省域視角下中小學學生STEM教育現狀調研

陳思含　亓建蕓　趙可云

摘 要：省域經濟和社會文化的發展給STEM教育帶來了機遇和挑戰，中小學生是國家未來發展強有力的人才支撐，在基礎教育階段開展STEM教育，培養學生的STEM素養和創新思維正當其時、適逢其勢。以S省為例，運用SPSS 24.0軟件對性別、學段等多個指標進行差異性分析、相關性分析和描述性分析，揭示省域中小學STEM教育現狀，在此基礎上提出推動STEM教育普適性發展的路徑：關注特殊變量影響，推動STEM教育全民化;打造立體化STEM資源，實現培養路徑多元化;審視教育評價體系，促進STEM發展本土化;增強實踐、研究共同體交互，呈現教育創新一體化。

關鍵詞：STEM;問卷調查法;中小學;省域視角

中圖分類號：G4文獻標志碼：A文章編號：2096-0069（2021）05-0060-09

引言

STEM是科學（Science）、技術（Technology）、工程（Engineering）和數學（Mathematics）四門學科英文首字母的縮寫。STEM綜合了科學、技術、工程與數學的特點，通過課題研究的整合化、教學內容的情境化、教學方法的綜合化[1]，在解決實際問題的過程中，整合學科知識和學科思想，促使學習者以系統的、發展的、聯系的思維應對全球化、多元化發展。STEM教育日漸成為提高國民科學素質、培養創新型人才乃至提升國際競爭力的重要路徑。目前，STEM教育在世界各地發展迅猛，影響廣泛。近年來，國家大力推動STEM教育的開展，先后頒布一系列政策文件完善STEM課程體系，推動STEM資源的開發與實施，促進STEM人才的培育。2017年8月，中國教育科學研究院STEM教育研究中心發布《中國STEM教育白皮書》（精華版）（以下簡稱“白皮書”）。白皮書指出，“STEM教育在中國進入蓬勃發展階段，在教育實踐、理論研究和教育政策方面取得明顯進展，但是也存在嚴峻的挑戰”[2]。2018年，中國教育科學研究院啟動“中國STEM教育2029創新行動計劃”。2019年10月，教育部在答復政協十三屆全國委員會第二次會議教育類提案時指出，要多途徑培育學生信息素養，支持跨學科知識融合的STEM教育和側重于將想法進行實踐創造的創客教育，逐步建立有中國特色的STEM教育、創客教育課程體系框架[3]。省域中小學教育具有落實國家教育戰略目標的重要責任，也擔負著促進區域經濟發展的重要使命。省域教育與經濟是相互制約、相互影響的，一方面，經濟社會發展狀況決定著教育的基礎條件;另一方面，教育又是知識生產與再生產的重要途徑，對于區域經濟產業結構優化升級具有先導性的作用[4]。S省是中國經濟實力較強的省份之一，許多領域在全國處于領先地位，近年來抓住數字經濟發展新機遇，經濟高質量發展特征愈加明顯，對創新型人才需求量增大。同時，S省一直走在基礎教育改革的前列，力促全省基礎教育高質量發展。但S省基礎教育階段的STEM教育尚未發展成熟，基于此，在區域基礎教育課程體系中探索STEM教育的發展、實施現狀，對于提升STEM教育的教學效果、培養學生的核心素養、培育創新型人才意義重大[5]。

