□ 胡藝齡 張啟迪 吳 忭

一、引言

當(dāng)前，通過支持高質(zhì)量的STEM教育來培養(yǎng)適應(yīng)現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)發(fā)展的高技能人才，已成為世界教育發(fā)展的共識(shí)。STEM教育與全人教育所主張的以學(xué)生為中心（呂杰昕,等,2019）、關(guān)注培育人的整體和潛能的發(fā)展（謝安邦,等,2007）相一致，其核心的培養(yǎng)理念落地于不同的教育場域之下，近年來在我國基礎(chǔ)教育發(fā)展中取得了突破性進(jìn)展。其中，STEM課堂作為主要的實(shí)踐形式，讓學(xué)生在非結(jié)構(gòu)化實(shí)踐過程中與先驗(yàn)知識(shí)體系形成關(guān)聯(lián)，成為完成知識(shí)構(gòu)建的重要途徑。在課堂的教學(xué)實(shí)踐中，STEM強(qiáng)調(diào)構(gòu)建以真實(shí)問題為導(dǎo)向的教學(xué)路徑、“集成式”教學(xué)方式和“以學(xué)生為中心”的基本理念（董澤華,2016）。作為一種教學(xué)和自主雙模式的新型課堂體系，STEM教學(xué)理念的優(yōu)越性更體現(xiàn)在師生協(xié)同促進(jìn)教學(xué)活動(dòng)生成的角色分工上。教師由傳統(tǒng)主導(dǎo)者變?yōu)榻M織者、引導(dǎo)者和解答者，學(xué)習(xí)者采用小組方式協(xié)同探索，共同完成對(duì)知識(shí)的構(gòu)建。

面對(duì)區(qū)別于傳統(tǒng)教學(xué)的新課堂，教師在STEM教學(xué)實(shí)踐中會(huì)遇到哪些障礙和問題？其教學(xué)行為能否得以轉(zhuǎn)變？都是當(dāng)前教育研究者關(guān)注的問題。在2019年中國STEM教育研究中心發(fā)布的《中國STEM教育調(diào)研報(bào)告》中指出，當(dāng)前小學(xué)STEM課堂呈現(xiàn)出以教師為中心、傳統(tǒng)講授式教學(xué)為主的樣態(tài)，對(duì)如何更好地實(shí)踐仍處于摸索階段。學(xué)者們通過對(duì)課堂教學(xué)的觀察分析發(fā)現(xiàn)，存在教師引導(dǎo)者角色定位不清（董澤華,2016）；教師常無意識(shí)代替學(xué)生完成“探究”，導(dǎo)致建構(gòu)式學(xué)習(xí)體驗(yàn)環(huán)境的有形無實(shí)的現(xiàn)象（楊開城,等,2020）；在學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)中，教師通常對(duì)概念知識(shí)、學(xué)生制品和學(xué)習(xí)活動(dòng)進(jìn)行隱形評(píng)估，無法有效正視學(xué)生學(xué)習(xí)增值，生成教育成效證據(jù)（王晶瑩,等,2021），等等。綜合來看，現(xiàn)有的STEM課堂存在只重視外在教學(xué)形式的整合以及培養(yǎng)狹隘的“基本技能”等問題，如何將STEM教育提升至深度學(xué)習(xí)發(fā)生、高階思維能力發(fā)展和全人教育培養(yǎng)的高度，亟待研究者對(duì)STEM課堂特征進(jìn)行深入剖析?；谝陨犀F(xiàn)狀，本研究擬通過多元評(píng)價(jià)方式探尋不同質(zhì)量類別的STEM課堂在教學(xué)實(shí)踐中的差異性，總結(jié)當(dāng)前STEM課堂的特征屬性、有效互動(dòng)樣態(tài)和存在的不足之處，從可操作性的角度出發(fā)對(duì)教學(xué)活動(dòng)實(shí)踐提出改進(jìn)建議，以期為未來STEM課程設(shè)計(jì)、課堂教學(xué)實(shí)施提供參考依據(jù)。

二、文獻(xiàn)綜述

（一）STEM課堂教學(xué)研究現(xiàn)狀

STEM教育作為應(yīng)對(duì)未來社會(huì)挑戰(zhàn)的國家發(fā)展戰(zhàn)略，早在20世紀(jì)80年代就受到美國國家層面的重視，將其納入K-12教學(xué)。在教學(xué)實(shí)踐研究方面，研究者們展開了廣泛的分析與探索，Judy Anderson（2020）通過STEM真實(shí)教學(xué)案例分析指出，優(yōu)秀的STEM教師應(yīng)促進(jìn)學(xué)生積極的反思，將學(xué)生的問題作為課堂重要部分之一。在協(xié)同教學(xué)形式上，不少學(xué)者提出溝通是學(xué)生合作學(xué)習(xí)的必要核心，鼓勵(lì)學(xué)生合作協(xié)同解決問題。而在STEM教學(xué)過程中還應(yīng)圍繞著評(píng)價(jià)活動(dòng)開展，教師應(yīng)采用多元評(píng)價(jià)方式，學(xué)習(xí)者也必須通過測試來評(píng)估他們的設(shè)計(jì)是否有效（Radloff&Guzey,2017）。在2016年美國研究所與美國教育部聯(lián)合發(fā)布的《STEM 2026：STEM教育創(chuàng)新愿景》中提出未來應(yīng)加強(qiáng)操作性較強(qiáng)的形成性學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)，并注重學(xué)習(xí)者的“試誤”學(xué)習(xí)（金慧,等,2017）。

