李克東 李穎

[摘? ?要] STEM 教育是以提升學生的科學精神和創(chuàng)新實踐能力為目標，跨學科學習是STEM教育的核心特征。為了使STEM教育項目能更有效地設計與實施跨學科學習，文章提出要關注五個要點，即跨學科學習是以提升學生的科學精神和創(chuàng)新能力為教育目標;要讓學生面對真實情境中的問題，并以尋找問題的解決辦法作為學習任務，進行任務驅動的學習;要根據學習任務的具體目標，發(fā)現并整理出與問題解決相關聯的不同學科知識并把這些相關學科知識進行整合;要讓學生學會運用相關聯學科的研究和學習方法去分析問題、解決問題;要以項目學習方式并通過多個學習環(huán)節(jié)來實現，而不是簡單的一節(jié)課堂教學就能實現。文章還提出跨學科學習活動設計5EX模型，并以“家居水栽培”和“設計并制作FEG智能車”為例，對跨學科學習活動設計與實踐過程進行說明。

[關鍵詞] 跨學科學習; STEM教育; 5EX設計模型

[中圖分類號] G434? ? ? ? ? ? [文獻標志碼] A

一、引? ?言

STEM教育在基礎教育中充滿著機遇與挑戰(zhàn)[1]?！?015年地平線報告》（基礎教育版）指出，未來的1～2年內STEAM教育將會成為驅動學校教育技術應用的關鍵要素，并在全球范圍興起與推廣[2]。2016年教育部《教育信息化“十三五”規(guī)劃》文件指出，有條件的地區(qū)和學校要積極探索信息技術在眾創(chuàng)空間、跨學科學習（STEAM教育）、創(chuàng)客教育等新的教育模式中的應用[3]。STEM教育由此在國內外掀起一股熱潮。然而，也產生一系列問題：STEM教育的目標是什么？它的核心特征是什么？如何設計STEM教育的學習活動才能體現STEM教育的核心特征？

二、跨學科學習——STEM教育的核心特征

STEM教育是一種通過整合科學（S）、技術（T）、工程（E）和數學（M）領域內容和方法進行項目學習的教育方式。STEM教育不是科學、技術、工程和數學知識的簡單疊加，而是立足于生活經驗和社會實踐的問題，將各學科的知識和方法整合到一個解決問題過程的整體上，這種整合具有天然的跨學科性、情境性、實踐性、協(xié)作性、實證性，是一種跨學科學習的范式。

張華認為，“所謂跨學科學習（Interdisciplinary Study），是基于跨學科意識，運用兩種或兩種以上的學科觀念以及跨學科觀念，解決真實問題的課程與學習取向”[4]。Wall等人認為，跨學科強調學科的“混合”，但每個學科仍保持自己的特性和課程重點，也就是說，在教學中雖然會涉及不同學科的知識，但是教師和學生能清楚地辨別知識領域，并且重點也會放在某一特定學科上[5]。Morrison等人認為，跨學科學習是為了超越單一學科的界限，STEM教育不應將重點放在某個特定學科或者過度關注學科界限，應當將重心放在特定問題上，對問題有新的、更廣泛的視角和對復雜問題相互關系有更深的理解[6]。筆者曾提出，“跨學科課程整合就是環(huán)繞一個共同的主題，打破學科的界限，把不同學科不同領域的理論和方法有機融合，有目的、有計劃地設計組織課程內容和教學活動，以提高學生能力、促進學生全面發(fā)展為最終目的的一種課程組織方式和課程設計理論”[7]。為了有效設計和實施跨學科學習，筆者認為，我們需要關注五個要點：

要點一：跨學科學習是以提升學生的科學精神和創(chuàng)新能力為教育目標。

科學精神和實踐創(chuàng)新能力是中國學生發(fā)展核心素養(yǎng)的重要組成部分[8]。跨學科學習活動的設計和實施過程必須重視科學精神和實踐能力的培養(yǎng)。

科學精神培養(yǎng)就是要讓學生面對真實情境中的問題，學會采用理性思維方法去思考問題，學會運用不同的方法探究問題，可以通過科學實驗、現場觀察、社會調查等方法去尋找問題的答案。學會獲取事實數據去說明問題、分析問題。鼓勵學生勇于表達觀點，提出不同解決問題的方案。

實踐創(chuàng)新能力的培養(yǎng)就是讓學生承擔責任，完成具體任務，培養(yǎng)良好的勞動意識。讓學生學會通過科學的工程規(guī)劃設計、運用有效的技術制作來完成任務，掌握解決實際問題的方法。讓學生通過小組的協(xié)作去解決問題，同時，鼓勵學生積極提出不同的意見，讓學生充分展示自己的個性化思維和想象能力。

