核心素養視域下創客與STEAM融合課程實施模型研究

【摘 要】創客教育和STEAM教育作為智能時代面向未來人才培養的重要方式，在快速發展過程中也面臨著諸多困境，兩者的融合可實現優勢互補，更好地為培養學生創新能力、跨學科問題解決能力、批判性思維、協作能力等賦能。本文基于逆向設計理論，構建了素養導向、證據先行、活動育人的創客與STEAM融合課程實施模型，通過迭代優化，助力創客與STEAM有機融合。在模型的指導下，本研究設計了“機器人走迷宮”課例，充分調動學生的參與度，協力整合多學科知識，以理解促成高通路遷移。

【關鍵詞】創客教育；STEAM教育；融合課程實施模型；逆向設計

一、引言

智能時代對未來人才培養提出了新要求，也為教育的建構重組提供了有利環境。人們越來越意識到，創新能力、跨學科問題解決能力、批判性思維、協作能力等已成為應對未來真實、復雜挑戰的不可或缺的能力要素。在這樣的背景下，輔以技術的普及與推動，創客教育和STEAM教育在國內外開展得如火如荼，越來越多的學者和一線教師開始關注創客教育和STEAM教育實踐。然而，目前中小學教師在開展創客教育與STEAM教育的過程中，教學設計方面的策略、方法并不明確，課程開展流于形式，亟待有效、可落地的理論研究與實踐探索。

二、創客教育與STEAM教育的發展困境和融合優勢

（一）創客教育與STEAM教育的異同及發展困境

創客教育與STEAM教育作為教育變革的關鍵力量，在理論基礎、活動類型、課程載體等方面都存在異同［1］（見表1）。

STEAM教育起源于國家需求，最先是美國為提升國家競爭力提出來的，企圖通過打破學科壁壘，有機整合科學、技術、工程、數學、藝術等學科，提升學生的學科素養和跨學科思維能力。STEAM的核心是跨學科整合，通過創設真實的問題情境，引導學生在問題解決的過程中主動建構對多學科知識的綜合理解而非割裂的認知。雖然STEAM教育近年來逐漸在我國推廣，但教師在一線教學中存在很多困惑：（1）缺乏著力點，導致教學停留在理念層面。我國目前分科培養的教育體系導致學科間的相互滲透和結合不夠，具有跨學科背景的專業師資力量也尤為匱乏。STEAM課程由誰開和如何開是亟待解決的問題，STEAM教育找不到合適的著力點，缺乏明晰的培養路徑。（2）重知識探究，輕動手實現，導致成果模式化，缺乏創新。部分中小學在校本課程中開展STEAM教育，鼓勵學生基于探究提出方案，制作海報分享交流，但問題的解決過程和成果呈現模板化，缺乏創意和對可行性的驗證。

創客教育是社會驅動的結果，傳統DIY運動、3D打印、激光切割、開源軟硬件、互聯網社區等新技術的發展，催生了創客活動和創客教育。伴隨著“大眾創新，萬眾創業”的口號，創客教育在我國中小學的普及甚至比STEAM教育更早。創客教育的關鍵詞為“造物”，秉承“做中學”的理念，融入創造情境，鼓勵動手操作，鼓勵創新，強調學習成果實物化、可視化。近十年，創客教育看似發展繁榮卻又問題凸顯：（1）被技術“牽著”鼻子走，缺乏對科學原理的關注。部分創客課程局限于具體產品的教學，只教軟硬件的使用，奔著某一比賽的單一目標前進，換一個比賽換一批設備，換一批設備換一批課程，對科學概念與原理關注不足，導致學生知其然不知其所以然，遷移能力弱。（2）缺乏教學策略方法的指引，空心化、泡沫化、形式化問題嚴重。學生看似參與度高，實則模仿跟做、無效試錯，缺乏對問題的分析和對解決過程的深入探究，導致學生流于表面動手，缺乏深度理解，產出的作品粗糙。