同樣，我國也從政府層面發(fā)布了相關(guān)文件明確STEM發(fā)展任務(wù)。2015年教育部發(fā)布《關(guān)于“十三五”期間全面深入推進(jìn)教育信息化》（教技廳函〔2015〕76號(hào)）中提出要探索STEM教育的教學(xué)模式。《義務(wù)教育小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》（教基二〔2017〕2號(hào)）則指出，STEM有益于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，在評(píng)價(jià)方式上應(yīng)做到主體多元和方式多樣。我國學(xué)者通過對(duì)國外的政策文件解讀和STEM課堂進(jìn)行觀察展開研究，從理論視角提出教學(xué)改進(jìn)建議。例如，馬鵬云等人（2021）通過對(duì)《澳大利亞學(xué)校中STEM學(xué)習(xí)的挑戰(zhàn)》進(jìn)行解析，提出教師應(yīng)該有意識(shí)、有能力去引導(dǎo)學(xué)生參與課堂合作和討論并運(yùn)用過程性評(píng)價(jià)；吳昭等人（2021）通過對(duì)REDlab STEM課程的全面分析，提出要運(yùn)用多元的教學(xué)方法來促進(jìn)學(xué)生的能力遷移并提供支架支持高階思維能力發(fā)展；謝旼等人（2017）通過對(duì)美國STEM任課教師的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行總結(jié)得出，在我國有效開展此類教學(xué)應(yīng)當(dāng)遵循不講授具體學(xué)科知識(shí)、不呈現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化答案、不示范基本操作的原則，而以不斷提問、引導(dǎo)學(xué)生自主探究為主；閆寒冰等人（2020）通過采用STEM課程整合評(píng)量指標(biāo)對(duì)58個(gè)國內(nèi)外STEM優(yōu)秀課程案例對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)，在我國的STEM課堂教學(xué)中應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)鼓勵(lì)有效失敗，營造真實(shí)的科學(xué)體驗(yàn)；王晶瑩等人（2021）通過對(duì)中美STEM課程案例在知識(shí)場域、活動(dòng)設(shè)計(jì)、類型與評(píng)價(jià)的多維度分析基礎(chǔ)上，指出STEM課程要“以學(xué)生為中心”，促進(jìn)活動(dòng)和內(nèi)容的協(xié)同共進(jìn)。

綜合而言，國內(nèi)外學(xué)者對(duì)STEM課堂的教學(xué)改進(jìn)建議集中在“以學(xué)生為中心”的理念落實(shí)與學(xué)習(xí)效果評(píng)價(jià)多樣化方面。但目前的研究所得出的建議主要基于在案例解析后的理論推導(dǎo)，缺少融合多元分析的實(shí)證量化研究，且STEM課堂在我國的真實(shí)教學(xué)情況及其現(xiàn)存問題還有待進(jìn)一步深入探討。

（二）基于教學(xué)視頻案例的研究

教學(xué)視頻案例研究是通過視頻記錄課堂教學(xué)情況捕捉教學(xué)中的關(guān)鍵事件和細(xì)節(jié)，供研究者隨時(shí)參與的研究方式，具有真實(shí)性、完整性、開放性和便利性等特征（譙小兵,2011）。我國針對(duì)K-12階段的STEM課堂教學(xué)視頻研究的評(píng)估方法大多以引用國外評(píng)估框架為主，并根據(jù)國情進(jìn)行本土化表述處理。例如，通過對(duì)教學(xué)設(shè)計(jì)、課程實(shí)施、教學(xué)內(nèi)容、課堂文化四維度進(jìn)行評(píng)定的ICOAP，和由課堂環(huán)境、課程結(jié)構(gòu)、實(shí)施與教學(xué)內(nèi)容所構(gòu)成的UTOP，以教師話語內(nèi)容為編碼分析主體的CDOP，以及以突出協(xié)作探究方法與以學(xué)生為中心的RTOP等課堂觀察協(xié)議進(jìn)行教學(xué)評(píng)估。此外，也有部分學(xué)者開發(fā)了相應(yīng)的STEM課堂教學(xué)評(píng)估工具。例如，李艷燕等人（2020）制定了由課堂環(huán)境、課程結(jié)構(gòu)、教學(xué)內(nèi)容和學(xué)生表現(xiàn)所構(gòu)成的STEM教育質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)體系；光善慧（2020）在基于高階思維培養(yǎng)，以過程性評(píng)價(jià)和結(jié)果性評(píng)價(jià)為考量角度制定了STEM教育課堂評(píng)價(jià)量表，等等。

除采用宏觀量表進(jìn)行課堂分析外，在其他學(xué)科的課堂教學(xué)視頻案例研究中研究者還會(huì)基于對(duì)師生課堂中的行為或話語進(jìn)行分析。林澤珊等人（2020）通過采用s-t分析法和弗蘭德斯互動(dòng)分析系統(tǒng)對(duì)部級(jí)優(yōu)課進(jìn)行編碼量化分析，深入剖析了高中信息技術(shù)課堂的教學(xué)結(jié)構(gòu)和教學(xué)過程。張靜等人（2019）以一堂高中信息技術(shù)部級(jí)優(yōu)課為案例，利用改進(jìn)型弗蘭德斯互動(dòng)分析系統(tǒng)，從課堂結(jié)構(gòu)、師生互動(dòng)、課堂氣氛、教學(xué)評(píng)價(jià)和媒體應(yīng)用五方面進(jìn)行了視頻分析，歸納了信息技術(shù)優(yōu)質(zhì)課的關(guān)鍵特征；付從榮等人（2020）則借鑒了CTBAS課堂教學(xué)行為分析系統(tǒng)，對(duì)12個(gè)職業(yè)教育獲獎(jiǎng)?wù)n程以教學(xué)行為轉(zhuǎn)換點(diǎn)進(jìn)行切片編碼，從教與學(xué)的活動(dòng)、教學(xué)行為變量、提問與應(yīng)答等行為方面進(jìn)行課堂特征的剖析。隨著信息技術(shù)的發(fā)展，利用自動(dòng)分析系統(tǒng)對(duì)學(xué)生行為進(jìn)行分析也逐漸得到了廣泛應(yīng)用。

可以看到，在基于教學(xué)視頻案例的分析研究中，既有課堂描述性的量表測評(píng)分析，也有從微觀視角出發(fā)以行為和語言作為切入點(diǎn)的分析研究。但只有把量化的互動(dòng)分析結(jié)果與質(zhì)性的課堂描述性觀察相結(jié)合進(jìn)行深入分析，才可能全面、有效地描述課堂教學(xué)的真實(shí)情況（顧小清,等,2004）。在這一點(diǎn)上，當(dāng)前基于視頻案例研究的STEM課堂教學(xué)分析偏向于使用量表的質(zhì)性評(píng)估，融合量化行為編碼的多元分析還有待深入研究。

