首新　胡衛(wèi)平　王碧梅　陳明艷

摘要：隨著社會(huì)對(duì)創(chuàng)新型復(fù)合人才需求的不斷提高，旨在培養(yǎng)創(chuàng)新能力的項(xiàng)目式STEM學(xué)習(xí)活動(dòng)正逐步在各個(gè)國(guó)家普及推廣。該文基于文化-歷史活動(dòng)理論構(gòu)建了項(xiàng)目式STEM學(xué)習(xí)活動(dòng)模型，探索從知識(shí)到能力、從個(gè)體到小組的學(xué)習(xí)過(guò)程。通過(guò)教學(xué)實(shí)踐，采用三角互證分析發(fā)現(xiàn)，STEM學(xué)習(xí)活動(dòng)模型對(duì)學(xué)生的STEM技能有顯著促進(jìn)作用，活動(dòng)模型創(chuàng)建的良好協(xié)作分工氛圍有助于發(fā)展高層級(jí)STEM能力，有助于快速提升低水平個(gè)體的STEM技能。

關(guān)鍵詞：文化-歷史活動(dòng)理論；STEM教育；項(xiàng)目式學(xué)習(xí)；STEM技能

一、引言

項(xiàng)目式STEM學(xué)習(xí)是STEM教育的重要組成部分。在融合科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)四個(gè)領(lǐng)域的知識(shí)和思想后，項(xiàng)目式STEM學(xué)習(xí)旨在以動(dòng)手體驗(yàn)的方式讓學(xué)生設(shè)計(jì)、發(fā)現(xiàn)、合作、創(chuàng)造并進(jìn)行問(wèn)題解決，培養(yǎng)其批判性思維和問(wèn)題解決能力，為人力資源市場(chǎng)輸送STEM人才奠定基礎(chǔ)。

從已有文獻(xiàn)來(lái)看，目前我國(guó)學(xué)者的研究主要集中在STEM教育政策、構(gòu)建本土化的STEM教育模式等方面，形成了政策建議和模式探索兩條并行發(fā)展的研究路線，而據(jù)詹青龍等人的可視化分析顯示，國(guó)外近10年STEM教育研究主題豐富，已涵蓋了理論探索、方法運(yùn)用、學(xué)校變革、課程鏈接等多個(gè)主題。目前，我國(guó)仍缺少STEM教學(xué)實(shí)踐的探索，趙興龍等人認(rèn)為STEM教育目標(biāo)應(yīng)和核心素養(yǎng)保持緊密聯(lián)系，跨越STEM的學(xué)科特征本身需指向培養(yǎng)全面發(fā)展的、終身發(fā)展的人?；谂囵B(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)，一些地區(qū)（如上海等地）也已實(shí)施一些STEM學(xué)習(xí)活動(dòng)，但其效果還有待進(jìn)一步考證。相比而言，國(guó)外已有大量教學(xué)實(shí)證研究。從類型來(lái)看，基于工程設(shè)計(jì)的項(xiàng)目式STEM研究較多，STEM學(xué)習(xí)之所以突出工程，源于很多工程項(xiàng)目都可以被開(kāi)發(fā)成為教育課程，供學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)造性的工程設(shè)計(jì)，研究發(fā)現(xiàn)，學(xué)生在工程設(shè)計(jì)項(xiàng)目中更愿意學(xué)習(xí)與工程相關(guān)的科學(xué)和數(shù)學(xué)概念，促進(jìn)對(duì)其他學(xué)科的學(xué)習(xí)；從目標(biāo)來(lái)看，基于問(wèn)題解決的項(xiàng)目式STEM研究較多，問(wèn)題導(dǎo)向的STEM學(xué)習(xí)可把知識(shí)與真實(shí)問(wèn)題情境聯(lián)系起來(lái)，使學(xué)生在解決實(shí)際問(wèn)題的實(shí)踐活動(dòng)中探索知識(shí)，創(chuàng)造性地解決問(wèn)題；從形式來(lái)看，跨學(xué)科整合的項(xiàng)目式STEM研究較多，整合視角下的STEM學(xué)習(xí)的一個(gè)重要議題是跨學(xué)科概念的構(gòu)建與學(xué)習(xí)，課程開(kāi)發(fā)者不僅要思考學(xué)科的核心知識(shí)，還要探索連接四個(gè)學(xué)科領(lǐng)域的大概念和共通概念。研究表明，跨學(xué)科的項(xiàng)目式STEM學(xué)習(xí)活動(dòng)可以幫助學(xué)生更好地理解學(xué)科概念，如Merrill的“設(shè)計(jì)樓梯體系”項(xiàng)目、Horton研制的“地貌主題”項(xiàng)目等都旨在整合多個(gè)學(xué)科進(jìn)行項(xiàng)目式STEM學(xué)習(xí)。可見(jiàn)，項(xiàng)目式STEM學(xué)習(xí)研究已形成一個(gè)集群，是學(xué)習(xí)跨學(xué)科概念、培養(yǎng)問(wèn)題解決能力的重要途徑。

文化一歷史活動(dòng)理論強(qiáng)調(diào)活動(dòng)共同體、中介工具在系統(tǒng)中的作用，可用于指導(dǎo)項(xiàng)目式STEM學(xué)習(xí)活動(dòng)，它為分析教師和學(xué)生行為提供了模型框架，可以檢驗(yàn)師生參與活動(dòng)的投入度、工具使用效度、目標(biāo)達(dá)成情況以及活動(dòng)過(guò)程。本研究著眼于文化-歷史活動(dòng)理論開(kāi)發(fā)一個(gè)項(xiàng)目式STEM學(xué)習(xí)活動(dòng)，探索項(xiàng)目式STEM學(xué)習(xí)的路徑與效果，以促進(jìn)相關(guān)學(xué)科概念的學(xué)習(xí)，提升學(xué)生的問(wèn)題解決能力。

