《STEM教学设计与评价》（订购）

管光海 主编

教育科学出版社

2022年10月出版

　　我们应当从基础教育改革与发展的整体视角来理解STEM教育的价值和实践。STEM教育为指向应用、具有整合特点的课程开发提供了思路，以STEM为切入点深化课程改革，已经成为学校推动课改的重要抓手。STEM教育也为促进学生学习方式转变提供了重要载体，在推动转变学习方式、转变育人模式方面具有引领意义。这种对STEM教育的理解是我们近年来实践后的经验总结。随着理解的不断深化，我们对STEM教育的研究与探索也在不断深入。

一

　　关于STEM是什么，一直以来存在不同观点。STEM可能意味着STEM相关的一门课程或系列的课程，涉及四个领域的活动，交叉或整合的学习项目。因此，STEM不是一个限定概念，我们可以从素养、课程、教与学的方式三个层面来理解。

　　作为素养层面的STEM，代表着四类素养：科学素养、技术素养、工程素养、数学素养。STEM素养由这四种素养组成，但并不是它们的简单组合，而是素养的集成。在深化课程改革的过程中，一些学校在规划发展目标时，整体教育目标与学科课程目标之间往往缺乏衔接，学科课程目标之间也缺乏关联性。素养层面的STEM教育为整合几门学科课程目标提供了思路，即学校在规划时可以从STEM素养群的视角来进行顶层设计。

　　作为课程层面的STEM，既指科学、技术、工程、数学四门学科，也指跨学科课程。从跨学科角度来说，STEM教育代表了课程组织方式的重大变革。在课程层面，STEM出现了许多变式，如STEAM，STREAM，STEM+，等等。相比STEM，STEAM增加了A，对应英文“Arts”，意思是艺术，广义来说指的是人文，以加强STEM教育的人文社会性。在此基础上，STREAM增加了R，对应英文“Reading”，以加强STEM教育与阅读之间的关联。

　　作为教与学的方式，STEM教育中的学习是一种跨学科学习，有助于解决教育中长期存在的学生学习分割化、碎片化，以及无法迁移的困境；STEM教育中的学习也是一种创造性学习，强调从输入式学习到输出式学习，有利于转变学生的学习方式等。

　　在推进STEM过程中，我们逐渐认识到，STEM的意义很多，对于学生发展来说，其最重要的意义是促进学生转变学习方式、丰富学习经历，促进学生在实践与创造能力、合作与沟通能力、科技兴趣与职业启蒙等方面的多维度成长。

二

　　STEM教育提供了一种整合的学习模式，其实施的关键在于对操作要素与实践特征的把握。

　　第一，要基于课程标准。STEM课程的开发应基于标准，回归学科，促进基础性课程的有效学习。基于标准的STEM教育规范了课程的目标、内容，避免课程或项目开发中的随意性与形式化。

　　第二，要转变学习方式。推动STEM教育，关键在于促进学生学习方式的转变。引导学生打破学科界限，采用跨学科学习方式，面向真实情境学以致用地解决问题，倡导设计、制作、实验等实践学习，鼓励创造性学习、开放的学习，从输入式学习转变为输出式学习，让基于项目、基于问题、基于探究、基于设计的学习方式成为常态。

　　第三，要凸显探究与设计。从学习方式来说，探究是科学学习的重要方式，设计是技术和工程学习的重要方式。STEM学习的一个思路是以工程设计为主线开展学习。工程设计解决的是设计问题，是一种最复杂的问题类型，在这种问题解决过程中充分体现了主动的、建构的、有意义的、真实的、合作的学习。同时，工程设计也是落实创造性学习的有效途径。在工程设计中，学生面对约束条件，多方案地解决问题，就是一种创造性学习。

　　第四，要指向思维培养。STEM学习强调与真实世界的关联，解决真实问题。在倡导动手实践的同时，注重在解决问题过程中主动的、建构的、有意义的、真实的、合作的学习的发生，指向科学思维、设计思维、工程思维等思维层面的培养。

　　第五，要强调有机整合。STEM旨在以工程设计为主线整合科学、技术、工程、数学，甚至人文、写作等。从当前的实践参与来看，不少还处于拼盘式，仅仅涉及相关学科。STEM应强调从组合走向融合，注重科学、技术、工程、数学以及研究性学习等常态的有机整合。