（二）創客教育與STEAM教育的融合優勢及必要

雖然創客教育和STEAM教育在一線教學實踐中常表現出你中有我、我中有你的特征，但從表1中可以看出，兩者各有側重。如果能將創客教育與STEAM教育有機整合在一起，實現創客與STEAM融合教學，那么兩者可以實現優勢互補，在一定程度上解決各自面臨的困境：一方面，STEAM教育的跨學科理念和基于項目學習的典型教學方法，有利于改善創客教育缺乏系統學科知識體系支撐和缺乏科學培養模式可借鑒的現狀；另一方面，創客教育立足于技術環境與“做中學”理論，在“造物”過程中深度綜合應用不同學科知識，實現創造性思維與創新實踐能力的培養，是實施STEAM教育的一種有效方式。［2］

實際上，創客教育和STEAM教育的整合是存在一定必然性的，符合人才培養的內在發展需求。目前有關創客教育與STEAM教育融合的課程建構研究、教學實施研究也取得了一定進展。Bevan提出了創客與STEAM整合路徑，基于科學實踐與數學概念開展工程實踐，在過程中將技術工具與計算實踐結合起來。［3］Kim等提出了“基于創客的 STEAM教育”這一概念，并構建了發現問題、設計工件、開發原型、共享造物、深化反思的五步教學法。［4］在教學層面推進創客教育與STEAM教育的整合協調發展，關鍵之一在于提供一套與之匹配的教學設計策略，并在實踐中不斷迭代優化。本研究即從構建實施模型出發，旨在實現核心素養導向下創客教育與STEAM教育的融合。

三、基于逆向設計理論的創客與STEAM融合

（一）逆向設計理論

逆向設計（Backward Design）是美國課程與教學領域的專家Grant Wiggins和Jay Mctighe在1998年提出的一種教學設計模式，意指將課程的終點（學習目標）作為課程設計的起點。［5］逆向設計包含三個階段：

階段一，明確預期的結果。在這個階段，教師需要對照課程標準、核心素養，確定學習目標。通常情況下有較多的內容需要抉擇，因此可以通過以下篩選明晰哪些內容是值得學習的：（1）概念、主題或過程在多大程度上屬于大概念并在課堂之外具有持久的價值；（2）概念、主題或過程在多大程度上屬于學科核心概念；（3）概念、主題或過程在多大程度上沒有被教學覆蓋；（4）概念、主題或過程在多大程度上能夠吸引學生。

階段二，確定預期結果達到的證據。逆向設計主張在設計之前提前思考如何確定學生是否達到了預期的目標，根據學習證據設計課程。鑒于逆向設計是面向理解的設計，課程應以表現任務或顯性作品為基礎，即這些任務或作品提供了證據，證明學生在情境中運用知識、達成目標。

階段三，安排學習活動和教學活動。在明確了預期的結果和學習證據后，教師需要設計課程的細節，如教學方法、課程順序和資源材料的選擇等。教學是達到目標的手段，要考慮以下幾個關鍵問題：（1）學生需要什么樣的知識（事實、概念、原則）和技能才能有效學習并達到預期的效果；（2）什么活動能使學生具備所需的知識和技能；（3）根據目標，需要教授什么以及如何更好地教授；（4）什么材料和資源有助于實現這些目標；（5）整體設計是否連貫有效。

在常規的教學設計中，教師基于教材內容，根據以往經驗來設計學習活動和組織課程。而逆向設計關注學生的學習過程，把課程看作達成學習目標的手段，即在特定的主題（例如種族歧視）下，使用特定的資源（例如《殺死一只知更鳥》），選擇特定的教學方法（例如蘇格拉底式研討法討論這本書，小組協作分析電影中的畫面），來促進學習達到既定的標準（例如學生將理解偏見的本質，歸納其與刻板印象的區別）。設計一系列學習活動讓學生通過思考、探究、動手產生外顯的學習證據，以此表征學生的潛在特質和內部思維發生過程，從而判斷學習目標是否實現，可以避免缺乏目標導向而造成的教學低效或無效［6］。逆向設計與素養導向的新課程理念不謀而合，在客觀上為創客和STEAM有效融合的教學提供了方向，并且關注到了以往創客教育和STEAM教育研究中被忽視的評價設計。

