價值共創視角的工程類STEAM課程設計研究

梁玲琳 徐智煒 陳絮菲

關鍵詞：STEAM教育 價值共創 設計方法 共創機理 產品設計

引言

進入21世紀以來，科學技術的創新決定了一個國家的核心競爭力。從“創新驅動、智能轉型、強化基礎、綠色發展”的視角來發展技術教育[1]，科技的創造性人才的培養，是國家實行“創新驅動發展戰略”的重要路徑[2]。在“應試教育”背景下形成的工廠式的教育模式導致長期以來學生創新意識和創造能力的缺失。“STEAM”教育的概念演化于“STEM”教育，是指科學、工程、技術，以及數學學科相關和綜合的教育。[3]自STEAM教育從誕生以來，就內蘊了國家戰略意志和社會發展需求，STEAM教育的蓬勃發展是與社會進步、民族復興相聯系的。

現階段STEAM教育研究中有關STEAM教育與創新能力和核心素養的關系史現階段STEAM教育研究的重心和熱點。[4]STEAM理念在現實落地中基本仍止步于勞動教育、通用技術教育等校本課程的限制中，對課程學科知識邏輯整合、項目式教育、重建知識體系等跨學科交融的研究占比較少。[5]雖然一部分學者對于課程案例進行剖析，試圖提供有建設性的STEAM教育模式，但是從設計介入，對于STEAM課程設計本身的研究尚且不足。STEAM教育區別于傳統學校教育在于STEAM教育以項目式的跨學科學習方法培養21世紀學習者的學習能力、實踐能力、創新能力。[6]通過學生動手實踐，在創造的過程中完成知識與思維的學習，其本質可以理解成在價值共同創造中達到教育價值形成的教育模式。

因而本文從共創視角出發，對工程類STEAM課程的共創機理進行剖析，分析產品產出過程在工程類STEAM課程中作為工程價值生成過程中所起到的作用。提出“建構-解構-再建構”的工程類STEAM課程設計方法以期更好地解決實際STEAM課程開發中存在的STEAM教育形式化問題，推動技術教育改革，更好地讓學生能夠通過項目式的跨學科學習獲得解決現實世界問題的能力與創新能力。

一、價值共創概述

價值共創的概念是隨著19世紀服務經濟學興起而產生的，價值創造從交換經濟時代的以商品主導（G-D）邏輯發展為顧客和企業共同生產價值的邏輯，企業和顧客的互動成為價值創造的核心，且二者不是單向的傳遞過程，而是通過彼此之間的互動來創造價值。[7]21世紀以來，隨著信息技術進入大眾生活之中，體驗成為企業競爭中的重要關注點，共同創造價值理論隨之進入新的階段，Prahalad和Krishnan指出價值共同創造是企業通過溝通和主動互動，在產品或服務中重新創造體驗的過程。[8]

從顧客主導邏輯出發，顧客以諸如知識、技能、經驗的資源為主，整合企業提供的資源來完成價值創造，這種價值創造是以體驗為主的。同時，顧客成為價值共創過程的主導者，企業是價值共創過程的輔導者，以顧客、企業和其他利益相關者的積極互動作為價值創造的核心行為邏輯。[9]顯然，工程類STEAM課程中具有類似于企業與顧客的兩種身份，即教師與學生，二者在以項目式的工程任務完成過程中將解決問題的思維、能力、經驗作為供給性資源傳授給學生，與學生自身具有而且非顯性的存隱性資源進行整合實現價值創造。在STEAM教育實踐中，課堂的主導者是學生，而教師以輔助者身份保證課程的進行，解決模擬情境中的實際問題、完成工程項目。換言之，工程類STEAM課程是在學生為主導的課堂中，在學生與教師共同創造工程價值的過程中以體驗的方式進而擬合出教育價值。