二、文化-歷史活動(dòng)理論

文化-歷史活動(dòng)理論（Cuhural—Historical Activity Theory，CHAlr）的起源可以追溯到德國(guó)古典哲學(xué)（如康德、黑格爾的學(xué)說(shuō)），后來(lái)馬克思和恩格斯辯證地探討了生產(chǎn)資料的歷史形式及作用，為維果斯基、列昂捷夫關(guān)注社會(huì)與個(gè)人生活形式，提出第一代的文化-歷史活動(dòng)理論奠定了基礎(chǔ)。目前，文化-歷史活動(dòng)理論得到了全球性的發(fā)展。Lantolf認(rèn)為，現(xiàn)在的文化一歷史活動(dòng)理論融合了邏輯實(shí)證主義、民族方法學(xué)、自組織系統(tǒng)理論，已經(jīng)發(fā)展成為一個(gè)全新的理論體系。從CHAT的發(fā)展過(guò)程來(lái)看，其基本思想可概括為四個(gè)方面：

（一）活動(dòng)的獨(dú)立性與層次性

獨(dú)立性源于維果斯基“單元切分法”的思想，在他看來(lái)，傳統(tǒng)研究采用的“因素分解法”將整個(gè)事件劃分為因變量與自變量進(jìn)行分析割裂了研究對(duì)象的整體性，“單元切分法”確定最小整體單元是活動(dòng)，這類似于化學(xué)研究中的“分子”，以及天文學(xué)研究中“地月系”。活動(dòng)作為最小整體分析單元必然具有相對(duì)獨(dú)立l生，表現(xiàn)為活動(dòng)、行動(dòng)、操作三個(gè)層次結(jié)構(gòu)。操作是實(shí)現(xiàn)行動(dòng)的方式，行動(dòng)由一系列操作構(gòu)成，一系列的行動(dòng)又集合成活動(dòng)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)行動(dòng)目標(biāo)。

（二）工具的中介性和變化性

認(rèn)識(shí)到人類活動(dòng)中使用中介工具，推翻了笛卡爾哲學(xué)把個(gè)體心理與文化和社會(huì)分離的論調(diào)，工具調(diào)節(jié)著主客體以及共同體之間的關(guān)系，參與對(duì)象的轉(zhuǎn)換過(guò)程并形成結(jié)果，表現(xiàn)出中介性。文化、社會(huì)等要素從活動(dòng)外部控制行為，決定著工具的創(chuàng)造和使用過(guò)程，表現(xiàn)出變化性。

（三）活動(dòng)交互性與發(fā)展性

一方面，活動(dòng)系統(tǒng)內(nèi)部主客體間的相互作用形成主體內(nèi)化的知識(shí)和技能；另一方面，活動(dòng)系統(tǒng)與外部交流時(shí)，主體間達(dá)成一致的知識(shí)和技能外化為共同的行為。這樣，活動(dòng)就是一個(gè)由內(nèi)化到外化、由外化再影響內(nèi)化的過(guò)程，這種內(nèi)外化交互性促成了活動(dòng)的發(fā)展。恩格斯托姆提出的第三代活動(dòng)理論正是考慮活動(dòng)之間的相互作用，表明活動(dòng)系統(tǒng)之間可以相互影響，最終促成調(diào)整和發(fā)展。

（四）主客間的矛盾性與統(tǒng)一性

活動(dòng)理論認(rèn)為，主客體是不可割裂的，主客體間的作用和發(fā)展由矛盾啟動(dòng)，外部實(shí)踐活動(dòng)的客體和內(nèi)部思維的主體相互融合。Roth舉了一個(gè)例子，一個(gè)學(xué)生制作一個(gè)特殊工藝品的過(guò)程：制作工藝品即是實(shí)踐活動(dòng)的客體，思考工藝品所應(yīng)呈現(xiàn)的形狀即是思維主體。首先，學(xué)生觀看前人是如何制作的，隨后他試了20次，直到他覺(jué)得自己的作品與頭腦中所想到的作品形式一致了，這即是說(shuō)20次以后的作品解決了主客體兩種形式的矛盾。可以發(fā)現(xiàn)，文化一歷史活動(dòng)理論的哲學(xué)方法基礎(chǔ)是辯證唯物主義，認(rèn)為矛盾驅(qū)動(dòng)了改變的發(fā)生。

三、文化-歷史活動(dòng)理論下的項(xiàng)目式STEM學(xué)習(xí)活動(dòng)模型建構(gòu)

本研究試圖依據(jù)上述CHAT理論指導(dǎo)項(xiàng)目式STEM學(xué)習(xí)過(guò)程，以活動(dòng)的獨(dú)立性與層次性、交互性與發(fā)展性為主體，以工具為中介，以主客間的矛盾為內(nèi)驅(qū)力構(gòu)建STEM學(xué)習(xí)系統(tǒng)，讓學(xué)生在概念學(xué)習(xí)、支架式自主學(xué)習(xí)中形成合作問(wèn)題解決意識(shí)，發(fā)展其批判性分析、創(chuàng)新等高階思維能力。

在概念學(xué)習(xí)階段，學(xué)生將數(shù)學(xué)知識(shí)、科學(xué)概念轉(zhuǎn)化為其內(nèi)部經(jīng)驗(yàn)，制作出一個(gè)結(jié)構(gòu)完整的理想模型，接受教師的評(píng)價(jià)。此時(shí)學(xué)生是有意義的接受學(xué)習(xí)過(guò)程，需要不斷修正、內(nèi)化知識(shí)結(jié)構(gòu)，完成知識(shí)有意義的建構(gòu)，學(xué)習(xí)以個(gè)體自組織活動(dòng)為主。

在支架式自主學(xué)習(xí)階段，技術(shù)、工程導(dǎo)向的生生、師生合作學(xué)習(xí)占主導(dǎo)地位，學(xué)生個(gè)體的自組織活動(dòng)向?qū)W生間、師生間擴(kuò)展，形成以項(xiàng)目為紐帶的合作學(xué)習(xí)活動(dòng)系統(tǒng)，項(xiàng)目成員圍繞規(guī)則、分工進(jìn)行有目的的合作學(xué)習(xí)，形成了系統(tǒng)層面的自組織活動(dòng)?；顒?dòng)系統(tǒng)的形成過(guò)程是變化、發(fā)展、適應(yīng)、調(diào)節(jié)的過(guò)程，學(xué)生在活動(dòng)系統(tǒng)內(nèi)獲得概念，進(jìn)行問(wèn)題解決，表現(xiàn)出學(xué)習(xí)的自組織性質(zhì)。依據(jù)CHAT理論，項(xiàng)目式STEM學(xué)習(xí)活動(dòng)模型，如圖1所示。