綜上所述，本研究主要探究以下三個(gè)問題：

問題一：基于聚類分析方法，探尋并劃分STEM課堂教學(xué)質(zhì)量類別。

問題二：不同質(zhì)量類別的小學(xué)STEM課堂教學(xué)實(shí)踐，是否存在整體特征屬性差異？

問題三：不同質(zhì)量類別的小學(xué)STEM課堂教學(xué)實(shí)踐，課堂交互模式是否存在差異？

三、研究設(shè)計(jì)與實(shí)施

（一）研究對(duì)象

本次研究所選用的視頻案例來源于中國教育學(xué)會(huì)中小學(xué)信息技術(shù)教育專業(yè)委員會(huì)舉辦的教學(xué)案例征集活動(dòng)，征集對(duì)象來自全國的不同省市，能夠體現(xiàn)一定的區(qū)域分布性特點(diǎn)?；诒狙芯克岢龅娜齻€(gè)研究問題，從中隨機(jī)選取18個(gè)小學(xué)STEM主題課堂實(shí)錄視頻作為研究對(duì)象展開研究。其中，平均每堂課時(shí)長為40～45分鐘，按照量化編碼框架以3秒為采集時(shí)間間隔，一分鐘內(nèi)共采集360個(gè)采樣點(diǎn)，最終生成15,000多個(gè)編碼點(diǎn)。

（二）研究工具

1.課堂觀察評(píng)價(jià)量表：RTOP課堂觀察協(xié)議

RTOP是常用于衡量K-12階段STEM教學(xué)效果的課堂視頻觀察工具，主要由三部分組成：第一部分為“教師設(shè)計(jì)與實(shí)施”，第二部分為“陳述性知識(shí)”“程序性知識(shí)”，第三部分為“交流互動(dòng)”“師生關(guān)系”，每個(gè)分量表均由5個(gè)題項(xiàng)構(gòu)成（Sawada,et al.,2002）。但吳維寧（2011）指出RTOP引入國內(nèi)使用時(shí)存在評(píng)價(jià)工具題項(xiàng)表述需要進(jìn)行本土化處理的問題。因此，結(jié)合我國STEM課堂教學(xué)特征及語言表達(dá)方式，本研究對(duì)RTOP的題項(xiàng)表達(dá)進(jìn)行了本土化處理，并采用0～2的三級(jí)評(píng)分指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)。其中，0表示完全不符合，1表示部分符合，2表示完全符合。

由于STEM課程的目標(biāo)融合性及其學(xué)習(xí)活動(dòng)的復(fù)雜性，學(xué)生在真實(shí)或模擬真實(shí)場景下的學(xué)習(xí)表現(xiàn)更受關(guān)注（江豐光,2017），學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)成為STEM課程評(píng)價(jià)的核心，是教學(xué)質(zhì)量監(jiān)控的重要指標(biāo)之一，而原有評(píng)估量表并未將學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)納入其考察范圍。在美國研究所與教育部聯(lián)合發(fā)布的《STEM 2026：STEM教育創(chuàng)新愿景》中指出，未來的學(xué)習(xí)結(jié)果測量將具有一定的可操作性，提倡在測量中引入技術(shù)來支持和深化個(gè)性化考評(píng)（胡藝齡,等,2021）。因此，為了與原量表保持一致性且能夠更好地全面測評(píng)當(dāng)前STEM課堂，本研究基于以上政策文件所提出的建議添加了學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)分量表，由采用多元評(píng)價(jià)對(duì)象進(jìn)行評(píng)價(jià)、面向?qū)W習(xí)過程的評(píng)價(jià)、多種方法進(jìn)行評(píng)價(jià)、過程性評(píng)價(jià)與總結(jié)性評(píng)價(jià)相結(jié)合和采用技術(shù)手段支持個(gè)性化考評(píng)5個(gè)題項(xiàng)構(gòu)成。最終生成包括教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)施、陳述性知識(shí)、程序性知識(shí)、交流互動(dòng)、師生關(guān)系和學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)共6個(gè)分量表、30個(gè)評(píng)分指標(biāo)項(xiàng)的宏觀評(píng)分框架（如表1所示）。

表1 RTOP評(píng)價(jià)指標(biāo)框架

2.師生行為互動(dòng)分析：改進(jìn)型弗蘭德斯互動(dòng)分析系統(tǒng)（iFIAS）

在課堂教學(xué)行為的量化分析中較為成熟的是美國研究者弗蘭德提出的課堂互動(dòng)分析系統(tǒng)FIAS。該系統(tǒng)以3秒作為一個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)，通過編碼的方式用于記錄師生的語言互動(dòng)過程并進(jìn)行分析的一種觀察技術(shù)。師生的互動(dòng)情況主要包括教師言語、學(xué)生言語、沉寂三大類別共10個(gè)編碼（Flanders,1963）。而方海光等人（2012）提出的改進(jìn)型弗蘭德斯互動(dòng)分析系統(tǒng)iFIAS，是基于全面、真實(shí)考察學(xué)生的學(xué)習(xí)情況和學(xué)習(xí)狀態(tài)并維持原有分析矩陣規(guī)律改編而成。其中包括教師語言、學(xué)生語言、沉寂和技術(shù)四大類別共16個(gè)編碼，并將原有的提問類別細(xì)分為開放性問題和封閉性問題，將學(xué)生主動(dòng)說話細(xì)分為學(xué)生主動(dòng)應(yīng)答和學(xué)生主動(dòng)提問，并增加了學(xué)生與同伴討論的編碼項(xiàng)，從師生雙角色角度出發(fā)體現(xiàn)當(dāng)前學(xué)生行為在課堂教學(xué)中的主體性活動(dòng)。