因此工程類STEAM課程的項目式學習的本質要求使得其與價值共創理論具有天然的聯系性。另外，共創理論對于重新審視工程類STEAM課程提供了獨特的視角，為設計者在快速理解優秀工程類STEAM課程邏輯和設計新課程提供了幫助。

二、工程類STEAM課程的共創機理

服務中的角色不僅具有復雜性和多元性特征，同時還具備可轉換的特征，使得系統本身及其解決方案更趨錯綜復雜。[10]從價值共創角度解析工程類STEAM課程，是將學生與教師雙向互動看作價值共創的過程，如何實現學生與教師的積極互動，從而滿足學生創造力發揮實現價值增值就需要對工程類STEAM課程的共創機理進行剖析，如圖1。

工程類STEAM課程的共創機理中在需求側存在兩個角色，一個是學生，另一個是教師，課程成為兩種需求來源碰撞后的產物。STEAM課程秉持“以學生為中心”的教學理念，在價值共創視角下，共創價值前因是學生需求。以虛擬價值鏈和實體價值鏈構成的價值矩陣表達價值共創過程，同時價值共創的結果則是具象效用的工程價值和抽象理性的教育價值作為衡量指標。“師生共創”是有計劃的行為，遵循“認同—意愿—激發—行為”這一路徑。[11]

工程類STEAM課程為了以項目式的情境體驗中解決實際替代傳統教學方式，具有情境引入、定義問題與工程目標、方案設計、分工與實踐、演示分享5個單元，這5個單元成為了工程項目的虛擬價值鏈。學生通過自身經驗、技能、知識等存隱性資源借助教師提供的諸如工具、材料、道具、新技能等的供給性資源在虛擬價值鏈中以循環互進的方式凝聚成產品，完成工程價值和教育價值的聚合。學生在情境引入中接受信息后在接下來環節中通過資源整合創造價值，教師則完成信息傳達后主持整場價值創造過程，因而情境引入環節是虛擬價值鏈的收集信息步驟。定義問題與工程目標則是在信息收集后對已有信息進行組織整理，明確并梳理出真正問題與工程目標的信息組織步驟。進而，針對具體的問題與工程目標，學生需要對若干可能解決方案進行選擇，方案的選擇即是對信息的選擇。分工與實踐是在引入新的學生個人信息，完成對工程目標拆解后形成單個任務目標的分配及各個任務完成情況與結果的信息分配與合成。工程實踐并不總是一次就可以達到預設目標，所以常常需要多次實驗，返回到重新定義問題和工程目標進行迭代循環，虛擬價值鏈也在循環過程中最終完成價值創造，如圖2。

虛擬價值鏈描述了信息在價值生成中的作用，而實體價值鏈則是描述具體產品在生成中的變化，二者角度不同，但具有邏輯上的密切關聯。工程類STEAM課程是項目式的學習，因而項目中的物料變化構成實體價值鏈中的變化，呈現出完整的閉環系統，即“情境引入-信息記錄-原始物料-實驗測試-工程產品”。

第一，情境引入中教師通過使用諸如視頻、教具、繪本等課堂道具將虛構的環境信息傳遞給學生，學生反饋情態幫助教師把握課堂；第二，教師以主持身份幫助學生通過信息記錄的手冊、表格定義問題與工程目標；第三，學生在定義問題和工程目標后提出解決方案，此時以教師提供或學生收集的方式完成原始物料的收集；第四，分工實踐則是學生對于原始物料按照方案設計進行試驗與測試，對于學生所不具備的經驗、知識、技能，教師進行事前與事中的指導，產出試驗性產品。如果未能順利通過測試，則返回重新定義問題與工程目標步驟，在新的經驗下，再次進行原始物料收集與實驗測試；第四，在試驗性產品通過測試，能夠解決情境中存在的問題后，以演示與講解的方式闡述此次工程總結。