一、問卷設計與實施

（一）問卷初步編制

筆者在借鑒埃里克.維貝 （Eric Wiebe）提出的S-STEM量表 （Student Attitudes toward STEM Survey的

簡稱）[6]、J.杰夫.諾爾斯（J.Geoff Knowles）提出的T-STEM量表（Teacher Efficacy and Attitudus toward STEM Survey的簡稱）[7]以及中國教育科學研究院STEM教育研究中心2019年研制的“中國STEM教育調查問卷”等國內外較為權威的STEM調研問卷，并在充分考慮實際情況的基礎上，研制“中小學生STEM教育現狀調查問卷（學生版）”和“中小學生STEM教育現狀調查問卷（教師版）”。S-STEM量表包括學生的科學學習態度、數學學習態度、技術與工程學習態度、21世紀技能學習態度和STEM職業興趣5個維度。T-STEM量表包括STEM教師的教學效能感和信念、科學教學結果期望、學生技術使用、科學教學、21世紀學習態度、教師領導態度、STEM職業意識共7個部分[8]。“中國STEM教育調查問卷”分別面向學校管理人員、教師、學生三大群體，從理念認知、實踐現狀與應然性需求3個維度全面收集相關信息[9]。在文獻分析的基礎上，結合STEM教學實際，制定“中小學生STEM教育現狀調查問卷（學生版）”和“中小學生STEM教育現狀調查問卷（教師版）”。為確保問卷有效性，問卷在編制完成后邀請STEM相關專家和一線教師進行指導和修正，經過專家評議，對部分題項進行了修改和刪除，豐富了“中小學生STEM教育現狀調查問卷（學生版）”第13題、第27題等題目的選項，補充了實踐現狀和需求期望維度的多選題選項，初步形成的調查問卷共計30題，包括基本信息、認知、態度、實踐、需求、期望、收獲、評價8個部分。對“中小學生STEM教育現狀調查問卷（教師版）”第8題、第15題進行優化，形成問卷共30題，包括基本信息、STEM認知、STEM素養、實踐現狀、教學期望5個維度。

（二）問卷的預調研及修正

為了驗證問卷的信度和效度，對問卷進行預調研。預調研的問卷通過問卷星平臺在S省內部分中小學進行發放和回收，發放學生版問卷200份，回收有效問卷196份（有效樣本率98%）;教師版問卷20份，回收有效問卷20份（有效樣本率100%）。測試得到的反饋顯示問卷設計的問題易于答卷者的理解和回答。根據試測得到的反饋和結果，對部分題目和選項進行修改，使問卷題目更易于被調查者理解。預調研中的數據用于信度分析和效度分析。

1.信度分析

當克隆巴赫Alpha值大于0.9時，表明問卷信度很好;克隆巴赫Alpha大于0.8時，表明問卷信度良好。基于預調研數據對刪除后的題項進行信度分析[10]，如表1（見下頁）所示，學生版問卷的Alpha值為0.966，大于0.9;教師版問卷的Alpha值為0.873，大于0.8。說明兩份問卷題項內部一致性較好，內在質量佳。

2.效度分析

對數據進行了KMO和Bartlett球形檢驗，如果KMO值在0.6～0.7之間說明效度可以接受，如果KMO值在0.7～0.8之間說明效度較好，如果KMO值大于0.8說明問卷效度高。如表2所示，學生版問卷、教師版問卷KMO值分別為0.972、0.900，Bartlett球形檢驗的Sig.值均為0.000，說明問卷整體效度較高。

（三）正式問卷形成及調查實施

基于對預調研的數據分析，該問卷信效度的檢驗結果均符合本研究的客觀需求與具體要求，保證了此問卷結構的合理性和研究數據的科學性，該問卷可以用于實際測量。在上述分析的基礎上，形成正式的“中小學生STEM教育現狀調查問卷（學生版）”，問卷設計31題，主要內容如表3所示;“中小學生STEM教育現狀調查問卷（教師版）”，問卷設計30題，主要內容如表4所示。

為了解S省中小學STEM教育現狀，本研究基于正式問卷展開調研。面向S省內中小學生群體，從認知態度、實踐現狀、需求和期望及收獲和評價4個維度全面收集相關信息;同時，面向開設STEM課程的中小學教師，從STEM認知、STEM素養、實踐現狀、教學期望4個方面進行調查。問卷采用網上調查的方式，通過問卷星平臺進行問卷的發放，歷時1個月，最終回收學生版問卷11 969份，其中小學生問卷7248份（低學段學生問卷由家長輔助完成），中學生問卷4721份。經過樣本篩選，剔除質量不佳、作答時間過短的問卷，最終得到有效問卷11 085份（有效樣本率92.61%），其中有效的小學生問卷6834份（有效樣本率94.41%），中學生問卷4251份（有效樣本率90.04%）;回收教師版有效問卷192份（有效樣本率96.00%）。調查結果使用SPSS 24.0軟件和問卷星平臺進行分析。