（二）創客與STEAM融合課程實施模型構建

基于逆向設計理論，本研究從學習目標、學習評價、學習活動三個環節構建了創客與STEAM融合的課程實施模型。

1.課程目標定位

創客與STEAM深度融合的課程需要面向核心素養的發展，是實現創新教育的重要載體。課程要以跨學科知識整合為基礎，突出發展綜合素養的思路；以真實問題解決為核心組織學習活動，突出發展問題解決能力、創新能力的思路；以小組協作開展學習活動，突出發展協作能力、批判性思維的思路。在實際課程設計過程中，可參考各學科核心素養和課程標準以細化學習目標，有所側重，但需要注意的是目標一定要面向能力和素養，避免因為目標過于局限而限制了學生可能取得的學習結果。此外，除了義務教育各學科課程標準（2022年版），一些發達國家的學科標準，尤其是工程等學科，也可以作為重要的參考。

2.學習評價設計

基于既定的學習目標，利用科學的評價手段和工具，在教學全過程對學生的學習行為及表現效果進行檢測、評估和判斷，為促進學生更有效的學習提供支持性教學策略。這一環節包含兩個任務：一是確定可評估的學習證據，二是設計評估學習證據的評價方法。創客與STEAM融合教學的評價設計要指向素養、強調過程，教師在設計學習證據時，應該考慮一系列連續的評價方法，從簡單到復雜，從短期到長期，從紙質測試到真實情境應用，平衡使用不同的評價方法，例如同儕評審、觀察記錄、概念圖、口頭匯報、成果展示等。

3.學習活動開發

基于“做中學”、項目式學習和循證學習等學習范式，將過程設計為“創設情境，發布主題→自主學習，構思創意→引導探究，確定方案→設計制作，迭代優化→分享交流，總結反思”五個環節。融入科學、技術、工程、藝術、數學等多學科知識以支撐活動有效開展，搭建開放共享的教學環境，為學生的活動開展和作品分享提供環境支持。為保持教學評一致性，教師在設計學習活動時還需要考慮引出學習證據的情境和任務類型。

（三）創客與STEAM融合課例設計

在創客與STEAM融合課程實施模型構建的基礎上，本研究采用基于設計的研究理念，設計了“機器人走迷宮”課例（圖2）。

1.課程目標定位

本課涉及工程、技術、物理、語文等多學科知識，基于我國的義務教育各科課程標準（2022年版）、美國的Standards for K-12 Engineering Education，設計了面向核心素養的學習目標（表2）。這些學習目標既是課程起點，也是課程歸宿。以計算思維目標為例，課程從該目標出發確定學習證據，即基于左手定則分析算法等設計走迷宮游戲，課程的終點是培養學生的計算思維，因此教學是達成學習目標的手段，而不是“為了教而教”。此外，在學習目標之外設定了“績效目標”（表2中的評價要點），既定的學習目標演化為若干啟發性的關鍵問題，成為學習評價和教學活動安排的根本依據，明晰學生必須知道什么、能做什么。在績效目標的指導下，評價和教學更具針對性。

2.學習評價設計

在學習目標的指引下，設計最適合的評價方式，利用科學的評價手段和工具，在教學全過程對學生的學習行為及表現效果進行檢測、評估和判斷。本課從學生課堂表現、學習單、機器人作品等方面評估學生的目標達成情況，為促進學生更有效地學習提供支持性教學策略。以工程設計的學習為例，本課設計了多種迷宮地圖，基礎版走迷宮程序在復雜地圖中往往會遇到轉角卡住、原地轉圈等問題，此時需要運用物理知識，通過科學探究來解決，在這個過程中，學生深入理解工程設計中的迭代思維，達成以評促學的效果。