三

　　近年来，项目学习（也称基于项目的学习）受到关注。项目学习英文简称为PBL。从PBL一词来说，也有不同的形式，比如基于项目的学习、基于问题的学习、基于现象的学习。与基于项目的学习以项目为导向不同，基于问题的学习强调把学习放置到复杂的、有意义的问题情境中，让学生经过讨论、解释、实验、反思、决策的过程来学习隐含于问题背后的学科知识，形成解决问题的技能与自主学习的能力。基于现象的学习是让学生面对真实世界的现象或话题，融合各学科知识开展学习。

　　随着STEM教育的推进，实践层面逐渐聚焦项目学习。将项目学习与STEM相结合，有助于真实情境的融入、探究与设计的整合。STEM项目学习的核心思想包括定义能力（基于标准，指向素养）、定义学习（重视协作，深度学习）、定义成长（跨界实践，激发创新）。我们对STEM项目学习的要素逐渐达成共识，包括以下几个方面。一是素养导向。STEM项目学习指向素养目标，强调深度理解知识、发展能力、培养态度与价值观，素养导向体现在跨学科、课程标准、核心概念三个方面。二是真实情境。STEM项目学习设计应注重真实情境，强调解决现实问题。设计的关键是情境问题的设计。情境问题应指向事物、人生或社会的本质，通过问题引发学生的深度思考和探索。三是真实实践。STEM项目学习设计应注重真实实践，让学生像科学家一样探究问题，像工程师一样解决问题。这需要为学生提供真实的过程、动手实践的条件和团队合作的机会。四是高阶认知。要避免STEM项目的浅层化，STEM项目学习的设计应当关注过程认知，提供约束条件，支持多方案设计，经历迭代与优化，从而达成思维层面的培养，促进高阶认知策略的发展。五是真实评价。真实评价强调通过真实任务，让学生展示出素养水平。为此，要考虑过程性和总结性评价相结合，考虑多种展示形式、多种方法和工具相结合以及评价主体的多样性。

　　教师在开发STEM项目时应把握以下几点。首先，基于学校特点和课程已有基础而开发。教师应当以课堂和学生为基础，结合自身能力，主体性、实践性地把握项目特点，形成自身的课程见解，开发体现师生创造性经验的项目。其次，参考STEM教育相关学科课程标准，规范项目的目标、内容。最后，要与学校已有的课程产生关联。我们之所以倡导STEM，其中一个原因就是试图改变学校课程体系中学术性课程比重过高、应用性课程比例不足的现状。因此STEM项目应指向知识和能力的应用，而知识和能力的基础就在学校已有课程中。

四

　　在STEM教育的推进过程中，其与项目学习结合的意义和实践进一步得到了明晰，但项目学习并不是STEM教育未来样态的全部。

　　伴随着认识的发展，我们的实践策略也在发展。我们强调“深耕中间地带，选择突破重点，促进学校教育由内而外地改变”。“中间地带”是指以项目学习为主要着力点的学习方式的转变，包括体现真实学习、探究学习、综合学习、实践学习、应用学习、设计学习等素养导向的，面向未来的，旨在促进认知学习与社会性成长相结合的学习方式。

　　STEM教学中，常见的探究教学是5E教学模式，通过吸引、探究、解释、迁移、评价五个环节促进学生深入探究。一些学者在5E教学模式基础上，增加代表工程思维的“E”，开发了整合科学探究与工程设计的6E教学模式，凸显了工程设计的地位。在6E教学模式中，学生像工程师那样设计和建模，设计、系统、建模、人类价值、资源等工程概念都包含其中。

　　设计学习作为一种新兴的学习方式，其核心在“设计”。在整个过程中，学习者经历相互协作、知识整合、设计修正、探究创造等。设计学习由于具有整合性、迭代性、实践性和反思性等独特特点而受到关注。

　　设计思维强调同理心，关注用户的需求与感受，展现以人为本的理念。STEM学习中融合设计思维，有助于进一步凸显其综合的特点，体现社会性学习。在STEM的教学实践中，我们对一些设计思维工具进行了探索，比如用户移情图、“635”法、循环问诊等。这些思维工具的使用有助于促进学生高阶思维的发展，提高学生的思维效能，延伸思维深度。

五

　　我们也对STEM教学策略进行了探索。教学事件是教学策略选择的主要依据，教学策略又与教学方法紧密相连。据此，通过对STEM教学案例进行分析，本书提出问题解决策略、教学支持策略、管理策略三个类别的策略以及核心概念学习策略，围绕问题提出、方案设计、模型制作与测试、反思与优化四大教学事件形成具体的教学策略。