二、主要發現

（一）不同主體態度存在差異，STEM教育尚未完成全體學生的普及

1.STEM教育深受學生喜愛，性別、學段差異值得關注

（1）STEM學習意愿在性別方面的差異分析

采用獨立樣本T檢驗，分析性別與中小學生學習意愿是否存在差異，結果如表5所示。通過獨立樣本T檢驗發現（p=0.002，小于0.05），不同性別的中小學生對STEM課程喜愛程度存在顯著差異，女性相較于男性對STEM學習的喜愛程度更高。STEM教育和職業領域很大程度上被視為由男性占領和主導，這種社會偏見在一定程度上影響女性青少年的學習意愿和選擇。從學生時代打破偏見，保護女性的學習興趣，讓更多女性投身STEM教育學習將有助于緩解該領域人才緊缺的現狀，在一定程度上也能夠促進教育公平[11]。

不同性別的中小學生每周愿意花費在STEM課程的時間顯著性概率值p為0.067，大于0.05，沒有達到顯著水平，說明不存在顯著差異。但可從表5中看出男性均值略大于女性，說明男性學生更愿意花費時間在STEM課程上，這與中國教科院STEM教育研究中心在2019年發布的《中國STEM教育調研報告》（簡要版）結論是一致的。

（2）STEM學習意愿在學段方面的差異分析

采用單因素方差分析對不同學段的中小學生學習意愿進行分析，研究學段是否對中小學生學習意愿有顯著影響。以學段作為因子，以中小學生對STEM課程喜愛程度和每周愿意花費在STEM課程上的時間為因變量進行單因素方差分析，分析結果如表6所示。

由表6可知學生對STEM課程喜愛程度和每周愿意花費在STEM課程上的時間的顯著性均小于0.05，說明STEM學習意愿在學段方面存在顯著差異。

總體來看，小學到初中再到高中，學生對STEM課程興趣均值呈遞增趨勢。小學高年級階段（五至六年級）均值為最低值，在此學段的學生面臨小升初的壓力，對STEM教育的關注度不高。隨著學段升高，高二年級均值達到峰值，這個學段的學生有獨立的思想且敢于表達自己的想法，學生明確知道自己對STEM教育的喜愛程度。應從各方面加強低學段學生對STEM教育的學習興趣，從小培養學生的創新能力與綜合素質。

不同學段學生每周愿意花費在STEM課程上的時間隨學段升高，學生愿意花費在STEM課程上的時間越多。小學低年級學生均值較低，原因在于這個年齡段的學生思維并未成熟，大部分學習行為是在教師和家長的引導下進行，不完全具備自主接觸新鮮事物的能力。雖然高學段學生學業課程較多，但利用課余時間開展STEM教育可以開闊學生視野，提供不同的學習思路與方法。

值得關注的是，九年級、高二年級、高三年級學生對STEM課程喜愛度較高，但不愿意花費較多的時間進行STEM課程學習，主要原因在于此學段學生面臨較大的升學壓力，學生盡可能將時間用于準備升學考試，而暫時放棄興趣愛好。新時代需要德智體美勞全面發展的未來棟梁，學生創新能力、綜合素質的培養需要各個學段教師的重視。學段差異是值得關注的問題，隨著年齡的增長，學生接觸的基礎課程越來越多，對未知世界的探索意識和創新精神也越來越強，學生嘗試建立不同學科之間的相互聯系，教育工作者可以關注學生學習機會的獲得與學習結果的改進，以更好促進STEM教育的發展。

2.STEM教育尚未全面普及，學生職業期待度較高

調查結果顯示，29.42%的學生接受過STEM綜合教育，在這些學生中，超過60%的學生STEM課程由專門的STEM教師進行指導，約40%的學生STEM教師由數學教師、信息技術教師或其他學科教師兼任。13.46%的中小學生完全沒有接受過相關教育，超過半數學生僅僅接受過科學、技術、工程、數學中一門或多門課程的相關學習，說明STEM教育在S省內尚未大面積普及，STEM教育應面向全體學生，全面培養創新性人才。值得期待的是，超過90%的中小學生對未來從事STEM教育相關行業持期待態度。STEM教育正在進一步普及、發展，STEM教師日漸專業化，學生也越來越接納STEM教育。

筆者運用SPSS 24.0對“是否接受過STEM教育”與“是否想從事與科學技術有關的職業”進行相關性分析，分析結果如表7所示（個案數為11 085）。斯皮爾曼相關系數為0.139，顯著性概率值p為0.000，說明存在顯著正相關，但相關性較弱。