（一）主體：參與項(xiàng)目式STEM學(xué)習(xí)的學(xué)生

學(xué)生首先學(xué)習(xí)與活動(dòng)內(nèi)容相關(guān)的數(shù)學(xué)、科學(xué)概念，然后進(jìn)行工具的組裝和改進(jìn)，其次以小組為單位進(jìn)行合作練習(xí)，最后將接受STEM技能評(píng)價(jià)。主體可以是學(xué)生個(gè)體，也可以是小組、學(xué)生群體、甚至整個(gè)集體。隨著活動(dòng)進(jìn)程不斷發(fā)展，STEM活動(dòng)的主體由學(xué)生個(gè)體聚合成團(tuán)隊(duì)或群體，逐漸形成穩(wěn)定的聚類，通過(guò)心理活動(dòng)與實(shí)踐活動(dòng)的同步發(fā)展，實(shí)現(xiàn)低級(jí)心理機(jī)能轉(zhuǎn)向高級(jí)心理機(jī)能，最終使整個(gè)群體的高階思維水平產(chǎn)生質(zhì)變，整體顯著提升。

（二）客體

建立指標(biāo)對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)指標(biāo)既應(yīng)包括整合的，也應(yīng)包括分科的項(xiàng)目式STEM學(xué)習(xí)內(nèi)容，體現(xiàn)STEM學(xué)習(xí)的特點(diǎn)及其現(xiàn)實(shí)教育意義。由于不同活動(dòng)時(shí)期的分工、規(guī)則、形式不一樣，評(píng)價(jià)指標(biāo)應(yīng)該隨著活動(dòng)發(fā)展而不斷變化，在活動(dòng)發(fā)展初期，評(píng)價(jià)指標(biāo)相對(duì)來(lái)說(shuō)應(yīng)是獨(dú)立于內(nèi)容的、孤立的，只有經(jīng)過(guò)一段時(shí)間，隨著活動(dòng)系統(tǒng)變得越來(lái)越復(fù)雜，評(píng)價(jià)才會(huì)與活動(dòng)內(nèi)容聚合在一起，形成基于內(nèi)容而導(dǎo)于能力的過(guò)程性評(píng)價(jià)體系。

（三）中介工具

學(xué)生STEM學(xué)習(xí)的操作對(duì)象，如概念、模型、工具等。工具可以是心理方面的（如語(yǔ)言能力、概念模型、經(jīng)典科學(xué)實(shí)驗(yàn)等），也可以是實(shí)實(shí)在在的實(shí)物（如放大鏡、教科書(shū)、機(jī)器人等）。工具參與主客體的轉(zhuǎn)換過(guò)程并形成結(jié)果，這種結(jié)果可以與預(yù)期相符也可以違背預(yù)期，但這都可以構(gòu)建或驅(qū)使構(gòu)建一系列活動(dòng)。與主客體一樣，隨著STEM活動(dòng)的深入，個(gè)體間的交互越來(lái)越復(fù)雜，中介工具也從原型開(kāi)始進(jìn)化，一方面發(fā)展成普遍適用的模型、框架、理論等，另一方面發(fā)展成滿足特殊要求的、具有創(chuàng)新功能的產(chǎn)品。

（四）共同體

STEM學(xué)習(xí)中與主體共同完成設(shè)計(jì)、制作和操作任務(wù)的其他活動(dòng)成員，即生生之間、師生之間為達(dá)成活動(dòng)目標(biāo)而形成的教與學(xué)共同體。以STEM項(xiàng)目為紐帶形成的學(xué)習(xí)共同體共同影響整個(gè)活動(dòng)的效果及目標(biāo)達(dá)成情況，其作用機(jī)理之一便是共同體的協(xié)商作用。通過(guò)協(xié)商，個(gè)體可以逐步得到共同體其他成員的身份認(rèn)同，促使個(gè)體建立歸屬感，實(shí)現(xiàn)個(gè)體間為達(dá)成共同目標(biāo)而互惠共利、相互信任、分享信息；同時(shí)，共同體還會(huì)形成積極健康的學(xué)習(xí)氛圍和輿論氣息，促進(jìn)和諧人際關(guān)系、民主管理制度的形成，從而更好地激發(fā)個(gè)體積極主動(dòng)的參與到活動(dòng)之中。

（五）規(guī)則

STEM學(xué)習(xí)成員共同遵守的活動(dòng)原則、標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范等。規(guī)則是維持共同體持續(xù)健康發(fā)展的保障，它所指定的標(biāo)準(zhǔn)可以是明確的，也可以是含蓄的，但必須起到規(guī)范共同體行為，影響主客體相互作用的目的。規(guī)則有一般和特殊之分，一般規(guī)則是某一系列活動(dòng)普遍使用的準(zhǔn)則，如在活動(dòng)中保持客觀性、公正性、規(guī)范性等，特殊規(guī)則是由于活動(dòng)內(nèi)容不同而形成的達(dá)到某種特殊目標(biāo)的準(zhǔn)則，如技術(shù)規(guī)范、操作細(xì)則等。整體而言，隨著時(shí)間的推移，規(guī)則經(jīng)歷從臨時(shí)要求向正式規(guī)范轉(zhuǎn)變的過(guò)程。

（六）勞動(dòng)分工

師生或?qū)W生之間為達(dá)成STEM學(xué)習(xí)目標(biāo)而產(chǎn)生的分工協(xié)作。在學(xué)習(xí)的不同階段師生扮演的角色不同，為了達(dá)成活動(dòng)目標(biāo)，每位成員都應(yīng)該適應(yīng)角色轉(zhuǎn)化，主動(dòng)尋求分工協(xié)作。如在概念學(xué)習(xí)階段，以教師教學(xué)生內(nèi)化概念為主；在工具制作階段，以教師指導(dǎo)學(xué)生創(chuàng)造性設(shè)計(jì)為主；在合作學(xué)習(xí)階段，以學(xué)生間相互學(xué)習(xí)協(xié)商、教師個(gè)別指導(dǎo)為主。勞動(dòng)分工推進(jìn)活動(dòng)不斷向前發(fā)展，反過(guò)來(lái)，隨著活動(dòng)逐漸深入，勞動(dòng)分工呈現(xiàn)出從被動(dòng)接受分工任務(wù)到主動(dòng)尋求分工責(zé)任的轉(zhuǎn)變，勞動(dòng)分工也從無(wú)序化向有序化發(fā)展。