（三）研究過程

本研究為達(dá)到深入分析當(dāng)前STEM課堂的整體特征屬性及師生交互模式情況，采用定量研究與質(zhì)性研究相結(jié)合的方式（分析框架如圖1所示）。一方面，由兩位專家依據(jù)RTOP中的六個(gè)分量表上的30個(gè)指標(biāo)項(xiàng)對(duì)抽取到的課堂視頻案例進(jìn)行評(píng)審打分，評(píng)估其在多大程度上符合題項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)并對(duì)課堂教學(xué)質(zhì)量做出總體判斷。RTOP各分量表中的每項(xiàng)指標(biāo)都有說明性話語指導(dǎo)，可以幫助評(píng)審人把握評(píng)估要點(diǎn)，有助于減少評(píng)價(jià)上的判斷分歧，提高評(píng)估可靠性。依據(jù)該研究思路，兩位專家對(duì)18節(jié)小學(xué)STEM課堂教學(xué)實(shí)錄分別進(jìn)行了RTOP量表評(píng)價(jià)，其一致性系數(shù)達(dá)到0.818（p=0.000＜0.05），具有顯著的一致性，并對(duì)不一致的評(píng)分點(diǎn)進(jìn)行協(xié)商，生成最終的評(píng)分結(jié)果。另一方面，根據(jù)iFIAS的分析規(guī)則，以3秒作為一個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)進(jìn)行一次采樣編碼，并根據(jù)編碼結(jié)果形成行為互動(dòng)分析矩陣。為了更好地深入分析STEM課堂的教學(xué)行為互動(dòng)情況，探究其“以學(xué)生為中心”理念在不同教學(xué)階段的實(shí)踐情況，本研究采用加涅提出的九大教學(xué)事件所對(duì)應(yīng)的四個(gè)階段（導(dǎo)入階段、新知學(xué)習(xí)階段、評(píng)價(jià)階段和總結(jié)遷移階段）進(jìn)行課堂教學(xué)時(shí)序劃分，并對(duì)師生話語互動(dòng)進(jìn)行二次分析。上述RTOP評(píng)分結(jié)果與編碼標(biāo)簽是本研究三個(gè)研究問題主要依據(jù)的數(shù)據(jù)樣本。

圖1 STEM課堂教學(xué)實(shí)踐分析框架

四、研究結(jié)果

（一）STEM課堂質(zhì)量類別劃分

采用RTOP課堂觀察協(xié)議對(duì)所選取的18節(jié)STEM課堂實(shí)錄進(jìn)行專家評(píng)分，各指標(biāo)項(xiàng)評(píng)分范圍為0～2分，各分量表由五項(xiàng)指標(biāo)構(gòu)成，總分值為10分。以STEM課堂在六個(gè)分量表上的得分作為基礎(chǔ)變量數(shù)據(jù)，為能夠自動(dòng)確定出最佳的聚類個(gè)數(shù)，研究采用二階算法（TSC）進(jìn)行聚類分析，根據(jù)數(shù)據(jù)在空間關(guān)系上的親疏程度進(jìn)行類別劃分，將具有相似課堂教學(xué)特征的教學(xué)案例聚為一類。

根據(jù)聚類規(guī)則可知，dBIC（2）小于0（-14.255），故繼續(xù)觀察BIC變化率。其中，BIC變化率小于0.04的最小聚類數(shù)為2，故最佳聚類數(shù)取2類。經(jīng)SPSS數(shù)據(jù)處理分析結(jié)果顯示，聚類輪廓測量值為0.5，表明本次聚類效果較好?；谙到y(tǒng)的自動(dòng)歸類標(biāo)簽和集群的特征，結(jié)合變量對(duì)聚類后課堂教學(xué)質(zhì)量評(píng)估的重要性，綜合考慮其分布規(guī)律，將18節(jié)STEM課堂實(shí)錄分為兩個(gè)類別命名為高質(zhì)量組和低質(zhì)量組。這兩類課堂的特征情況如圖2所示：①高質(zhì)量組課堂整體評(píng)分較高，在教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)施、陳述性知識(shí)、程序性知識(shí)、師生關(guān)系和交流互動(dòng)五個(gè)分量表上得分高，在學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)分量表上得分低；②低質(zhì)量組課堂整體評(píng)分較低，在陳述性知識(shí)分量表上得分高，在教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)施、程序性知識(shí)、師生關(guān)系、交流互動(dòng)和學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)五個(gè)分量表上得分低。

圖2 課堂整體質(zhì)量特征聚類分析結(jié)果

（二）高、低質(zhì)量組STEM課堂整體特征差異性分析

基于以上聚類分析結(jié)果，為探究不同質(zhì)量類別的課堂整體差異性，首先依照RTOP課堂觀察協(xié)議對(duì)高、低質(zhì)量組課堂整體情況在教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)施、陳述性知識(shí)、程序性知識(shí)、交流互動(dòng)、師生關(guān)系和學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)六個(gè)分量表上的評(píng)分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行描述性統(tǒng)計(jì)。結(jié)果表明：在各分量表滿分為10分的機(jī)制下，高質(zhì)量組中學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)（M=4.56，SD=1.74）的平均得分不高于5分，低質(zhì)量組中教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)施（M=4.78，SD=1.56）、程序性知識(shí)（M=5.00，SD=2.17）和學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)（M=2.33，SD=1.58）的平均得分不高于5分，且除陳述性知識(shí)外高質(zhì)量組的平均得分均高于低質(zhì)量組。為進(jìn)一步檢驗(yàn)高、低質(zhì)量組課堂在各分量表上是否存在顯著的差異，研究對(duì)兩組課堂評(píng)分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行了獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)。數(shù)據(jù)分析結(jié)果顯示：高、低質(zhì)量組在陳述性知識(shí)（t=-1.08，p=0.293）上不存在顯著差異，在學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)（t=2.83，p=0.012＜0.05）、教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)施（t=3.48，p=0.003＜0.01）和師生關(guān)系（t=3.62，p=0.002＜0.01）上存在較顯著差異，在程序性知識(shí)（t=4.49，p=0.000＜0.001）和交流互動(dòng)（t=5.72，p=0.000＜0.001）上存在顯著性差異。綜合來看，理論與實(shí)踐相結(jié)合是STEM課堂教學(xué)的重要特征之一。在高質(zhì)量課堂中，陳述性知識(shí)（M=7.89，SD=1.90）與程序性知識(shí)（M=8.67，SD=1.00）的得分保持相對(duì)平衡的狀態(tài)，知識(shí)傳授與操練活動(dòng)分配合理，符合小學(xué)生的學(xué)習(xí)注意力發(fā)展規(guī)律。在低質(zhì)量課堂中的陳述性知識(shí)（M=8.67，SD=1.00）得分卻高于程序性知識(shí)（M=5.00，SD=2.17）1.5倍左右，表明雖然教師在教學(xué)活動(dòng)中仍有設(shè)計(jì)實(shí)踐探究環(huán)節(jié)，但理論知識(shí)的傳授卻占據(jù)了課堂教學(xué)的主要地位。另外，由于STEM課程的融合性及其學(xué)習(xí)過程的復(fù)雜性，學(xué)習(xí)結(jié)果評(píng)價(jià)是STEM課堂教學(xué)中必不可少的環(huán)節(jié)之一，通過分析結(jié)果可以看出，高、低質(zhì)量組在學(xué)習(xí)結(jié)果評(píng)價(jià)的多元性上仍存在一定的不足之處，但在高質(zhì)量課堂中教師對(duì)于面向?qū)W習(xí)過程的證據(jù)性數(shù)據(jù)的收集已經(jīng)有了一定的意識(shí)。