接受過STEM教育和未接受STEM教育的學生對未來從事相關行業的影響不大，學生對STEM相關行業的職業認同感還不夠，部分原因在于學生年齡較小，對未來職業缺乏全面的思考和認識。在今后開展STEM教育的過程中，教師應適當引導學生樹立積極的STEM教育職業觀，為STEM教育的發展源源不斷地輸送人才。

（二）STEM教育成效獨特，資源保障有待加強

1.教師角色多樣，課程開設有待優化

從事STEM教育工作的教師是有情懷的教師，絕大多數教師對自身定位認知清晰，在STEM課程中作為支持者、引導者、組織者，而非教授者、旁觀者。教師將任務以項目的形式發布給小組，在項目實踐過程中，教師通過現代教育技術手段支持學生開展項目，引導學生利用多學科的綜合思維解決實際問題。這要求教師具備并不斷提高開設STEM課程所需要的各種能力和素養，包括課程整合素養、跨學科教學素養、信息技術素養、STEM開發與設計能力。

將學段與課時進行交叉分析，得到結果如表8所示。可以看出，小學低年級階段開設STEM課程最多，說明絕大多數的學校管理者和教師認識到了STEM教育的重要性，認為小學低年級學段開設課程是合理的，啟蒙越早，受益越深。但從小學到中學，STEM課時數大幅遞減，且課時量均在每周5節以下。多數學校將STEM設置為課后興趣小組，每周1～2課時且時間在30分鐘以內。學生在短時間的課程設置下難以一次性完成項目設計，且課程之間間隔時間長，難以形成連續的課程體系。大多數中小學管理者和教師已經意識到STEM的不可替代性，正在逐步迎合時代要求，適應未來的社會需求和發展。

2.STEM教育關注綜合發展，有利于計算思維落地

STEM教育成效獨特，大多數教師對“學習STEM課程可以有效促進其他課程的學習”持認同態度。STEM的宗旨在于整合創新，提升學生實際的問題解決能力和跨學科思維意識，將看起來獨立的四門學科整合起來產生創見或者進行創造[12]，并在教育過程中提倡學生運用多學科相互關聯的知識解決實際問題，關注科學、技術、工程和數學四門學科如何在教育實踐活動中發揮其功能，從而培養學生的系統思維，引導學生將各學科知識建立內在聯系，各學科協同發展，這是單科課程難以達到的。此外，STEM為不同層次學生提供個性化的實踐條件，在完成項目的過程中，要求學生調動眼、腦、手等多種器官，在潛移默化中提升學生的綜合實踐能力和創新能力，以適應不斷變化的社會需求。

教師統計參與過STEM綜合課程的3261名學生，對其通過STEM教育得以提升的能力的評價如表9所示，響應百分比表示有效提高該能力頻數占總頻數的百分比，個案百分比指通過STEM課程有效提高該能力的學生占學生總人數的百分比。由表9可以看出，STEM教育可以顯著提高學生搜集、整理信息的能力，獨立思考、探究的能力和計算機操作能力。清華大學工業訓練中心副主任顧學雍在第二屆中國STEM教育發展大會上發言，他認為計算思維是STEM教育的基礎。同時，STEM教育也是有效培養學生計算思維的手段，科學、技術、工程和數學領域都涉及計算思維。基于真實情景的STEM項目實踐，可以激發學生求知欲望，提高學生的信息應用能力和獨立思考的能力，有助于計算思維切實落地。信息浪潮中，計算思維既具有教育意義，也是一種生活技能。計算思維并非一門獨立的學科，它和數學思維、工程思維關系緊密[13]。由表9可知，通過STEM教育可以有效使計算思維落地，在學生當中產生積極的引領作用。

3.STEM課程資源尚不完備，評價體系還需改進

資源建設是教育發展和進步必不可少的一環，也是提升教師教學能力的依賴性路徑。教育部發布的《教育信息化“十三五”規劃》強調，優質資源建設是教育信息化工作中的重點內容[14]。STEM課程倡導學生通過動手、動腦解決實際問題，引導學生自主建構，發展跨學科思維。這要求開設的STEM課程具有科學性、嚴謹性、前沿性，并能夠為學生提供相應的硬件、軟件、評估工具等。團隊對教師和教學管理者就STEM課程實施需要的條件進行調查，調查結果如圖1所示，目前STEM課程最需要完善的是適應省域內使用的配套資源和相應教材，且在授課場所和教師專業化方面也有所欠缺。S省大多數中小學使用的STEM資源是普遍適用且來源廣泛的，缺乏具有省域特色的本土化開發，且專門的STEM教學管理人員配備不足。調查結果顯示，部分學校的STEM課程由科學教師、信息技術教師兼任，這種情況給學科教師增加了工作壓力，也會導致課程實施的“業余化”。