四、文化-歷史活動(dòng)理論下的項(xiàng)目式STEM學(xué)習(xí)模式

（一）文化-歷史活動(dòng)理論下項(xiàng)目式STEM學(xué)習(xí)過(guò)程

在STEM學(xué)習(xí)活動(dòng)中，期望建立這樣一種教與學(xué)氛圍：圍繞STEM學(xué)習(xí)內(nèi)容建立師生活動(dòng)共同體，以模型、技術(shù)、概念等為中介工具，在不同學(xué)習(xí)階段動(dòng)態(tài)分配師生勞動(dòng)，建立并發(fā)展知識(shí)到能力、個(gè)體到小組的學(xué)習(xí)規(guī)則，師生之間、生生之間相互協(xié)作，最終達(dá)到發(fā)展STEM技能的目的。依據(jù)這一理念，同時(shí)結(jié)合項(xiàng)目式STEM學(xué)習(xí)的特點(diǎn)，CHAT理論下的學(xué)習(xí)過(guò)程可分為如下幾個(gè)階段：

1.相關(guān)概念學(xué)習(xí)階段。此階段以有意義接受學(xué)習(xí)為主，教師需旁征博引日常生活實(shí)例激發(fā)概念的同化、順應(yīng)。STEM教育是“以數(shù)學(xué)為基礎(chǔ)，通過(guò)工程理解科學(xué)和技術(shù)”的跨學(xué)科、整合的教育體系，相關(guān)數(shù)學(xué)、科學(xué)概念對(duì)后續(xù)技術(shù)、工程活動(dòng)起著關(guān)鍵作用。概念學(xué)習(xí)階段著眼于一系列積極的思維活動(dòng)，確保新舊知識(shí)共通互融，形成明確而穩(wěn)定的意義。

2.模型或工具的組裝和設(shè)計(jì)階段。此階段以設(shè)計(jì)、創(chuàng)造中介工具為主，教師需激發(fā)創(chuàng)新設(shè)計(jì)思維，引領(lǐng)工具的發(fā)展方向。以工程設(shè)計(jì)的形式學(xué)習(xí)科學(xué)和技術(shù)首先需要組裝和設(shè)計(jì)符合活動(dòng)主題的工具或模型。作為活動(dòng)顯性的中介工具，模型（工具）并非一成不變，而是隨著活動(dòng)的深入不斷改變、修訂、更新，最終滿足客觀評(píng)價(jià)結(jié)果。模型或工具一般有原型，教師的任務(wù)是進(jìn)行范例指導(dǎo)，基于原型啟發(fā)學(xué)生改裝和創(chuàng)造性設(shè)計(jì)，并評(píng)估學(xué)生的想法，如果認(rèn)為可行，可協(xié)助學(xué)生進(jìn)行設(shè)計(jì)與改進(jìn)。

3.合作學(xué)習(xí)階段。此階段以學(xué)生間的相互商討、練習(xí)為主，教師根據(jù)學(xué)生技術(shù)操作水平、技巧熟練程度進(jìn)行異步輔導(dǎo)。學(xué)生在學(xué)習(xí)諸如基本操作、調(diào)試技巧、行為規(guī)則等之后，以小組為單位進(jìn)行練習(xí)。小組練習(xí)是合作學(xué)習(xí)過(guò)程，同伴影響起著重要作用，通過(guò)模仿榜樣的規(guī)范行為，與榜樣交流操作技巧，小組群體的STEM技能水平會(huì)顯著提高。此階段除了考驗(yàn)上一階段模型（工具）的改裝效果外，更注重培養(yǎng)學(xué)生靈活掌握、融會(huì)貫通各項(xiàng)知識(shí)、技巧的能力。教師的后期分工轉(zhuǎn)化成個(gè)性化指導(dǎo)。

4.評(píng)價(jià)階段。此階段已是項(xiàng)目式STEM學(xué)習(xí)末期，教師可采用多種形式評(píng)價(jià)學(xué)生的STEM技能，如以小組為單位進(jìn)行比賽，客觀影射產(chǎn)品的創(chuàng)新性、學(xué)生的技術(shù)操作水平、知識(shí)遷移水平等。值得注意的是，項(xiàng)目式STEM教學(xué)有別于傳統(tǒng)教學(xué)過(guò)程，其評(píng)價(jià)不應(yīng)該是知識(shí)本身，而是知識(shí)、技術(shù)、工程的遷移應(yīng)用能力，或者說(shuō)應(yīng)該跨越學(xué)科知識(shí)和技能，而評(píng)價(jià)指向全面發(fā)展的人的STEM技能。

項(xiàng)目式STEM活動(dòng)以“概念學(xué)習(xí)”開(kāi)始，直至“STEM技能評(píng)價(jià)”結(jié)束活動(dòng)流程。不同階段，CHAT系統(tǒng)各要素發(fā)揮著不同的作用，在一、二階段，主要以中介工具為主；在三、四階段，勞動(dòng)分工與協(xié)作、活動(dòng)規(guī)則占據(jù)主導(dǎo)；在活動(dòng)末期，STEM評(píng)價(jià)指標(biāo)成為體現(xiàn)活動(dòng)結(jié)果的客體。總體而言，各要素共同作用于STEM活動(dòng)的每個(gè)階段，只是其表現(xiàn)出的重點(diǎn)略有不同。具體操作流程如圖2所示。

