。不同于其他類型的專業社群，STEM專業社群的教師還需加強線下的實戰培訓活動。社群也會積極聽取群內不同的專業知識需求，定期組織跨學科的專業培訓，提升社群成員的綜合素養，從而促使群員成長為專業而能力多元的新時代教師。

【參考文獻】

[1]呂延會.STEM教育的核心精神[J].當代教育科學，2017（5）：16-19.

[2]鄭瑞新，張薇，劉雪梅.高職非工科課程“能力本位”項目化教學改革研究[J].科學時代，2015（6）：246-247.