（三）高、低質(zhì)量組STEM課堂師生交互差異分析

師生互動(dòng)的有效性是提高課堂教學(xué)效率的重要保障，構(gòu)建積極良好的師生教學(xué)互動(dòng)，可以使課堂發(fā)生根本性的變化。為此，本研究在基于RTOP評(píng)估量表的分類基礎(chǔ)上采用改進(jìn)型弗蘭德斯互動(dòng)分析系統(tǒng)對(duì)高、低質(zhì)量組課堂進(jìn)行微觀課堂教學(xué)互動(dòng)分析，依據(jù)編碼統(tǒng)計(jì)后的數(shù)據(jù)，從師生言語互動(dòng)、提問互動(dòng)類型和課堂情感氛圍三個(gè)方面探究高、低質(zhì)量課堂的師生教學(xué)互動(dòng)差異。

1.高、低質(zhì)量組言語互動(dòng)情況分析

（1）師生整體言語比例

根據(jù)互動(dòng)分析方法，在互動(dòng)行為分析矩陣中，通過對(duì)18節(jié)STEM課堂的言語比例統(tǒng)計(jì)得出：高質(zhì)量組課堂的平均師生言語比例（M=0.71，SD=0.49）小于1，體現(xiàn)為完全以學(xué)生為中心的課堂；低質(zhì)量組課堂的平均師生言語比例（M=1.66，SD=2.14）介于1～2之間，屬于教師主導(dǎo)、學(xué)生主體型課堂，其中有一節(jié)課例的師生言語比例大于2，屬于完全以教師為中心的課堂。且在RTOP的交流互動(dòng)評(píng)估分量表的第三、四指標(biāo)項(xiàng)（如表2所示）中可以看出高質(zhì)量組的平均得分高于低質(zhì)量組，學(xué)生語言在課堂中占比較大并掌握了整堂課中的大部分話語權(quán)。由此綜合說明，在高質(zhì)量組課堂中的師生言語比例上可以充分體現(xiàn)出“以學(xué)生為中心”的特征，在低質(zhì)量組課堂中則以師生雙向互動(dòng)為主要教學(xué)特征。

表2 RTOP交流互動(dòng)分量表評(píng)分結(jié)果

（2）不同教學(xué)活動(dòng)階段的師生言語占比

本研究以加涅提出的九大教學(xué)事件所對(duì)應(yīng)的四個(gè)教學(xué)階段為劃分依據(jù)，結(jié)合課堂教案設(shè)計(jì)依次分為導(dǎo)入階段、新知學(xué)習(xí)階段、評(píng)價(jià)階段和總結(jié)遷移階段，以探究在不同的教學(xué)階段中師生言語占比的情況。結(jié)果顯示：高質(zhì)量組相較于低質(zhì)量組在教學(xué)活動(dòng)各階段中學(xué)生的言語分布比例較高，教師的言語分布比例較低；低質(zhì)量組的教師話語極差為35.00，高于高質(zhì)量組的教師話語極差29.21，學(xué)生話語極差34.29，高于高質(zhì)量組的學(xué)生話語極差32.11，說明在高質(zhì)量課堂中師生話語占比在各階段跨度較小。綜合來看，由于STEM課堂中的新知學(xué)習(xí)階段需要學(xué)生通過小組合作討論完成，且處于小學(xué)年段的學(xué)生思維相對(duì)活躍，討論積極性較高，因此高、低質(zhì)量組學(xué)生語言在該部分占比均較高。但在其他教學(xué)階段中，高質(zhì)量課堂中的學(xué)生話語占比均在0.27以上，其中評(píng)價(jià)階段達(dá)到了0.51。相較于傳統(tǒng)課堂中教師在導(dǎo)入、評(píng)價(jià)和總結(jié)遷移中的“一言堂”行為有所不同，學(xué)生的主體性特征更加突出，參與課堂活動(dòng)的廣度較大。

2.高、低質(zhì)量組提問互動(dòng)類型差異分析

在教學(xué)活動(dòng)過程中提出的問題可以分為要求學(xué)生簡單地陳述具有唯一且確定性答案的封閉性問題和需要學(xué)生進(jìn)行高層次思維活動(dòng)的開放性問題。基于iFIAS的分析矩陣，可以通過（4，4）（4，8）（8，4）（8，8）四個(gè)位置所形成的閉環(huán)反映一堂課的訓(xùn)練型互動(dòng)提問程度，（3，3）（3，9）（9，3）（9，9）四個(gè)位置所形成的閉環(huán)反應(yīng)一堂課的創(chuàng)新型互動(dòng)提問程度。