（二）文化-歷史活動(dòng)理論下項(xiàng)目式STEM活動(dòng)師生行為

隨著活動(dòng)的進(jìn)行，教師行為經(jīng)歷了從概念教學(xué)到支架式教學(xué)的轉(zhuǎn)變，學(xué)生行為經(jīng)歷了從知識(shí)學(xué)習(xí)到能力發(fā)展的變化，學(xué)習(xí)形式也從個(gè)體拓展至集體（如同伴、小組、群體）。在活動(dòng)初期，教師主要從概念、操作上幫助學(xué)生形成并領(lǐng)會(huì)工程技術(shù)要領(lǐng)。根據(jù)我們的教學(xué)實(shí)踐來(lái)看，開(kāi)始實(shí)踐練習(xí)之后，學(xué)生會(huì)立馬想驗(yàn)證技術(shù)要領(lǐng)和改進(jìn)后的產(chǎn)品，但由于對(duì)技術(shù)要領(lǐng)的了解不甚清晰，會(huì)造成初次的練習(xí)結(jié)果質(zhì)量不高。我們認(rèn)為，此時(shí)學(xué)生可能正在經(jīng)歷所謂的觀念轉(zhuǎn)變的過(guò)程，他們?cè)噲D把教師直接教授的操作方法納入自我的“錯(cuò)念”網(wǎng)中，并且嘗試依據(jù)“錯(cuò)念”引導(dǎo)的操作動(dòng)作得到與教師期望一致的結(jié)果。其他一些研究也有相似的解釋，認(rèn)為此時(shí)學(xué)生正在經(jīng)歷依據(jù)自我的最初觀念到形成一個(gè)更具有概括性概念的過(guò)程。

在活動(dòng)中期，學(xué)生對(duì)規(guī)則和技術(shù)要領(lǐng)基本都已熟悉，教師更加注重規(guī)范學(xué)生的工程技術(shù)行為，如交流技術(shù)經(jīng)驗(yàn)、模仿操作動(dòng)作、期待教師關(guān)注產(chǎn)品效果、同伴合作與競(jìng)爭(zhēng)等。此時(shí)，教師給予學(xué)生更多的動(dòng)手操作時(shí)間，讓同伴之間協(xié)同互助，交流實(shí)踐技巧，并對(duì)其不規(guī)范行為進(jìn)行糾正和重塑。從同伴關(guān)系來(lái)看，生生之間的合作更可能使個(gè)體積極融入工程技術(shù)行為之中，降低其懈怠程度。從小組氛圍來(lái)看，在遇到技術(shù)困難時(shí)，個(gè)體可以尋求其他共同體成員的幫助，合作治理問(wèn)題和不標(biāo)準(zhǔn)的行為。從學(xué)習(xí)責(zé)任感來(lái)看，團(tuán)隊(duì)的成功依靠成員共同的努力，學(xué)習(xí)責(zé)任是不可缺少的協(xié)調(diào)因素，可以有效抑制投機(jī)取巧、機(jī)會(huì)主義的產(chǎn)生，為小組STEM技能的提高提供保障。

在活動(dòng)后期，教師已經(jīng)很少關(guān)注知識(shí)以及與學(xué)生交流工程技術(shù)行為，而更傾向于發(fā)現(xiàn)STEM技能產(chǎn)生的直接后果（如產(chǎn)品創(chuàng)意水平、目標(biāo)達(dá)成情況等）。部分學(xué)生在此階段可能會(huì)出現(xiàn)“瓶頸效應(yīng)”，主要表現(xiàn)為積極性降低、探索欲下降、練習(xí)次數(shù)較少等。尋其緣由，主要是嫻熟的技術(shù)、良好的工具并沒(méi)有促使STEM能力快速發(fā)展，行為與能力之間的矛盾引起了挫敗感和倦怠感。因此，以STEM能力為導(dǎo)向的后期活動(dòng)可采取諸如組長(zhǎng)帶隊(duì)、重點(diǎn)跟蹤、獎(jiǎng)勵(lì)、末尾淘汰等策略，激發(fā)學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，提高參與活動(dòng)的積極性。

五、文化-歷史活動(dòng)理論下項(xiàng)目式STEM教學(xué)實(shí)踐

依據(jù)項(xiàng)目式STEM學(xué)習(xí)活動(dòng)模型和學(xué)習(xí)模式，我們實(shí)施了“手?jǐn)S飛機(jī)模型制作與飛行訓(xùn)練”STEM活動(dòng)來(lái)驗(yàn)證其教學(xué)效果。

（一）對(duì)象與研究設(shè)計(jì)

對(duì)重慶市某小學(xué)五、六年級(jí)自愿參與“手?jǐn)S飛機(jī)模型制作與飛行訓(xùn)練”STEM活動(dòng)的13名學(xué)生（其中男生10人，女生3人）進(jìn)行了兩個(gè)多月的教學(xué)。在項(xiàng)目開(kāi)始之前，研究者與兩位老師（一位是區(qū)級(jí)骨干科學(xué)教師，另一位是具有研究生學(xué)歷的新手科學(xué)教師）一起探討CHAT理論、活動(dòng)模型及活動(dòng)階段，以使教師全面理解CHAT理論下的項(xiàng)目式STEM教學(xué)過(guò)程。

依據(jù)技術(shù)素養(yǎng)三個(gè)維度（技術(shù)知識(shí)、技術(shù)思考與行為的方式、技術(shù)能力）的內(nèi)容設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)指標(biāo)，考慮指標(biāo)與活動(dòng)內(nèi)容發(fā)生聯(lián)系，選取8個(gè)指標(biāo)（如表1所示）研發(fā)“STEM技能評(píng)估”問(wèn)卷，初測(cè)發(fā)現(xiàn)其內(nèi)部一致性信度為0.724。另外采用唐勇編制的小組合作學(xué)習(xí)量表測(cè)量合作水平，該量表包含個(gè)體責(zé)任、合作技能、合作氛圍、互賴互信四個(gè)維度，信效度較好。

運(yùn)用問(wèn)卷、訪談、觀察等方式進(jìn)行三角互證，提高研究的信度。第一，依據(jù)“STEM技能評(píng)估”問(wèn)卷進(jìn)行三次追蹤測(cè)量，三個(gè)時(shí)間點(diǎn)分別是：階段一末期、活動(dòng)中期、階段四；使用“小組合作學(xué)習(xí)量表”在階段四進(jìn)行合作水平測(cè)量；第二，采取田野調(diào)查（Fieldwork）研究范式，研究者跟進(jìn)整個(gè)學(xué)習(xí)過(guò)程，通過(guò)參與性觀察、記錄、錄像等方式獲取師生行為表現(xiàn)數(shù)據(jù)；第三，對(duì)測(cè)量1表現(xiàn)較差的學(xué)生進(jìn)行追蹤訪談，了解其真實(shí)的變化路徑，訪談提綱主要依據(jù)“技術(shù)能力”“技術(shù)思考與行為的方式”兩個(gè)維度的內(nèi)容修訂而來(lái)。