3.學習活動開發

教學內容和活動安排是實現學習目標的策略，整個教學過程可以看作是發現證據、接近目標的過程，因此需要根據學習目標選擇不同的教學方法。知識不能只通過教師的教授獲得，更重要的是通過巧妙設計和有效指導由學習者自我建構。本課面臨的挑戰是如何通過設計，而非靠運氣或天賦，使左手定則的遷移成為可能，并在遇到不同困境時能分析問題、設計策略，使機器人順利完成走迷宮的挑戰。課程通過探尋走迷宮的策略，引導學生像專家一樣思考，以理解促成高通路遷移，并借助不同迷宮地圖情境，在不斷的調試、優化過程中應用多學科知識解決問題，達成創新。例如轉角卡住問題，需要綜合考慮機器人本身的大小、傳感器探測范圍等因素，將物理學科中的v（速度）=s（路程）/t（時間）遷移到機器人通過轉角的真實情境中，靈活、合理地設置參數讓機器人先直行后轉彎再直行。

本課打破了教師授受為主或先講后做的僵局，融入了多種支架輔助學生探究，充分調動了學生的參與度。問卷調查顯示，超90%的學生認為自己對原理認知清晰，近80%的學生認為課程運用的示意圖、動畫、表格等有助于自己理解重難點，72%的學生認為自己的課堂參與度較高或很高。分析學習證據發現，學生能夠將左手定則、循環結構應用于機器人走迷宮，在面對新問題時，協力整合多學科知識。但本課對實際編程的指導不足，部分學生盲目試錯，同時也發現學生發現問題、分析問題的能力較弱，難以快速厘清機器人為何無法走出新迷宮地圖。

四、結語

創客與STEAM融合是新時代教育發展訴求和內生發展需求的產物，一線教師應從學生發展的根本目的出發去設計相應的教育活動，逆向設計恰好可提供理論指引。本文在厘清創客教育和STEAM教育發展困境的基礎上，明晰了創客教育和STEAM教育融合的必要性，并在逆向設計理論的指導下構建了創客與STEAM融合的課程實施模型。該模型以素養為導向，以證據為抓手，以活動為育人手段，是一種可行的實踐策略。需要注意的是，在課程的設計過程中，學習目標、學習評價、學習活動這三個環節不是按序完成的，而是迭代循環、不斷完善的。下一步研究將基于本文提出的模式設計系列創客與STEAM融合的課程，深度探索創客與STEAM融合的實踐路徑。

參考文獻：

［1］滕嬌嬌，閆志明，張銘銳，等. STEM教育與創客教育辨析［J］.現代教育技術，2019（11）：101-106.

［2］宋乃慶，沈光輝，高鑫. 基于STEAM教育理念的中小學創客教育測評指標體系構建［J］. 中國考試，2022（10）：74-83.

［3］BEVAN B. The promise and the promises of making in science education［J］. Studies in Science Education，2017（1）： 75-103.

［4］KIM J O，KIM J. Design of maker-based STEAM education with entry programming tool［J］. Advanced Science Letters，2018（3）： 2088-2093.

［5］WIGGINS G，MCTIGHE J. Understanding by design［M］.［S.l.］：［s.n.］，1998： 7-19.

［6］葉海龍. 逆向教學設計簡論［J］. 當代教育科學，2011（4）：23-26.

（責任編輯：潘安）

【作者簡介】彭曉玲，深圳市南山實驗教育集團南海中學信息教師，曾獲深圳市教育學會年度論文一等獎、南山區信息技術學科教師基本功一等獎，研究方向為STEAM教育。

【基金項目】深圳市教育科學“十四五”規劃2022年度成果培育類課題“雙減背景下科創教育的實踐及成效”（課題批準號：cgpy22040）