通過數(shù)據(jù)分析可以得出：在提問的總數(shù)上，雖然高質(zhì)量組在每節(jié)課中的平均提問數(shù)低于低質(zhì)量組的提問數(shù)，但高質(zhì)量組在開放性問題和創(chuàng)新型互動(dòng)提問上均高于低質(zhì)量組，且在封閉性問題上存在顯著性差異（t=-3.52，p=0.003＜0.05）。由此可見，在低質(zhì)量組課堂中存在課堂問題空間窄化現(xiàn)象，課堂中以簡單的提問為主，學(xué)生被動(dòng)反應(yīng)來認(rèn)可教師觀點(diǎn)，提問的引導(dǎo)性較強(qiáng)而問題的意義性被減弱。在高質(zhì)量課堂中，教師則側(cè)重于以提問引發(fā)學(xué)生思考，幫助學(xué)生在思維活躍期形成以創(chuàng)新性思維分析、思考和解決問題的習(xí)慣，鼓勵(lì)學(xué)生主動(dòng)表達(dá)觀點(diǎn)，學(xué)生的主體性地位得到提升，學(xué)生參與課堂活動(dòng)的深度得以體現(xiàn)。

3.高、低質(zhì)量組課堂情感氛圍差異分析

教師在課堂教學(xué)活動(dòng)中的言語作用有“直接影響”“間接影響”兩類，根據(jù)分析規(guī)則，若兩者比值大于1，則表明教師傾向于直接控制學(xué)生的學(xué)習(xí)活動(dòng)。其分析矩陣中1～3行與1～3列的相交區(qū)域?yàn)榉e極整合格，用以反映教師和學(xué)生間的情感氛圍融洽，7～8行和6～7列的相交區(qū)域?yàn)槿毕莞瘢靡苑从辰處熀蛯W(xué)生間的情感交流隔閡。

通過數(shù)據(jù)分析結(jié)果可以得出，無論課堂質(zhì)量高低都是教師在施加直接影響給學(xué)生，這與課例的教學(xué)對(duì)象為小學(xué)階段學(xué)生有一定的關(guān)聯(lián)。在小學(xué)階段，教師通過施加直接影響的教學(xué)以維持課堂紀(jì)律和規(guī)范學(xué)生的學(xué)習(xí)行為。但高、低質(zhì)量組課堂在直接影響與間接影響的比例上存在顯著性差異（t=-2.93，p=0.018＜0.05），高質(zhì)量組的直接影響施加程度低于低質(zhì)量課堂，教師除傾向于言語講授并對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)施以直接指導(dǎo)外，更加重視學(xué)生的學(xué)習(xí)體驗(yàn)與感受，給予表揚(yáng)和認(rèn)可。高質(zhì)量組課堂的積極整合值高于低質(zhì)量組，且存在顯著性差異（t=2.44，p=0.026＜0.05），在缺陷格上低于低質(zhì)量組?？梢?，雖然高、低質(zhì)量組的課堂都體現(xiàn)了師生的情感氛圍融洽，但高質(zhì)量組的教師更多地會(huì)給予學(xué)生鼓勵(lì)、支持和表達(dá)情感與想法的機(jī)會(huì)，從而使學(xué)生處于最佳的學(xué)習(xí)心理狀態(tài)，利于其進(jìn)行有效學(xué)習(xí)。這與RTOP師生關(guān)系分量表中高、低質(zhì)量組在第一、二指標(biāo)項(xiàng)所描述的鼓勵(lì)學(xué)生積極參與課堂活動(dòng)和對(duì)學(xué)生提出的問題與想法給予表揚(yáng)的數(shù)據(jù)分析結(jié)果相一致（如表3所示）。

表3 RTOP師生關(guān)系分量表評(píng)分結(jié)果

（四）高、低質(zhì)量組同類型教學(xué)環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)差異分析

為更好地深入分析高、低質(zhì)量組在教學(xué)實(shí)踐上所存在的差異性，在以上課堂教學(xué)觀察分析外，本研究對(duì)高、低質(zhì)量組中的同類型STEM課程的教學(xué)環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)進(jìn)行了差異分析。按照傅騫等（2016）對(duì)STEM課程設(shè)計(jì)的分類方式，選取滿足制造型的STEM課程進(jìn)行分析。制造型STEM由于在真實(shí)教學(xué)環(huán)境中立足于現(xiàn)有物品，側(cè)重讓學(xué)生掌握相關(guān)硬件設(shè)備原理和使用，因此在真實(shí)教學(xué)中被廣泛采用。該類課程的教學(xué)環(huán)節(jié)模式可以分為情景引入、設(shè)備培訓(xùn)、模仿制造、知識(shí)講解、協(xié)同改進(jìn)和分享反思，其中設(shè)備培訓(xùn)往往以提供學(xué)習(xí)支架方式替代。

在情景引入環(huán)節(jié)，高質(zhì)量課堂中的教學(xué)設(shè)計(jì)除采用傳統(tǒng)的視頻和圖片外，還有“就地取材”式的導(dǎo)入，如引入學(xué)校校園中的升旗臺(tái)作為導(dǎo)入案例和結(jié)合當(dāng)?shù)氐谋就廖幕?，如上湖繪船節(jié)等，增加課堂教學(xué)感染力。在知識(shí)講解與模仿制造環(huán)節(jié)，當(dāng)前的教學(xué)活動(dòng)以先知識(shí)后制造為主要順序。在知識(shí)傳授層面上，優(yōu)質(zhì)課堂的學(xué)生會(huì)在教師的話語引導(dǎo)下得出知識(shí)結(jié)論，師生間存在交互性話語；低質(zhì)量課堂中教師在設(shè)計(jì)時(shí)就采用傳統(tǒng)性話語講授知識(shí)，因此體現(xiàn)在編碼分析中不同質(zhì)量類別課程的提問類型差異和師生言語在多階段分布占比不均衡的現(xiàn)象。在制造層面上，當(dāng)前常用的方式為探究性制造和模仿性制造。高質(zhì)量課堂在設(shè)計(jì)時(shí)常采用探究性制造，學(xué)生的操作自由度較大，有意識(shí)地培養(yǎng)學(xué)生的試錯(cuò)行為，而低質(zhì)量課堂常采用模仿性制造，意在幫助學(xué)生快速掌握操作過程，通過實(shí)踐的方式達(dá)到強(qiáng)化學(xué)習(xí)的目的。在協(xié)同改進(jìn)環(huán)節(jié)，高質(zhì)量的課堂會(huì)加入這一教學(xué)環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)考量，設(shè)計(jì)意圖表明培養(yǎng)學(xué)生的迭代思維更加符合STEM中的工程設(shè)計(jì)思想；在低質(zhì)量課堂中卻并未得到體現(xiàn)。在分享反思環(huán)節(jié)中，當(dāng)前高、低質(zhì)量課程在教學(xué)設(shè)計(jì)中對(duì)于“反思”的考慮都有所欠缺，對(duì)整個(gè)學(xué)習(xí)過程的評(píng)價(jià)存在設(shè)計(jì)不足，與課堂教學(xué)觀察的分析結(jié)果相一致。