（二）結(jié)果與分析

1.STEM技能整體變化

從右表2所示，隨著活動(dòng)的進(jìn)行，均值（M）有所提高，學(xué)生間的差異水平（SD）減小，初步說(shuō)明我們構(gòu)建CHAT理論下的STEM學(xué)習(xí)模型效果較好。進(jìn)一步用單因素重復(fù)測(cè)量方差分析法進(jìn)行趨勢(shì)分析，方差分析結(jié)果顯示F（2，24）=80.09，p<0.001，說(shuō)明從整個(gè)過(guò)程來(lái)看，三次測(cè)量時(shí)間點(diǎn)之間學(xué)生的STEM技能有顯著性差異，進(jìn)一步進(jìn)行多重比較，結(jié)果表明三次測(cè)量?jī)蓛芍g有顯著差異（p<0.05）。

不同測(cè)量時(shí)間的趨勢(shì)分析顯示，STEM技能有顯著的線性增長(zhǎng)（p<0.01），但是二次增長(zhǎng)不顯著（p=0.077>0.05），這與我們的預(yù)期一致，因?yàn)榛顒?dòng)中后期教師側(cè)重于關(guān)注STEM能力，與知識(shí)比起來(lái)，能力的增長(zhǎng)是緩慢的，相較于中期階段，其提高的幅度較小。

2.STEM技能各個(gè)維度的變化

采用3（時(shí)間：測(cè)量1、測(cè)量2、測(cè)量3）×3（維度1、維度2、維度3）兩因素重復(fù)測(cè)量方差分析法了解STEM技能不同維度在不同測(cè)量階段的變化，發(fā)現(xiàn)不同測(cè)量點(diǎn)之間有顯著差異，F(xiàn)（2，24）=114.218，p<0.001；而維度之間無(wú)顯著差異，F(xiàn)（2，24）=1.143，p=0.354；二者交互作用也不顯著，F(xiàn)（2，24）=0.562，p=0.696，這說(shuō)明STEM技能主要表現(xiàn)為隨著時(shí)間而變化，如表3所不。

進(jìn)一步在分維度水平下考察三個(gè)測(cè)量點(diǎn)間的差異，發(fā)現(xiàn)在維度1水平下，測(cè)量2顯著好于測(cè)量1（pn=0 003），測(cè)量3顯著好于測(cè)量2（ph<0.001）；在維度2水平下，測(cè)量2好于測(cè)量1，但不顯著（pc=0.387），測(cè)量3顯著好于測(cè)量2（pd=0.001）；在維度3水平下，測(cè)量2好于測(cè)量1，但不顯著（pe=0.071），測(cè)量3顯著好于測(cè)量2（pf<0.001）?？梢?jiàn)，除了pe和pe，其余p值都達(dá)到顯著水平，這說(shuō)明各分維度的STEM技能都有顯著增長(zhǎng)。

具體變化趨勢(shì)如下頁(yè)圖3所示。技術(shù)知識(shí)的兩次增長(zhǎng)率分別是16.52%和17.27%，增長(zhǎng)斜率幾乎相同，說(shuō)明在學(xué)習(xí)活動(dòng)中，學(xué)生從之前缺少與本活動(dòng)內(nèi)容相關(guān)的知識(shí)、概念，逐漸變得善于聯(lián)系概念和事實(shí)進(jìn)行活動(dòng)實(shí)踐，更加善于用知識(shí)組塊的方式對(duì)概念進(jìn)行加工和利用。L同學(xué)談到：“我以前玩過(guò)飛機(jī)模型，開(kāi)始覺(jué)得挺簡(jiǎn)單的，但是試飛總不滿意，就試著調(diào)節(jié)重心，對(duì)稱機(jī)翼，我還和XX探索了一種新飛法，就是把機(jī)頭微微放低，飛機(jī)就沿著直線飛出去了，只要力度合適，就能飛到那兒（指目標(biāo)區(qū)域）?！笨梢?jiàn)，在經(jīng)歷“概念轉(zhuǎn)變”之后，認(rèn)知沖突所帶來(lái)的改變不僅讓學(xué)生領(lǐng)悟了概念本身，還對(duì)后續(xù)的行為有重要影響。

技術(shù)行為在后期的增長(zhǎng)率高于前期（19.15%>10.53%），這主要源于此階段教師由概念教學(xué)為主轉(zhuǎn)向了實(shí)踐訓(xùn)練和小組指導(dǎo)，學(xué)生則在實(shí)訓(xùn)過(guò)程中更加注重對(duì)“程序性”知識(shí)技能的解釋和自省，摒棄了活動(dòng)初期按部就班地操作程序。隨著學(xué)習(xí)活動(dòng)的推進(jìn)，學(xué)生經(jīng)歷從模仿到建立自我經(jīng)驗(yàn)的過(guò)程。一位開(kāi)朗的女同學(xué)Q談到：“最開(kāi)始我以為女生力氣小，在擲飛方面不如男生。但是，我發(fā)現(xiàn)只要掌握擲飛技巧，多加練習(xí)，力氣小也沒(méi)什么。我現(xiàn)在的留空飛行（技能）比XX還要好（指一位男生）。”可以看到，操作技巧直接影響結(jié)果，并間接影響技術(shù)能力的形成與提高，還會(huì)影響學(xué)生參與活動(dòng)的積極性。技術(shù)行為屬于實(shí)踐性知識(shí)技能，具有情境性、靈活性、多樣性等特性，學(xué)生需要在活動(dòng)實(shí)踐中模仿、體會(huì)、糾正，以構(gòu)建自我經(jīng)驗(yàn)系統(tǒng)。