在上述過程中，學生與教師始終進行有效的信息交換，以物料到產品的邏輯完成價值共創過程，產品生成過程即是共創的實體邏輯過程。

三、價值共創視角下的工程類STEAM課程設計分析

（一）設計分析

如前所述，工程類STEAM課程是產品生成的過程，是價值共創的過程，產品生成貫穿了工程類STEAM課程的核心邏輯。學者白仁飛與蔡軍指出價值創造是一個復雜的系統工程，一方面通過價值生產進行價值主張的傳遞，一方面通過讓渡權利尋求用戶的價值認同。[12]對工程類STEAM課程分析價值供應的權重變化，理解和把握課程設計邏輯具有指導意義。

從產品生成過程的價值供應看，情境引入中學生作為被動接受信息的一方，不參與這一過程，價值供應完全在教師。定義問題與工程目標則需要雙方共同進行完成，教師在其中扮演主持者的身份，價值供應的主要對象開始向學生偏移。方案設計涉及的主要物料是工具和材料，取平均情況，物料的價值供應略偏向教師側，而草圖與結構模型的制作主要由學生完成價值供應。分工實踐的結果是工程產品，因而材料工具需要相對自由的環境幫助學生盡可能實現創意，教師和學生的共同努力缺一不可。在最終的演示分享中，學生對課程過程進行回顧，充分獲得過程中產生的教育價值。整個過程內完成了價值主張的傳遞和教師向學生的權利讓渡。

所以，價值共創視角下，產品在工程類STEAM課程中具有以下三點作用：第一，在價值上，產品是STEAM課程中共創產生的價值的凝聚物，是存隱性資源與供給性資源整合的結果，對教學評價直接產生影響；第二，在教學過程上，課程中的產品構建過程是共創的核心階段，是價值供應重心從教師側向學生側傳遞的過程，在這一過程中完成STEAM教育的目的；第三，在教育方法上，產品生成是過程是實體化的問題解決思維，產品是教師教授問題解決思維的假借物。進一步來說，產品在工程類STEAM教育的共創價值構建中發揮了中流砥柱的作用，產品可以作為工程類STEAM課程設計的牽引。

回溯到本課題的設計實踐，在傳統學科教育中，蝸牛相關內容出現在小學三年級上冊科學課教材，以蝸牛的身體構成、運動方式和蝸牛飼養方法作為核心知識點。借以課本中蝸牛飼養箱的知識點作為蝸牛飼養箱工程類STEAM課程的起點，將11歲以上具有相對成熟推理邏輯能力的6年級學生作為授課對象。教學目標分為知識目標、能力目標，以及情感目標。在知識目標上，在現象層面了解蝸牛習性的基礎上，進一步了解背后生物演化與環境關系的原理，以及工程方面了解亞克力材料特性以及編程原理與CAD軟件操作。能力目標上，需要掌握環境評價指標建立、智能硬件設計與控制、激光切割亞克力板的能力。在情感目標上，一方面通過工程感知培養信心、耐心、責任心，另一方面通過課程中的社會經驗培養合作意識、利他主義價值觀和表達力。

（二）工程類STEAM課程設計方法

產品作為工程類STEAM課程實施時教師與學生的共同對象，設計者在設計過程中需要將產品生成過程作為核心線索，通過對挖掘出的實景問題找到產品解決方案，并按照工程邏輯解構成產品元素，最后以課程邏輯建構成工程類STEAM課程。實景是指具有模擬真實環節和情境性質的問題，實景問題的解決是綜合的，需要運用跨學科思維進行解決。[13]設計者需要通過建構步驟的定位理解課程建構的主要目標，從“方案-工程-課程”3個方面逐步深入完成課程設計。在整個過程中，設計者將自己靈感式思考過程轉化成理性思考方式并通過以學生為中心的教學原則整合，使工程類STEAM課程設計開發有跡可循，基于此，提出“建構-解構-再建構”的工程類STEAM課程設計流程與方法，如圖3。

1.建構——方案主導

以產品的構建過程為核心線索，第一次建構以設計者識別出的實景問題作為出發點，目的是找到預設的工程目標，以預設產品制作作為第一次建構的結果，為構建課程邏輯提供基本思路和產品原型。