五、結(jié)論與討論

通過采用定量與質(zhì)性相結(jié)合的研究方式，本研究對(duì)高、低質(zhì)量類別的STEM課例在課堂整體表征、師生交互情況、教學(xué)環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)方面進(jìn)行了深入的分析?；谝陨戏治鼋Y(jié)果可以得出，優(yōu)質(zhì)STEM課堂具有如下特征。

（一）觀念指向：建構(gòu)圍繞學(xué)生中心的課堂教學(xué)活動(dòng)

STEM課堂教學(xué)中的核心理念是“以學(xué)生為中心”，其學(xué)習(xí)過程是學(xué)習(xí)者根據(jù)自身固有經(jīng)驗(yàn)背景，主動(dòng)對(duì)新知識(shí)進(jìn)行選擇、加工和處理從而建構(gòu)認(rèn)知結(jié)構(gòu)的過程。因此在教學(xué)中，喚醒學(xué)生主體意識(shí)能夠有效調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性、主動(dòng)性和創(chuàng)造性（任媛,2021）的發(fā)揮。在本研究中，基于宏觀層面的研究結(jié)果顯示，優(yōu)質(zhì)課堂中的教師在行為實(shí)踐上，通過設(shè)計(jì)、組織豐富而高質(zhì)量的學(xué)習(xí)任務(wù)來引導(dǎo)學(xué)生融入課堂實(shí)踐活動(dòng)，提高了學(xué)生課堂參與的廣度和深度，且程序性知識(shí)和陳述性知識(shí)的課堂占比恰當(dāng)，教師注重學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐活動(dòng)行為的發(fā)生。而在低質(zhì)量課堂中教師仍注重知識(shí)的傳授，學(xué)生實(shí)踐時(shí)間匱乏。在微觀語言互動(dòng)上，在優(yōu)質(zhì)課堂中教師與學(xué)生共同完成所有教學(xué)環(huán)節(jié)，學(xué)生在課堂中的話語占比較大，主體性特征突出。教師通過采用話語權(quán)移動(dòng)的方式，讓學(xué)生參與知識(shí)的建構(gòu)、論證和評(píng)估過程，而并非簡單地提供事實(shí)知識(shí)讓學(xué)生被動(dòng)吸收，促進(jìn)了學(xué)生知識(shí)和思維的產(chǎn)生機(jī)制發(fā)生。

（二）功能效用：培養(yǎng)多元?jiǎng)?chuàng)新思維的復(fù)合人才策略

由于不同學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)風(fēng)格和認(rèn)知方式存在差異，在問題方案的設(shè)計(jì)上具有多樣性特征（趙呈領(lǐng),等,2018）。因此，STEM課堂注重對(duì)學(xué)生創(chuàng)新思維能力的培養(yǎng)，以鼓勵(lì)學(xué)生采用多樣化方式進(jìn)行問題解決為主，教師對(duì)學(xué)生采用啟發(fā)式教育，并提供“支架”予以支持。在本研究中，優(yōu)質(zhì)課堂中的教師在教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)施上采用開放式教學(xué)手段，鼓勵(lì)學(xué)生先自主探究再獲取相關(guān)結(jié)論。同時(shí)，設(shè)計(jì)多種問題解決方案支持學(xué)生按照自己的思路融合多學(xué)科知識(shí)，通過實(shí)踐操作來解決問題，以此推動(dòng)學(xué)生實(shí)踐能力的發(fā)展。對(duì)于學(xué)生個(gè)性化思維能力的釋放、情境性探究思路的引導(dǎo)和多樣性項(xiàng)目成果的孵化起到了良好的促進(jìn)作用。在項(xiàng)目完成過程中，教師大多鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)行有效失敗的試錯(cuò)行為，這一舉動(dòng)也符合卡普爾有效失敗理論，即通過鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)行有意義的嘗試而非盲目的試錯(cuò)，使其遷移能力得到發(fā)展（劉徽,等,2020）。在本研究的優(yōu)質(zhì)課堂分析中發(fā)現(xiàn)，教師通過讓學(xué)生試錯(cuò)觸發(fā)新的知識(shí)節(jié)點(diǎn)并開啟新一輪探究活動(dòng)，使其認(rèn)知思維不斷從橫向、縱向發(fā)散延伸，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)知識(shí)的多次加工和遷移，激發(fā)學(xué)生多元的創(chuàng)新思維活動(dòng)。