技術(shù)能力的二次增長(zhǎng)率為23.40%，促使其由開(kāi)始的最低水平上升到最高水平，表明小組協(xié)作的形式、規(guī)則處理的過(guò)程等都更加趨于合理，學(xué)生對(duì)概念、行為有更加深入的思考和反思。技術(shù)能力依賴于技術(shù)知識(shí)和技術(shù)行為，表現(xiàn)出滯后性，當(dāng)技術(shù)知識(shí)和技術(shù)行為有顯著提升時(shí)（測(cè)量2），技術(shù)能力不久便會(huì)有所變化（測(cè)量3）。某小組的C同學(xué)談到：“最初我只知道使勁的用力把飛機(jī)甩出去，讓它飛得更久。同學(xué)的幫助讓我快速掌握了技術(shù)要領(lǐng)，我們還進(jìn)行了比賽呢（TAC-10）?！笨梢钥闯?，學(xué)生對(duì)生生之間形成的協(xié)作網(wǎng)絡(luò)呈支持態(tài)度。同伴之間的商討、爭(zhēng)辯、合作、甚至競(jìng)爭(zhēng)都是促進(jìn)技術(shù)能力提高的重要因素。

3.合作學(xué)習(xí)水平與STEM技能的相關(guān)

在活動(dòng)末期，考察合作水平與STEM技能之間的關(guān)系。以合作水平作為控制變量（自變量），STEM技能（測(cè)量3所得結(jié)果）作為校標(biāo)變量（因變量），典型相關(guān)分析結(jié)果顯示，共獲得三組典型變量，但只有第一組變量達(dá)到顯著性水平（WilksX=0.351，p=0.725，p<0.05）。進(jìn)一步分析組建第一組典型變量的各個(gè)系數(shù)，在“合作水平”維度下，“合作氛圍”的系數(shù)絕對(duì)值最大（b=1.188），反映“合作水平”的典型變量主要由“合作氛圍”決定；在“STEM技能”維度下，“技術(shù)能力”的系數(shù)絕對(duì)值最大（b=3.779），反映“STEM技能”的典型變量主要由“技術(shù)能力”決定。由于這兩個(gè)系數(shù)同號(hào)，反映“合作氛圍”和“技術(shù)能力”正相關(guān)，即“合作氛圍”越好則“技術(shù)能力”提高越多。

典型冗余分析顯示（如表4所示），第一組典型變量（W1，V1）的典型相關(guān)為0.725代表了其52.6%的重疊方差。典型變量W1在“合作氛圍”上因素負(fù)荷最高（0.565），其次是“互賴互信（0.370）”，而在“個(gè)體責(zé)任”和“合作技能”上因素負(fù)荷較低，分別為0.222和-0.107。對(duì)于技術(shù)素養(yǎng)，典型變量V1在“技術(shù)能力”上因素負(fù)荷最高（0.997），而在“技術(shù)知識(shí)”和“技術(shù)思考與行為方式”上較低（分別為0.228和0.162）。這表明“合作氛圍”與“技術(shù)能力”有很強(qiáng)的相關(guān)，這與上述構(gòu)建典型變量系數(shù)分析的結(jié)果一致，也就是說(shuō)良好的合作氛圍能夠有效地提高個(gè)體的技術(shù)能力。此外，第一典型相關(guān)變量組解釋了“合作水平”典型變量W1的12.9%，解釋了“STEM技能”典型變量v1的36.8%?！昂献魉健钡湫妥兞縒1通過(guò)典型變量組可以解釋“STEM技能”方差的19.4%，而“STEM技能”典型變量V1通過(guò)典型變量組可以解釋“合作水平”方差的6.8%，上述分析可用如下路徑圖表示（如下頁(yè)圖4所示）。

4.學(xué)生個(gè)體的STEM技能變化趨勢(shì)

以學(xué)生個(gè)體為研究單位，更能顯示STEM技能三個(gè)維度整合在一起而表現(xiàn)出來(lái)的變化趨勢(shì)。從分維度視角進(jìn)行分析的一個(gè)明顯不足之處在于，僅考慮了局部而欠回歸個(gè)體本身，因此我們有必要從學(xué)生個(gè)體層面進(jìn)行研究，以彌補(bǔ)割裂整體所帶來(lái)的不足。

分別對(duì)三次測(cè)量中個(gè)體均分進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)分轉(zhuǎn)化，以明確個(gè)體在團(tuán)體中的相對(duì)位置。筆者和教師普遍關(guān)心的是活動(dòng)初期低水平的學(xué)生在經(jīng)歷STEM活動(dòng)之后有何變化，因此，我們選擇測(cè)量1樣本中z<-0.4的個(gè)體進(jìn)行跟蹤，結(jié)果如圖5所示。可以發(fā)現(xiàn)，有些學(xué)生呈現(xiàn)出波動(dòng)，有較少幅度的增長(zhǎng)；個(gè)別學(xué)生在經(jīng)歷下降之后又有顯著提升；大部分學(xué)生一直處于提升狀態(tài)，只是增長(zhǎng)率不同，說(shuō)明大部分學(xué)生STEM技能水平有所提升。T同學(xué)總結(jié)道：

“我最開(kāi)始完全不懂L老師講的那些概念到底指的是什么，還好有XX同學(xué)給我講了規(guī)則，我再自己琢磨，現(xiàn)在可以了?！笨梢?jiàn)，該同學(xué)將進(jìn)步歸屬于活動(dòng)共同體的協(xié)作，規(guī)則的深入了解以及自我經(jīng)驗(yàn)建構(gòu)。

但同時(shí)也發(fā)現(xiàn)，小部分學(xué)生在整個(gè)學(xué)習(xí)活動(dòng)中始終處于相對(duì)靠后的位置，通過(guò)觀察和訪談，發(fā)現(xiàn)原因主要有：首先，對(duì)概念本身了解不甚清晰，造成飛機(jī)調(diào)試不到位，不能較好地維系后續(xù)技術(shù)行為活動(dòng)；其次，與同伴或教師缺乏交流，造成技術(shù)動(dòng)作僵硬，技術(shù)要領(lǐng)不能融會(huì)貫通；最后，缺乏學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，由于技術(shù)行為總不能達(dá)到預(yù)期，缺乏積極性，最后造成不能形成系統(tǒng)的技術(shù)能力。值得指出的是，一直處于相對(duì)靠后位置的是兩位女同學(xué)，因此我們猜測(cè)性別、活動(dòng)內(nèi)容可能會(huì)影響結(jié)果，后續(xù)將進(jìn)行進(jìn)一步研究。

