趙宸

摘? 要 基于STEAM的基本理念，依據STEAM教育的基本原則，融合科學、技術、工程、藝術和數學知識，構建STEAM項目學習的課程設計模型，詳細解釋模型中的每一步驟是如何實施的，在突出學生的主體性的同時，也強調教師的引導作用，并且給出具體的案例設計，希望可以對具體課程設計提供參考、借鑒。

關鍵詞STEAM教育;項目學習;課程設計

中圖分類號：G630? ? 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2018）18-0064-05

1 STEAM教育的基本內涵

STEAM教育起源于美國，是在STEM基礎上的發(fā)展。1986年，美國國家科學委員會（NSB）發(fā)表了報告《本科的科學、數學和工程教育》，提出“科學、數學、工程和技術教育集成”戰(zhàn)略，以此來開發(fā)大量的科技人力資源，保持國家經濟的全球領導地位。這被視為STEM（science、tech-nology、engineering、mathematices） 教育的開端[1]。

美國國家科學基金會（NSF）對STEM提出綱領性定義：STEM不僅包含數學、自然科學、工程和計算科學，還包括社會行為科學，如心理學、經濟學、社會學和政治科學[2]。余勝泉教授認為，STEM教育并不是科學、技術、工程和數學教育的簡單疊加，而是要將四門學科內容組合形成有機整體，以更好地培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神與實踐能力[3]。

筆者認為可以把這幾門學科稱作“元學科”，當然它并不代表這些學科的簡單疊加，更不是只限于這幾個學科，而是重點強調這幾門學科的知識。學生以數學和藝術（arts）為工具，以工程能力為整個STEAM學習過程進行規(guī)劃，通過運用物理、化學和生物等相關科學原理知識，采用一定的技術，物化出產品，最終可以通過產品來解決實際的問題，以此來提高學生對于多學科知識的融合和綜合運用能力，加深學生對于知識的理解程度，最終提高學生的問題解決能力和創(chuàng)新能力。STEAM教育讓學生親身參與實際的問題解決中，這就連接了理論與實踐、具體和抽象、感性與理性。

之所以倡導STEAM教育，是因為在當今知識爆炸時代，知識量成倍增長，人們已經沒有時間和精力單純致力于知識的學習;另外，許多工作和任務已經由只需要單一學科的能力轉變?yōu)槎鄬W科的知識應用，單一學科的知識背景不足以勝任當今社會的工作需求，人們需要具備多學科思維，這樣才能站得更高，看得更遠。因此，STEAM教育應運而生。通過STEAM教育，能夠提高人們的學習能力和適應能力，不管他到任何崗位，都可以很快地勝任;不管何種環(huán)境，都可以很快適應。

STEAM教育的課程設計不同于傳統(tǒng)的課程設計：傳統(tǒng)的課程設計更偏向于以教師為主導的灌輸式教育，這種課程設計忽視了學生的自主性，忽視了學生的自身參與;而STEAM教育是以學生為中心來進行課程設計，強調學生的主體作用的同時，也強調教師的引導作用，和傳統(tǒng)的教學方式存在較大區(qū)別。

2 STEAM教育課程設計的原則

項目學習、問題解決、工程教育、教育標準、技術素養(yǎng)，這幾個關鍵詞體現(xiàn)了STEAM教育的本質：培養(yǎng)學生的素養(yǎng)并解決實際問題[4]。

強調跨學科? STEAM本身強調跨學科，只涉及單一學科的課程不是STEAM課程，所以STEAM課程的設計要融合數學、物理、化學、藝術等多門學科。融合了多學科的STEAM課程，不僅可以使學生對單一學科的知識理解更加深刻，更可以提升學生綜合運用多學科知識的能力，讓學生體會科學原理的強大力量，進而激發(fā)學生的學習興趣。

采用項目學習法? STEAM課程的設計原則遵循“學生通過參加基于問題的學習、基于項目的學習和基于活動的學習，實現(xiàn)學生學術成就、高階思維技能和合作學習能力的提高”[5]。在STEAM項目學習中，項目學習自然會融合多學科的知識，學生不僅可以親身體驗問題，還可以實際解決問題，所以項目學習非常適合STEAM教育。

將工程和技術融入課堂? 將工程和技術融入課堂將會產生很多好處。物理、化學等科學課程往往較為抽象，學生在課堂上的所學往往無法進行有效運用;而運用科學知識的過程往往伴隨著工程和技術，如果將工程和技術融入課堂，不僅對學生理解科學知識有幫助，而且可以對學生進行工程教育和技術教育。

明確的結果（Well-defined Outcome）和模糊的任務（Ill-defined Task）[6]? 明確的結果和模糊的任務并不矛盾。在現(xiàn)實生活中，對于一個實際問題的解決往往伴隨著一個確定的結果，如建造一座橋，制作一個機器人等。對于這樣的問題，可能最終的結果要求會很明確，但是解決的途徑可能很多，所以就要求對于解決問題的途徑并不能限制太嚴格，需要給學生留下自主發(fā)展的空間。