（三）互動(dòng)表征：表達(dá)師生交互有效的課堂話語空間

教學(xué)是一種社會(huì)性的認(rèn)知活動(dòng)，師生互動(dòng)具有生成性特征，即時(shí)即量的互動(dòng)交流能夠啟發(fā)思維，增強(qiáng)靈感。小學(xué)生處于思維活躍期，STEM課堂中師生的交互性話語是其創(chuàng)新能力培養(yǎng)策略的一種實(shí)踐性引導(dǎo)方式。在真實(shí)的課堂教學(xué)環(huán)境中，優(yōu)質(zhì)課堂的教師并不會(huì)盲目追求提問次數(shù)和互動(dòng)效果，而是注重課堂提問對(duì)學(xué)生的激勵(lì)和引導(dǎo)作用，設(shè)置有效的師生交互話語空間。所提出的問題一般具有較強(qiáng)的可拓展性，且在問題的設(shè)置上關(guān)注對(duì)學(xué)生的發(fā)展性作用，創(chuàng)新性、開放型問題的數(shù)量居多，以達(dá)成能夠引發(fā)學(xué)生深度學(xué)習(xí)和有效集中注意力的目的為主。在教學(xué)過程中，教師充分給予學(xué)生回答問題、表達(dá)看法和情感的機(jī)會(huì)，增強(qiáng)師生間交流互動(dòng)的有效性，使學(xué)生由被動(dòng)接受者轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?dòng)參與者。STEM課堂的學(xué)生主體性得以體現(xiàn)，思維能力的深化得到了良好的引導(dǎo)。

（四）環(huán)境構(gòu)建：營造積極支持型的課堂情緒氛圍

良好的課堂氛圍是師生在教學(xué)過程中所表現(xiàn)出的共同情緒狀態(tài)，是課堂教學(xué)能否順利進(jìn)行的一個(gè)重要因素。徐新民（2011）曾提出新課程理念下，支持型課堂氛圍有助于教師和學(xué)生充滿自信且形成相互依賴，保持學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。在本研究中，在優(yōu)質(zhì)課堂中教師常會(huì)對(duì)學(xué)生所提出的問題和想法給予表揚(yáng)和鼓勵(lì)并對(duì)學(xué)生耐心，營造融洽和諧的師生關(guān)系氛圍，與支持型課堂氛圍的理念相契合，有效促進(jìn)了學(xué)生的發(fā)展。有研究表明，支持型課堂氛圍對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)會(huì)產(chǎn)生顯著的間接影響，從而使學(xué)生以一種最佳的心理狀態(tài)投入到學(xué)習(xí)活動(dòng)中，為新知識(shí)的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)（徐瑾?jiǎng)?2021）。由于STEM課堂中學(xué)生常以協(xié)作方式開展學(xué)習(xí)活動(dòng)，營造積極良好的支持型課堂氛圍不僅可以輔助教學(xué)活動(dòng)的發(fā)生，也是實(shí)現(xiàn)有效教學(xué)、有效協(xié)作的重要條件之一。

（五）優(yōu)質(zhì)課堂的評(píng)估意識(shí)：凸顯學(xué)習(xí)成效證據(jù)的多維體系

在STEM課堂中學(xué)生的學(xué)習(xí)活動(dòng)是一種復(fù)雜多元的高階能力習(xí)得過程，學(xué)生的個(gè)性化、多樣化特征顯著。對(duì)其學(xué)習(xí)成效的評(píng)價(jià)應(yīng)該在全方位監(jiān)測信息的基礎(chǔ)之上，并將學(xué)生的科學(xué)精神、創(chuàng)新能力和合作能力作為重點(diǎn)的考核指標(biāo)（趙呈領(lǐng),等,2018），以此來評(píng)估學(xué)生的跨學(xué)科思維品質(zhì)，有效地通過評(píng)價(jià)引導(dǎo)學(xué)生跨學(xué)科思維的發(fā)展。在本研究中，雖然不同質(zhì)量類別的課堂在學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)上整體得分偏低，但在優(yōu)質(zhì)課堂中教師更多考慮到了多元主體性評(píng)價(jià)，并在評(píng)價(jià)過程中有意識(shí)地采用量表、學(xué)習(xí)活動(dòng)單、匯報(bào)展示等多種方法記錄面向?qū)W習(xí)過程的學(xué)習(xí)成效證據(jù)，并以此作為一種評(píng)價(jià)依據(jù)。由此可見，教師對(duì)于學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)的成效證據(jù)意識(shí)有所凸顯，而多維度、多樣化、多主體的能力評(píng)價(jià)體系構(gòu)建還有待進(jìn)一步加強(qiáng)。

六、總結(jié)與展望

STEM課堂教學(xué)研究已成為當(dāng)前教育研究重點(diǎn)取向之一，眾多學(xué)者提出了相關(guān)的教學(xué)策略和課堂模式等實(shí)施建議。但在真實(shí)教學(xué)環(huán)境下，理論建議與實(shí)踐效果間仍存在未打破的壁壘屏障。本研究通過采用課堂描述性觀察與師生行為交互相結(jié)合的多元評(píng)價(jià)研究方式，對(duì)當(dāng)前小學(xué)STEM課堂教學(xué)特征進(jìn)行深入分析。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)課堂中教師在觀念指向、功能效用、互動(dòng)表征、環(huán)境構(gòu)建四個(gè)方面更好地契合了STEM課程理念；在教與學(xué)的活動(dòng)時(shí)間性安排上能夠達(dá)成學(xué)生“探究自由”；從活動(dòng)設(shè)計(jì)、提問方式、話語反饋等方面多次、多元催發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和思維活躍性，促進(jìn)深度學(xué)習(xí)和全人技能形成。在學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)方面，已有的理論建議在實(shí)踐效果中得到了一定體現(xiàn)，教師在評(píng)估意識(shí)上已開始發(fā)生認(rèn)知轉(zhuǎn)變。但由于本研究的研究對(duì)象聚焦于小學(xué)年段，低年級(jí)學(xué)生在注意力特征、學(xué)習(xí)興趣傾向性和思維能力發(fā)展等方面與中學(xué)生和大學(xué)生有所不同，在課程的實(shí)施和教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計(jì)上存在一定的差異，因此該研究的結(jié)論在可推廣性上具有一定的年齡局限性。對(duì)于不同年齡段STEM課堂的整體實(shí)踐特征的表征情況還應(yīng)結(jié)合具體心理發(fā)展特點(diǎn)做個(gè)性化分析。同時(shí)，課程目標(biāo)導(dǎo)向、學(xué)習(xí)效果評(píng)估等也需根據(jù)不同學(xué)段進(jìn)一步深化。