要點二：跨學科學習是要讓學生面對真實情境中的問題，并以尋找問題的解決辦法作為學習任務，進行任務驅動的學習。

跨學科學習是以真實問題為導向而不是以教科書為導向。是以尋找問題的解決辦法為學習任務，進行任務驅動的學習。在對真實情境問題的求解過程中，讓學生主動地確認目標、尋找資源、建構路徑、解決問題。學生為了獲得解決問題的結果，需要以任務為導向，要善于發(fā)現和確認現象、尋求合理證據、科學地作岀解釋，才能夠保持跨學科學習活動的延續(xù)，獲得問題解決的結果。這個過程就要充分調動學生的高級思維來解決問題，需要通過多學科交叉以及通過參與、探究、解釋、實踐、評價等過程去解決問題，在解決問題的過程中將會使得科學精神和創(chuàng)新實踐能力得到發(fā)展。

要點三：跨學科學習要根據待解決問題的具體目標，發(fā)現并整理出與問題解決相關聯的不同學科的知識并把這些相關學科知識進行整合。

不同真實情境中的問題，形成不同的跨學科學習的學習項目，在這些學習項目中可能包含有物理學、化學、生物學和數學知識，也可能包含有氣象、天文、地理知識，也可能包含有地質學、礦物學的知識等，這些需要調動學生的高級思維去發(fā)現、分析和整理。這是一種以解決真實問題為核心的深度學習過程。

要點四：跨學科學習要讓學生學會運用相關聯學科的研究和學習方法去分析問題、解決問題。

科學探究方法、工程思維方法、制作實踐方法以及數學分析和表達的方法是各個學科最常使用的最基本的解決問題的方法，在跨學科學習過程中不可缺少。

科學探究方法，包括如何提出問題、分析理解問題、設計科學實驗。如何對問題的解答作出假設，如何測量并獲取數據、整理數據、分析數據并根據數據事實形成結論等。

工程思維方法，包括如何明確任務并進行任務分析、畫出設計草圖。如何制訂問題解決的工程實施步驟、時間安排。如何選擇合適的材料和技術制作原型，如何檢測原型的質量，對原型進行改進并形成定型等。

技術制作方法，包括如何根據任務選擇材料、選擇工具、選擇制作工藝等。

數學分析方法，客觀世界的特征是要用數據和數學方法來描述的。因此，學生需要在項目學習中學會獲取數據、讀懂數據，這是科學實驗、觀察、調查必備的操作。學會依據國際標準描述對象的特征、描述要素的關系、現象的變化等方法。學會用標準單位進行測量并記錄不同類型的數據，學會利用表格、圖形、參數、變量關系等描述客觀世界的特征和關系等。

要點五：跨學科學習要以項目學習方式并通過多個學習環(huán)節(jié)來實現，而不是簡單的一節(jié)課堂教學就能實現。

跨學科學習不是簡單地將多學科知識進行簡單的組合，而是讓這些多學科知識和方法通過項目學習活動形成連貫的、有組織的多個學習環(huán)節(jié)組成的跨學科學習課程結構。 跨學科學習活動的設計要包含問題驅動、思維培養(yǎng)、實踐能力培養(yǎng)、創(chuàng)新嘗試和效果檢測五個基本要素。為此，我們把跨學科學習活動分為五個學習活動環(huán)節(jié)：進入情境與提出問題活動、探究學習與數學應用活動、工程設計與技術制作活動、知識擴展與創(chuàng)意設計活動、多元評價與學習反思活動。每個學習項目都包含多個教學環(huán)節(jié)，各個教學環(huán)節(jié)之間有一定的聯系及邏輯步驟，因此，在設計時不但要考慮到跨學科的特點，也要考慮活動間的環(huán)環(huán)相扣。

由此可見，跨學科學習不只是課程內容的改變，還是學習性質和方式的革新。運用跨學科知識和方法去解決真實問題，不斷發(fā)展每一位學生的學科理解力與生活理解力，并在此過程中掌握知識與技能。這就是STEM教育的本質，跨學科學習是STEM教育的核心特征。

綜上所述，筆者認為，STEM 教育就是讓學生面對真實情境的問題，通過將科學探究、數學應用、工程設計和技術制作有機統(tǒng)一，運用跨學科的知識和方法來解決實際問題，學生通過做中學，提升科學精神和創(chuàng)新實踐能力，促進全面發(fā)展的一種教育方式。

我們以“家居水栽培”STEM教育項目為例（澳門濠江中學設計實施），說明如何以“真實問題為導向”并運用跨學科知識和方法來解決問題的過程。

一個真實情境的問題：眾所周知，水栽培技術已普遍應用于農業(yè)生產之中，但如何才在家居中或在教室里的環(huán)境下利用水栽培技術種植蔬菜？

為此，學校首先組織參加STEM項目學習的初三年級11個班的全體學生到珠海大型水栽培農場參觀了解到水栽培植物生長的基本條件是：陽光、水分、營養(yǎng)、空氣?，F要在家居中或教室里用水栽培技術種植蔬菜，如何保證水栽培植物獲得這些條件？