以方案為主導的第一次構建可以劃分為初始、評估、生成三個階段，在初始階段設計中首先需要識別到實景問題并使用發散思維得到若干個解決方案。評估階段則需要對方案發散出的方案通過訪談、合理性量表等設計評估方法進行篩選并得出優化建議。

智能蝸牛箱課程設計通過對于STEAM教育行業專家的訪談檢驗該方案的合理性并獲得了課程設計建議，對于智能功能的工程難度進行評估。生成階段需要對方案涉及的基本材料進行采購，并按照設計者預設的目標進行制作，如圖4。

2.解構——工程主導

在預設產品建構完畢后則需要進行以工程為主導的解構，幫助設計者在產品原型的基礎上站在沒有技術、經驗基礎的學生視角理解工程的全部細節，從而完成從產品原型到課程方案的關鍵過渡。解構分成解析和挖掘兩個階段，在解析階段需要對抽象的工程步驟以及具體的材料工具進行解構，以流程圖的方法厘清工程中流程與物料的對應關系。明確從零開始搭建蝸牛箱的全部工作和工程中的課程設計點，為接下來挖掘階段和二次建構奠定了基礎。

如圖5，對于蝸牛飼養箱解析成材料采買、箱體設計、箱體制作、代碼書寫及測試、設備安裝與調試5個步驟，并對每一個步驟簡單描述了具體行為、材料與工具。在挖掘階段需要完成確定材料預制程度和開放點挖掘兩項工作，材料預制程度的確定，實際上是對工程全過程進行截取，將價值量低、偏離主題、與學生能力不匹配的部分剔除，保留符合學生認知階段和教學目標的過程。開放點的挖掘需要設計者將不影響工程邏輯的節點進行可能性發掘，在本課程中箱體空間設計、結構設計、功能定義與智能模塊選用可以作為工程過程的開放點，由學生根據自己的工程目標對產品生成過程進行決策。

3.二次建構——課程邏輯主導

隨著解構的完成，設計者對于要面對的問題、工程路徑以及最終產品完成了從感性的認識到理性認識的過程。在有了工程骨架之后則要通過第二次建構，通過課程主導邏輯將工程過程轉化成教學流程，并進一步明確課程中所需要的物料。二次建構分成邏輯生成、細節設計、迭代優化三個階段。邏輯生成階段是對課程主線邏輯進行梳理，站在服務接受者學生的角度理解是否合理，能夠有情境有目標有路徑地完成整個STEAM過程。

因此課程劃分為3個課時，彼此間建立通暢的邏輯線條，第一課時通過未來生態環境惡化，保護蝸牛物種作為場景引入讓學生嘗試利用課堂提供的多種材料制成不具有智能功能的蝸牛飼養箱。進一步進行評估發現，維護飼養箱環境穩定會成為這種蝸牛箱亟待解決的共性問題，由此將新技術引入作為第一課時結課的結論。第二課時緊接著對第一課時引出的環境穩定性問題整理出若干個如濕度、溫度等的具體問題，圍繞技術掌握展開成原理講解、智能模塊實驗教學，幫助學生掌握智能控制方法解決制作智能蝸牛飼養箱的問題。第三課時建立在第一課時不完善的產品經驗和第二課時的技術學習的基礎上制作相對完善的智能化蝸牛飼養箱。

四、設計方案

（一）課程規劃

設計方案結合六年級兒童認知特點及科學課教科書內容作為參考，突出智能控制的新技術作為教師側供給性資源與學生的存隱性資源擬合共創價值的過程。

教學目標在知識層面將與蝸牛習性相關的環境指標與成因、空間設計方法、智能控制原理以及產品設計思維傳授給學生，能力層面重點培養學生基本生物學科研能力、通用工具使用能力、智能控制設計制作能力以及綜合問題解決能力，素質層面幫助學生養成社會責任感、利他主義價值觀以及學習自主性。整體課程設計具有清晰、連貫、豐富的特征，從共創價值生成的邏輯上將知識、能力、素質三個維度串聯在一起，營造和諧統一、啟發與反思、合理創新的課堂氛圍。