當前的教育背景和教育理念下，基礎課程成績在學校、教師、家長、學生眼中是評價學生的重要指標之一，學校對創新性STEM項目缺乏重視，導致學生參加STEM項目的機會和實踐不足。學校管理者和教師首先應轉變思想，認識到STEM教育的不可或缺性，改進評價體系，真正實現多元指標評價，開展各式各樣的STEM項目活動，為中小學生參加STEM項目提供機會，在項目實踐中加強合作與獨立思考的能力，培養創造思維，提升STEM素養。

三、結論與建議

從省域視角對STEM教育現狀進行分析，S省部分地區和學校已經開展了一系列STEM教育的探索、研究和實踐，但仍未全面普及，須結合省域情況與社會需要，探索適合本土實際的發展路徑。STEM教育為信息化教育的發展、進一步深化教學改革及創新人才的培養提供了有力且有效的抓手。目前，S省基礎教育階段的STEM教育尚未發展成熟，未來STEM教育的推進還有賴于政府部門的支持和全社會的協作參與，有賴于專業人員的科學引領和師生共同的探索實踐。基于此次調研的主要發現，本研究提出以下建議。

（一）關注特殊變量影響，推動STEM教育全民化

調研數據顯示，STEM教育的接受度受學生學段與家長支持度的影響相對較大。在STEM教育的發展過程中，應重視性別對學習興趣的影響、學段不同帶來的學習壓力對STEM教育的影響，尤其是畢業年級面臨升學壓力，對STEM教育出現有興趣無時間的情況，可以嘗試探索創造性教學實踐，為中學生營造學習空間與時間。同時，促進家長對STEM教育的認可與支持，推動STEM教育成為面向全體學生的公平教育。

警惕“表態積極，行動遲緩”的行為，正如田慧生在《加強中小學STEM教育? 為社會主義現代化強國建設提供強有力的科技人才支撐》一文中所述，加強中小學STEM教育不可不為，不可慢為[15]。教育部門和學校應積極開展各式各樣的STEM項目活動，為中小學生參加STEM項目提供機會，在項目實踐中加強合作與獨立思考的能力，培養創造思維，提升STEM素養。

（二）打造立體化STEM資源，實現師資培養路徑多元化

學校和政府部門、教育機構合作，開發本土化、特色化的STEM資源和教材，注重各學段教育目標和內容的一致性、銜接性。除實驗室、STEM空間等學校資源的建設外，社會性資源也是必不可少的，如博物館、圖書館等。多方合作加強立體化資源建設，真正實現STEM教育創造性融合發展。

實驗室、教具設備是開展STEM教育的空間場所和工具，學校要積極引進所需資源，充分利用已有的實驗材料，融合不同學科所支撐的多樣化實踐活動，將知識的獲取、工具的利用以及項目的實踐進行有機整合，切實提高學生的STEM素養。此外，設計、開發與學生的知識結構和能力水平相適應的、解決實際問題的STEM課程對創新人才培養具有重要意義。

以省域為單位，推舉STEM教育帶頭人，引領省域內教師見賢思齊、奮發有為、腳踏實地。建立長期有效的STEM教師培養和評價體系，只有順利通過資格認證，才算達到了STEM教師標準[16]。對于積極性不高的教師，通過激勵機制提高其積極性，動員全體教師群策群力，開展STEM教研活動。另外，師范生作為職前教師，在其培養活動過程中，可將STEM教育融入其中，培養師范生STEM教學的能力和資源開發能力，培育具有跨學科背景的師資力量。