　　问题解决策略是指教师依据问题解决过程中各类教学事件（包括问题提出、方案设计、模型制作与测试、反思与优化等）而设置的帮助问题解决的指导方案，包括提供思维工具支持发现与定义问题、鼓励方案多样化、提供针对性指导、允许失败、把握进度、鼓励优化等。教学支持策略是指为学生提供问题团队、环境、方法等的支持，包括团队建设、开展师生交互、提供项目手册/任务单、提供支持性活动等。管理策略是指教师把握教学方向、控制活动进展的策略，包括实施进度管理、教学资源管理、规则应用管理、评价反馈等。核心概念学习策略是指学生通过核心概念建立相关学科的内容与逻辑之间实质性关联、促使思维整合的策略，包括在情境中理解核心概念、通过图示法表达核心概念等。

六

　　STEM学习评价是实施中的难点。学习评价不仅可作为支持学生解决问题的工具，而且也是促进学生社会性成长的重要载体，更承载着合作文化的浸润。借助学习评价要实现学生素养形成的可视化，要支持学生“像专家一样思考”的专业化实践，要促进学生个体和团体“双成长”。

　　STEM学习评价不只是作品的评价，也有小组表现的评价、对核心概念迁移的评价，还有过程的评价、学生社会性发展的评价。从侧重点来说，可以分两类：一是基于课程标准的评价，围绕课程标准所提出的核心素养来开展评价；二是侧重于跨学科能力的评价，强调对批判性思维和问题解决、沟通和合作、创造力和创新能力的评价。但两类评价的方向是一致的，都是以改进教学促进学生发展为根本目的。评价方向的准确把握关键在于评价量表的制定。

　　STEM学习评价形式多样，有形成性评价和总结性评价。学科能力评价、作品展示、比赛等属于总结性评价，学生的方案设计、教师课堂观察记录、反思日记都是形成性评价。评价的实施方式多样化，可以有PPT展示、海报设计、演讲、模型展示、比赛等不同方式。在评价主体上要考虑评价主体的多元化，有自我评价、团队评价、教师评价，并强调反思性评价，以反思促改进，以改进促发展。

七

　　本书的特色之一是理例结合，所用例子主要来自“浙江—印州中小学课程平移项目”（书中简称“STEM课程平移”）和学校实践。“STEM课程平移”由浙江省与美国印第安纳州合作实施。从2017年至2019年，浙江省邀请美国教师走进浙江中小学课堂，面向学生开展STEM教学，并组织浙江教师深入课堂，体会美国教师课程组织与教学实施的经验。通过学生项目学习、教师实践研修、学校跟进实验、系统资源建设等环节的有机结合，系统解构美国STEM教育课程案例与实践范式。此举很好地普及了STEM理念，有力推进了浙江省STEM教育的发展，并积累了丰富的STEM项目学习案例。

　　“STEM课程平移”实施后，参与STEM课程平移的学校组织实施了跟进实验，通过本土实践形成了具有学校特色的案例。同时，浙江省积极开展STEM案例征集，并于2020年组织推进项目学习“三部曲”，开展“抗疫情”项目学习案例征集、项目学习网络公开课、项目学习博览会等系列活动，培育、挖掘了大量的STEM项目学习案例。

八

　　本书从STEM学习的基本特征、STEM教学的目标追求、STEM教学模式、STEM有效教学策略、STEM学习评价以及创新STEM学习的案例六个部分呈现我们的研究与实践成果。

　　STEM学习的基本特征从应用学习、实践学习、整合性学习、社会性学习四个方面对STEM学习进行总体介绍。

　　STEM有不同的目标追求，本书从基于课程标准、指向真实问题解决能力的提升两个方面进行介绍。两者有交叉点，基于课程标准往往也强调真实问题解决能力的提升；但两者取向稍有不同，前者更关注学科素养或能力，后者更关注跨学科能力。

　　STEM教学模式介绍基于项目、基于设计、5E和6E三种模式。正如上文提到的，实践中的教学模式远不止于此。本书仅选择三种应用广泛、具有特色的模式进行介绍，老师们可以根据需要灵活地整合使用这三种模式。

　　STEM有效教学策略主要介绍在教学实践中广泛应用的问题解决策略、教学支持策略、管理策略、核心概念学习策略四大策略。

　　STEM学习评价介绍了STEM学习评价的定位、导向与作用，STEM学习评价的类型与设计要点，评价量表的设计与使用三个方面。

　　创新STEM学习的案例选择了五个实施中具有典型性的案例，不少案例在本书的前面五章已提到，这部分完整地予以呈现，以便读者整体把握。

　　本文节选自教育科学出版社《STEM教学设计与评价》。

来源：教育科学出版社