為了滿足學生對于新技術的學習具有足夠動機，而不是被動性接受，在新技術教學之前，通過課程設計使得學生先在低技術環境下進行設計實踐，并反思如何改進能使得方案更能滿足預期工程目標，再進一步引入新技術學習。簡單預制過程也為課程最終的復雜工程奠定了底層邏輯，幫助順利完成STEAM過程。智能蝸牛飼養箱課程包括三個課時，每個課時為90分鐘，課時之間銜接自然流暢，并且每一課時工程目標明確的同時具有教育價值側重的變化。

（二）課前準備

課前準備工作除了要對使用的材料根據每個課時的共創內容進行必要的采買，還需要根據實際情況進行預加工和道具制作，保證課程時間不在偏離邏輯的低價值區域度過，包括第一課時的亞克力板制作的CAD文件、風格統一且高可讀性的記錄表、每個課時的情境引入時使用的視頻、示例代碼。除此以外，為了情境引入具有沉浸式體驗，幫助學生獲得更好的教學服務體驗，可以針對每一課時的預設情境進行布置，通過工程師制服、燈光效果和桌面道具打造實驗室的場景。

（三）課程節點設計

在STEAM的工程項目由教師和學生兩方進行的共創過程中，每一課程節點是貫穿課程邏輯的基本單元，承載教師和學生的共創行為。無論是虛擬的價值生成或是實體的價值生成本質上可以看作信息的聚合過程，因而基于共創視角的工程類STEAM課程設計，要求把流程的每一節點看作是對信息的處理點，將教師傳達的信息、學生產生的信息最大程度結合形成新價值，從而推動課程清晰前進，提高STEAM教育價值。

1.收集與組織節點：記錄有待琢磨的想法較為簡單，教師直接書寫在白板記錄即可，對于蝸牛飼養環境的空間計算需要設計專門的記錄表，記錄清楚變量和計算步驟，而第三課時較為復雜的產品說明文檔則需要教師指引目錄與寫作規范幫助學生動手完成。

2.選擇與合成節點：在本課程中，選擇材料、制作原型、亞克力板制作、自選智能模塊實驗、組裝智能蝸牛飼養箱都依賴于學生自主作出選擇與動手實踐。前置節點是從能力角度對最終工程目標節點的拆分，前置節點為最終節點提供經驗和技術知識，從而保證學生有足夠的能力完成較為復雜的最終工程目標。

3.評價與反饋節點：本課程的第一課時的低技術環境中制作出的蝸牛飼養箱需要學生帶回使用并記錄功能缺陷，同時，按照問題嚴重性對功能缺陷進行排序，為更復雜的智能飼養箱奠定起因。而第三課時中也需要學生對制作出的智能蝸牛飼養箱進行小組互評，提出優化建議，讓學生領悟到工程不是靜態的，而是需要不斷反饋優化的。

結語

橫向理解國內外研究，學生創新素質的培養中，STE AM教育起到多維度、由下而上的推動作用。[14]由于STEAM課程在國內關注度持續增長，STEAM課程設計研究也勢在必行。從價值共創的視角出發，解析STEAM課程中的價值共創機理，得出產品生成過程即是STEAM教育價值生成過程的觀點。同時，對智能蝸牛飼養箱課程的設計實踐，從產品設計制造流程提出了“建構-解構-再建構”的工程類STEAM課程設計路徑，促進STEAM課程教育發展，滿足學生的學習需求。這種設計方法一方面可以避免STEAM教育形式化的問題，另一方面也避免因設計者對STEAM的偏差理解而導致STEAM教育效果不佳的情況發生。希望對STEAM教育提供可行思路。