（三）審視教育評價體系，促進STEM發展本土化

科學合理的評價體系可以有效保障STEM教育的質量，省域內制定評價體系時可以將已有的評價體系引入STEM領域，如吳忭等[17]提出利用認知網絡分析法對STEM教育開展評價，李艷燕等[18]提出的評價工具包含課堂環境、課程結構、教學內容以及學生表現四個一級指標。省域STEM教育評價應以項目特色為基礎，將定量分析與定性分析相結合、形成性評價與總結性評價相結合，關注項目的可持續發展與推廣價值。

開展STEM教育的地區和學校要研讀前沿教育理念與國家制度走向，學習成功案例，結合本土實際完善學科體系，制訂具有省域本土特色的STEM發展規劃。在課程形式和內容的選擇方面，可根據學校或課外機構的實施情況將STEM項目設置于分科課程、綜合課程、活動課程等，教學內容結合本地風土人情，使學生身臨其境地參與實踐活動。

（四）增強實踐、研究共同體交互，呈現教育創新一體化

應社會所需，與市場接軌，與企業合作，理論與實踐相結合，政府部門、高校、中小學、校外機構、企業等社會力量聯合起來，建立STEM教育產學研合作共同體。政府部門健全相關政策，高校引領理論研究，中小學立足實踐，校外機構和企業提供社會資源，加強共同體交互，形成STEM教育理念、研究與實踐的共識，健全資源共建、信息共享的“多方共贏”的合作機制，探索適合本地發展的教學方式，完善學生培養體系，營造全社會STEM教育氛圍，實現STEM教育的健康、綠色、可持續發展。

把省域STEM教育發展成政府推動、學校為主、全社會共同努力的教育行動的同時，關注國內外STEM發展方向，把握STEM實踐形式與教育現狀，將理論、教學、研究、實踐緊密結合起來。STEM教育與編程項目、創客活動相結合，借助數字化學習工具，鼓勵學生分享，促進學生利用跨學科知識解決問題，實現STEM應用和創新層面進一步延伸和擴展。

四、結 語

縱觀全球發展趨勢，以STEM教育、創客教育、人工智能、大數據等為代表的新興科技正在蓬勃發展，想要跟上時代步伐，需要大量創新型人才的支持。STEM教育在基礎教育階段的發展，引發了社會各界對傳統教育理念的思考，改變了傳統的教育思維方式。如何在省域經濟、社會、教育協同發展中使STEM教育走向繁榮顯得越發重要。本研究根據研究主題，在參照已有問卷的基礎上，結合S省實際情況，編制調查問卷，對中小學生和教師進行大規模調查，從而獲取全面、真實的數據信息，分析STEM教育在S省的發展現狀并為其今后的繁榮出謀劃策，從關注特殊變量、打造立體化資源、審視評價體系、增強共同體交互四個方面提出建議，擘畫STEM教育全民化、師資培養路徑多元化、STEM發展本土化、教育創新一體化的STEM發展藍圖，助力省域STEM教育科學、健康發展。

由于時間、精力和人力的缺乏，本研究未能對S省內全體中小學生及教師進行調查，若在時間、精力和人力允許的情況下，擴大樣本量會對省域視角下中小學學生STEM教育現狀有更為詳實的呈現。我們將繼續探索省域視角下STEM教育的現實發展路徑，通過更多的實證研究和教學實踐探求具有本土特色的可持續發展之路。期待STEM教育在S省更大范圍實施，讓學生學會思考、學會創新，在研究中發現問題，在實踐中解決問題。在浩蕩的時代東風中，以問題為載體，以創新為契機，以STEM教育為依托，讓每一個學生能夠在信息化浪潮中乘風破浪，砥礪前行。

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（責任編輯 孫志莉）

基金項目：山東省教育科學規劃課題“師范院校‘人工智能+X ”的師范生交叉培養路徑探索”（BYZN201918）;吉林省社會科學基金項目“批判性思維發展的大數據干預理論與實踐研究”（2020C076）;中央高校基本科研業務費專項資金資助項目“面向高階學習的資源自適應推薦技術研究”（2412020QD003）

作者簡介：陳思含（1997—），女，山東淄博人，碩士研究生，研究方向為STEM教育、技術支持下教師專業發展;

亓建蕓（1979—），女，山東萊蕪人，講師，研究方向為網絡教育應用、信息化下教師專業發展;

趙可云（1981—），男，山東濰坊人，教授、博士生導師，研究方向為教育信息化、STEM與人工智能教育、信息技術與課程整合。