表1? ? ? ? ? ? ? ? 跨學科知識和方法的應用

通過小組討論，學生認為要在家居中或教室里實現水栽培技術種植蔬菜，可以采取如下幾個方法（見表1）保證水栽培植物獲得陽光、水分、營養(yǎng)、空氣等條件。

在上述跨學科知識分析的基礎上，教師設計幾項學習活動（見表2），學生進一步通過應用科學探究方法、工程思維方法、制作實踐方法以及數學分析和表達的方法，實現在家居或教室環(huán)境下用水栽培技術種植蔬菜。

從上面例子可見，在跨學科的STEM項目學習中，學生以真實情境的問題為導向，以問題解決作為學習任務，引導學生發(fā)現并整理與學習任務相關的學科知識和學科方法，通過實踐加深對這些學科知識和方法的理解，在探究和實踐的過程中形成個人認識，也充分調動并鍛煉了學生的科學探究能力、工程設計以及技術制作的實踐能力，從而獲取能力和思維的成長，有力提升學生的科學精神和創(chuàng)新實踐能力，促進學生的全面發(fā)展。

三、STEM教育跨學科學習活動

5EX設計模型

STEM教育的核心特征是跨學科學習，因此，在設計和實施STEM 教育項目時，必須強調：（1）STEM教育需要以真實情境中的問題來驅動，通過對問題解決的思考與實現，體驗科學探索的方法和工程技術制作實踐的真實過程，從而獲得智慧和能力的成長。（2）STEM教育本質上是跨學科學習， STEM教育項目面向的是自然真實情境中需要認識和解決的問題， STEM教育是通過運用跨學科知識和方法去解決實際問題的能力培養(yǎng)，而不只是追求創(chuàng)新作品的產生。（3）STEM教育學習項目不是課外的科技小組活動，它是一種與傳統(tǒng)課堂教學不同的課程教學方式。它要有明確的教學目標、教學進度、教學策略和教學評價。（4）STEM教育學習項目要面向全體學生，而不只是關注少數具有制作創(chuàng)新能力的學生。（5）STEM教育要面向學生做中學的全過程，關注學生在各個學習環(huán)節(jié)中的表現，而不只是關注其作品的水平。STEM教育項目學習的設計需要充分體現跨學科學習的精神。一般包含以下四個基本要素：

（一）選擇主題，確定學習項目

跨學科學習是要讓學生面對真實情境中的問題，并以尋找問題的解決辦法作為學習任務，進行以任務驅動的學習，因此，STEM項目的學習主題應當是與實際生活緊密相關，是學生可以認識和理解并能產生實際應用效果的問題。學生可以通過項目實施過程，學習并綜合應用跨學科知識和方法解決實際問題。 STEM課程主題按學習任務劃分，可分為多種類型[7]：（1）驗證型主題，其學習任務是要對已知定律和現象進行驗證;（2）探究型主題，其學習任務是對一些現象進行探究并解釋;（3）設計型主題，其學習任務是根據一定的條件，設計符合條件的物品;（4）制作型主題，其學習任務是根據一定的科學原理，制作出符合科學原理的物品;（5）創(chuàng)新型主題，其學習任務是設計和制造創(chuàng)新物品。

（二）確定項目學習目標

STEM教育課程的教學目標包括知識目標與能力目標，在表述上可以歸納為“學生將通過……（活動），了解和學習……”。例如：制作型主題“制作雨量器”的教學目標可描述為：“學生通過體驗式的學習和探索，了解如何觀察天氣，以及天氣數據有哪些用途。通過小實驗：制作風向標，讓學生學會如何測定風向，按照工程設計過程，學會設計制作雨量器并學會如何進行雨量測量。”[7]同時，STEM教學目標還可從跨學科角度劃分為科學知識與方法、技術知識與制作、工程知識與設計、數學知識與描述，可以從這四個方面對教學目標進行分解。