六、教學(xué)反思與啟示

應(yīng)用CHAT理論設(shè)計(jì)項(xiàng)目式STEM學(xué)習(xí)活動(dòng)模型并進(jìn)行教學(xué)實(shí)踐，我們發(fā)現(xiàn)：

（一）STEM學(xué)習(xí)活動(dòng)模型有助于STEM技能的提高

不管是從整體上還是從分維度來(lái)看，依據(jù)STEM學(xué)習(xí)活動(dòng)模型進(jìn)行的教學(xué)實(shí)踐對(duì)STEM技能的形成和提高都有促進(jìn)作用。隨著活動(dòng)的進(jìn)行，概念向行為轉(zhuǎn)變，行為向能力轉(zhuǎn)變，個(gè)體活動(dòng)向小組互動(dòng)轉(zhuǎn)變，STEM技能建構(gòu)過(guò)程變得越來(lái)越復(fù)雜，產(chǎn)生了基于規(guī)則而又超越規(guī)則的思維體系，形成了高級(jí)和復(fù)雜認(rèn)知加工過(guò)程。因此，在項(xiàng)目式STEM學(xué)習(xí)過(guò)程中，教師要基于內(nèi)容設(shè)計(jì)從概念到行為的活動(dòng)路徑，探索從個(gè)體到小組的協(xié)作機(jī)制，逐步轉(zhuǎn)變自我的教學(xué)角色，增加能力導(dǎo)向的創(chuàng)造性活動(dòng)，使學(xué)生形成能進(jìn)行問(wèn)題解決的STEM技能。

（二）STEM學(xué)習(xí)活動(dòng)模型創(chuàng)建的協(xié)作分工學(xué)習(xí)氛圍有助于發(fā)展高層級(jí)的STEM能力

在項(xiàng)目式STEM學(xué)習(xí)中，使學(xué)生獲得較高層級(jí)的STEM技能是教師一直關(guān)注的教學(xué)目標(biāo)。我們認(rèn)為，初級(jí)水平的STEM技能包括事實(shí)、概念、術(shù)語(yǔ)等概念性知識(shí)和事實(shí)性知識(shí)，中級(jí)水平的STEM技能是以程序性知識(shí)和元認(rèn)知知識(shí)為基礎(chǔ)表現(xiàn)出的工程技術(shù)行為，包括與同伴的交流協(xié)作、問(wèn)題解決、技術(shù)決策等，高級(jí)水平的STEM技能是指依靠工程技術(shù)行為進(jìn)行問(wèn)題解決而所形成的能力。技術(shù)能力與技術(shù)行為之間有相互促進(jìn)作用，如具備某種技術(shù)能力之后，新情境下的技術(shù)行為將會(huì)更加規(guī)范。

典型相關(guān)分析發(fā)現(xiàn)，良好的合作氛圍有助于技術(shù)能力的提高。隨著活動(dòng)的進(jìn)行，學(xué)生在小組協(xié)作過(guò)程中對(duì)問(wèn)題的思考逐漸深入，探討也更具有針對(duì)性，逐漸由初級(jí)的知識(shí)概念水平向高級(jí)的能力水平過(guò)渡，形成了穩(wěn)定的個(gè)體素質(zhì)。因此，在STEM學(xué)習(xí)過(guò)程中，教師應(yīng)根據(jù)STEM學(xué)習(xí)內(nèi)容將能力劃分為由低到高的進(jìn)階水平，逐步進(jìn)行培養(yǎng)和訓(xùn)練。最終，活動(dòng)過(guò)程中的概念和技術(shù)要領(lǐng)相互作用共同促進(jìn)能力的形成，形成的能力又反過(guò)來(lái)促進(jìn)概念和技術(shù)要領(lǐng)的發(fā)展。

（三）STEM學(xué)習(xí)活動(dòng)模型有助于低水平個(gè)體STEM技能的提升

教育一直關(guān)注表現(xiàn)不佳的學(xué)生的發(fā)展，本研究亦是如此。研究數(shù)據(jù)顯示：大部分低水平的學(xué)生在同伴協(xié)作中經(jīng)歷自我經(jīng)驗(yàn)建構(gòu)之后其STEM技能有較大提升，但兩名女生的STEM技能沒(méi)有提高，猜測(cè)可能是項(xiàng)目?jī)?nèi)容并沒(méi)有激發(fā)其學(xué)習(xí)積極性，性別可能是重要的影響因素。因此，在學(xué)習(xí)活動(dòng)中，教師要充分評(píng)估學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣與積極性，在不同階段對(duì)于學(xué)習(xí)態(tài)度散漫、產(chǎn)生情緒倦怠的學(xué)生應(yīng)及時(shí)給予針對(duì)性的建議與引導(dǎo)。

七、結(jié)束語(yǔ)

本研究是初次將CHAT理論運(yùn)用于項(xiàng)目式STEM學(xué)習(xí)活動(dòng)之中，在教學(xué)實(shí)踐過(guò)程中還存在一些問(wèn)題及需要完善之處：一是教師方面，雖然兩位教師都具有良好的專業(yè)素質(zhì)，但是還沒(méi)有全面的理解依據(jù)CHAT理論所設(shè)計(jì)的STEM學(xué)習(xí)活動(dòng)模型的內(nèi)涵，在教學(xué)過(guò)程中不能靈活地轉(zhuǎn)變角色，適應(yīng)師生分工的變化；二是學(xué)生方面，由于認(rèn)知水平仍處于快速發(fā)展階段，不能很好地理解和內(nèi)化某些對(duì)于學(xué)習(xí)內(nèi)容來(lái)說(shuō)非常重要的知識(shí)和概念，這給后續(xù)的技術(shù)行為帶來(lái)了一些阻礙；三是STEM學(xué)習(xí)活動(dòng)模型本身，雖然我們的研究顯示STEM學(xué)習(xí)活動(dòng)模型能全面促進(jìn)STEM技能的提高，但是運(yùn)用該模型，并非意味著就能如此。由于項(xiàng)目?jī)?nèi)容、研究樣本等原因，研究結(jié)論在其他情境中可能不具有適用性，該模型的效果仍有待進(jìn)一步教學(xué)研究的考證。