3 課程設計模型的構建

國外的Davison等人歸納出數學和科學融合的五種方式：特定學科、內容、過程、方法論和專題[7]。Oberlin 和White建構了“Berlin-White Integrated Science and Mathematics（BWISM） Models”，這個模型包括學習、認知方式、過程和思維能力、概念性知識、態(tài)度和觀念（教學）[8]。普渡大學的Edward和Leah Jamieson教授建立了EPICS項目，每個項目包含五個階段：建立項目合作關系;組織項目團隊;開發(fā)項目方案;系統(tǒng)設計和開發(fā);調整系統(tǒng)和支持[9]。

國內對項目式學習的實踐研究稀少，首新、胡衛(wèi)平等人探索了基于文化—歷史活動觀的小學生項目式STEM學習模式[10];大多數學者仍處于評價美國項目式學習模式階段，如丁杰和蔡蘇等在研究中提到Berry主張的基于項目的學習與STEM教育結合的三種模式：中心項目模式（教師主導課堂，學生完成核心任務）、學生主導項目模式（學生自己設計項目，教師全程指導完成）、基于學生主導項目的課程（學生提出問題并解決，教師監(jiān)督完成）[3]。

STEAM教育強調在實施過程中把多學科知識融于有趣、具有挑戰(zhàn)性、與學生學習生活相關的問題中，具有能夠激發(fā)學生學習動機的趣味性，進而提高學生的學習動力[3]。因為是STEAM項目學習，所以主要圍繞學生進行設計。雖然強調STEAM項目學習是以學生為主，但是也不可以忽視教師的作用，教師在項目進行過程中要始終扮演腳手架的角色，為學生提供資源的支持。不同的學生在不同的階段會有不同的問題，需要教師站在一定的高度對學生進行指導，這種指導不是包辦代替，而是引導學生如何通過自己的努力一步一步達到目標。課程設計模型如圖1所示。

1）項目的確定。項目的確定需要明確學生當前的特點，符合學生的認知規(guī)律。項目情境要是學生所熟悉的，是貼近學生生活的，還要有一定的難度，只有在學生最近發(fā)展區(qū)開展項目，才能使學生能力得到最佳發(fā)展。除此之外，還應該融合科學課、數學課、藝術課的內容，只有融合多學科知識的項目，并且讓學生切實體驗、學習、融會貫通多學科知識，才是好的項目。

2）情境構建。雖然采用STEAM項目學習法，項目已經很貼近生活，但是畢竟在課堂上，教師利用多媒體等資源創(chuàng)設貼近真實的情境，更能激發(fā)學生的學習興趣，激發(fā)學生的創(chuàng)造性。只有經過情境創(chuàng)設，學生才可更好地調動舊知，進入項目角色。

3）學生分組。原則是將學生分成3～4人一組，因為一個人就算能力再強，也抵不過一個團隊，一個人的時間、精力、想法必然是有限的;兩個人雖然也可以，但是項目量比較大，同樣會面臨很大的壓力;如果多于四個人，會有小組成員責任減輕的情況出現(xiàn)，部分小組成員會變得懈怠，教學效果就會大打折扣，起不到項目學習應有的作用。所以3～4人一組是最好的選擇，每個人都會有參與感，都會有很強的責任感，都有時間與能力把自己的分內之事處理好，會有比較好的效果。

4）角色分配。在一個團隊中，只有分工明確，才能保持更高的運行效率。所以在分組之后，希望對學生進行角色分配。每個學生都應該在不同的項目中輪換角色，而不是只做自己擅長的角色，這樣也是為了提高團隊的效率?？梢栽O置幾個角色，例如：協(xié)助者，負責通知團隊會議和討論，確保每個人都知道什么時間要做什么事情，需要攜帶什么物品等;計時員，需要對項目的整個進程負責，確保團隊按照規(guī)定的時間完成任務;鼓勵者，負責確保每個人都有公平的機會參與項目，要提醒愛多說話的人給別人留機會，給不太愛說話的人留機會發(fā)言。當然，角色的分配也不是一成不變的，一個人可以同時擔任多種角色，也可以空缺角色，只要是對項目的開展有益即可。

5）明確問題與限制條件。這是項目的開始，要引起學生的重視，學生要根據教師的講述明確問題，這樣才能從問題中理清最終設計目標。同樣，限制條件也很重要。比如時間和資源的限制，學生必須在有限的時間內用有限的資源完成項目。只有明確問題和限制條件，才能在問題框架的限制中，使學生朝著最終的目標前進。

6）頭腦風暴。當明確問題與限制條件之后，就可以引導學生進行頭腦風暴，不要讓他們給自己設限，也不要給想法設限，只需要讓他們把所有想到的想法記錄下來。雖然有些想法看起來不可能，但是好的作品往往是幾個不太可能的想法的綜合，所以先集思廣益，收集點子，會起到比較好的效果。

7）設計草圖。學生需要對頭腦風暴之后的想法進行綜合分析，根據目標的限制條件確定最好的方案，將方案簡單畫出來，邊畫邊思考：是不是有地方可以改進？草圖的設計也要盡量精細一些，各個部分的尺寸、位置、拼插結構等多方面越具體越好。

8）學習新知識。教師需要簡單復習或者講述完成項目所需要的基礎知識，這個階段主要目的是讓學生認識到，所學的知識是可以實際應用到生活中的。另外，教師還要對學生設計的草圖進行評價，提出建議。之所以把學習安排到設計草圖之后，是因為不想讓既定的知識影響學生的頭腦風暴，不想讓學生產生思維定式，這樣才能不給學生施加限制，讓小組成員的思維隨意碰撞。

9）迭代設計。學生經過學習和與教師交流后，在互聯(lián)網上進行信息搜集，可以重新審視團隊的設計，然后在計算機上進行建模。好的作品都是需要經過多次修改和完善的，這個時間可以適當給學生留多一些時間，讓他們從“做中學”，要相信在實踐中才能得到更好的發(fā)展。

10）測試。設計好最終的產品就可以用3D打印機或激光切割機進行物化，然后進行測試。需要注意的是，大部分項目學習的產品，一次設計肯定是不夠的，所以還需要返回迭代設計的階段或者設計草圖的階段進行重新設計。學生需要經過多次的設計和測試，才能接近項目的要求，也是在這個階段可以了解到想象中和實際有什么區(qū)別，這個階段可以學到更多。

11）展示交流。這是一個很重要的環(huán)節(jié)，是學生展示自己作品的時刻。中學生都有表現(xiàn)自己的欲望，所以將自己團隊的作品進行展示，能更好地鍛煉他們的語言表達和溝通能力。學生制作PPT，對自己的產品進行發(fā)布，需要從構思、創(chuàng)意、遇到的問題以及如何解決等幾方面進行介紹。所有團隊介紹完之后，每個人就共享了每個團隊的想法，還有可能碰撞出更好的創(chuàng)意。

12）評價反思。評價需要自評、互評和師評。評價的結果是說明一個團隊項目成功與否的標尺。只有經過評價，一個團隊才會知道自己的作品有哪些地方較好，哪些地方還有待改進，對自己的作品進行反思，甚至繼續(xù)改進;教師也會了解學生哪些地方比較好，哪些地方存在問題。

13）評價量規(guī)的構建。評價量規(guī)要包括學生自評、組間互評、教師評價三方面，如表1～表3所示。

4 案例設計

項目名稱? 項目的設計一定要圍繞STEAM的基本理念，踐行STEAM的基本原則，即采用項目學習法，融入多學科知識的同時，將工程和技術結合起來，要有明確的結果和模糊的任務，這樣才是一個好的STEAM項目課程。

本課程設計的項目選擇基于3D打印的旋轉木馬的設計。選擇這個項目一是因為旋轉木馬在生活中很常見，它貼近生活，對于中學生來說基本都體驗過;二是實現(xiàn)起來有一定難度，但是在教師的支持下是可以做到的，比較適合中學生;三是旋轉木馬的內部結構不是特別復雜，需要一些簡單的物理知識、數學知識、工程設計知識等，對于中學生來說，學過電路之后，知識層面就不存在什么盲點;最后，它結合了3D打印技術，能鍛煉學生的工程建模能力。

材料? 3D打印機、電腦、亞克力膠水、電機、導線、LED燈泡、小電阻、旋轉軸、上色筆、ABS塑料等。

目標? 設計、建模、打印并測試一個旋轉木馬，木馬要實現(xiàn)旋轉，并且在旋轉的同時實現(xiàn)上下擺動;同時裝備發(fā)光的LED小燈泡，旋轉木馬的設計要盡可能美觀。

STEAM項目課程課時安排? 考慮到旋轉木馬的復雜性和中學生的年齡和知識限制，要有足夠的時間讓學生進行學習、建模設計與測試。本課程設計分為六天，每天安排120～180分鐘，如表4所示。

各模塊課程設計

1）模塊一。教學目標：通過情境構建讓學生明確最終的設計目標;簡單繪制草圖。教學活動如表5所示。

2）模塊二。教學目標：復習或講述相關物理、數學、工程知識，確保學生制作過程中沒有知識盲區(qū);讓學生認識到學習的知識是可以實際運用的;培養(yǎng)學生的工程設計思維。教學活動如表6所示。

3）模塊三。教學目標：讓學生從“做中學”;深刻體會理論知識的運用;培養(yǎng)不怕失敗的精神和創(chuàng)新思維。教學活動如表7所示。

4）模塊四。教學目標：培養(yǎng)學生的語言表達能力和溝通能力;提升學生的元認知能力。教學活動如表8所示。

5 結語

STEAM教育無疑在培養(yǎng)現(xiàn)代化人才和創(chuàng)新人才上有著巨大優(yōu)勢，STEAM人才有著更豐富的實踐知識，有著更豐富的知識融合能力，有著更強的問題解決能力和創(chuàng)新能力。但是目前STEAM教育在我國并不是很容易推行，需要STEAM教育和我國本土的教育更好地融合。本文進行了STEAM教育課程設計模型的初步探索，以期STEAM教育能夠在我國盡快實現(xiàn)大規(guī)模推廣。

參考文獻

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[10]王旭卿.面向STEM教育的創(chuàng)客教育模式研究[J].中國電化教育，2015（8）：36-41.