（三）跨學科學習活動的設計

跨學科學習要以項目學習方式并通過多個學習環(huán)節(jié)來實現，而不是簡單的一節(jié)課堂教學就能實現?？鐚W科學習活動設計就是要根據真實情境中的問題來確定學習任務、學習目標、學習內容、學習情境和教學對象，設計并安排相應的學習活動，讓學生通過參與活動進行學習。因此，在設計時不但要考慮到跨學科的特點，也要考慮活動間的環(huán)環(huán)相扣。STEM教育項目學習不是簡單地將相關學科知識疊加起來，而是讓這些相關學科知識和方法通過項目學習活動形成連貫的、有組織的跨學科學習課程結構。我們把問題驅動、思維培養(yǎng)、實踐能力培養(yǎng)、創(chuàng)新嘗試和效果檢測五個方面作為跨學科學習活動的設計要遵循的基本要素。為此，我們把跨學科學習活動分為五個學習活動環(huán)節(jié)：進入情境與提出問題活動（Enter and Questions，EQ）;探究學習與數學應用活動（Exploration and Mathematics，EM）;工程設計與技術制作活動（Engineering and Technology，ET）;知識擴展與創(chuàng)意設計活動（Expansion and Creativity，EC）;多元評價與學習反思活動（Evaluation and Reflection，ER）。我們將上述五個學習活動歸納為跨學科學習活動5EX模型，如圖1所示。不同環(huán)節(jié)學習活動的內容將在下文中具體闡述。

1. 活動一：EQ（Enter and Questions），即進入情境與提出問題

此活動旨在讓學生進入真實問題情境之中，提出問題與任務，通過問題驅動，以項目學習方式進行主題學習。教師可以設計多種活動進行情境導入，例如：（1）閱讀相關的科普資料;（2）展示圖片、視頻等資料;（3）到與項目相關的真實現場參觀等方式。教師在此活動中要能夠引導學生提出與項目相關的問題并進行思考，同時，要培養(yǎng)學生閱讀與收集資料的能力。

2. 活動二：EM（Exploration and Mathematics），即探究學習與數學應用

此活動旨在讓學生圍繞問題或任務，通過科學探究方法（科學實驗、現場觀察、調查訪問、工具測量等）和數學方法去尋求問題解決的方法或解析問題，理解并應用知識。其中，數學方法是科學探究的基礎，數學應用應滲透在科學探究活動中，如讀取數據是科學實驗、觀察和調查必備的操作，可以利用數學語言來描述客觀世界的特征，學會用標準單位測量并記錄不同類型的數據等。此活動遵循一定的流程，并要求教師與學生按照科學探究的步驟開展教學活動，如圖2所示，可歸納為5個步驟。

（1）創(chuàng)設情境，提出問題：教師創(chuàng)設與生活緊密相關的真實情境，引導學生根據生活與學習經驗提出需要探究并要解決的問題。

（2）面對問題，作出假設：教師引導學生作出假設性的判斷，學生能夠填寫表格并學會作假設。

（3）選擇方法，進行探究：教師有設計探究活動的方法（設計實驗操作指南、調查提綱等），介紹與項目相關的探究方法并引導學生進行探究，如科學實驗、現場觀測、社會調查等。

（4）收集數據，歸類整理。

（5）分析數據，形成觀點：提出數學描述的要求（使用標準單位、確定測量對象、建立變量關系等）。

）

3. 活動三：ET（Engineering and Technology），即工程設計與技術制作

此活動旨在讓學生承擔任務，通過工程設計并動手制作，完成制品，通過做中學，提升創(chuàng)新實踐的能力。在此活動中，學生用盡可能多的方式進行頭腦風暴，尋求解決問題的方法，但并不要求學生對方法進行對錯的判斷，而是讓學生用設計圖解釋和表達自己的想法，然后分享交流，選出最優(yōu)方案。學生根據最優(yōu)方案，選擇材料和工具，合作完成成品制作。在整個活動過程中，學生可以通過測試或交流等方式找出失敗的原因，進而完善自己的方案和成品，體驗完整的工程設計和技術制作流程。此環(huán)節(jié)一般以小組為單位完成任務，其中工程設計和技術制作活動的流程可以歸納為6個步驟，如圖3所示。

（1）確定任務，明確需求：教師需提出明確的工程制作任務（包括提出性能要求、技術標準等），讓學生明確任務需求。

（2）提出方案，畫出草圖：教師引導學生根據任務進行頭腦風暴，提出解決方案，畫出草圖，并依據草圖向同伴說明和解釋自己的想法，學生通過交流與分享選出組內最優(yōu)方案。

（3）制定計劃，分工實施：教師需設計工程規(guī)劃表格，各小組討論明確各環(huán)節(jié)時間分配及人員分配。工程規(guī)劃表格應當包含工程設計的一系列流程，包括任務描述、初步設想、選擇材料、制作原型、性能測試、發(fā)現問題、改正制品、制品定型。

（4）動手制作，完成原型：原型制作時，需經過一系列的步驟，如了解性能要求、選擇材料、選擇工具、選擇工藝、性能檢測、改正制品、制品定型等，學生在此過程中學習并應用技術工藝知識。

（5）性能測試，改善方案：在此環(huán)節(jié)中，要讓學生明白制作模型時常有失敗發(fā)生，要學會測試及改進制品。對制作的原型進行測試，找出失敗的原因，進而改進與完善自己的工程設計方案。

（6）修改原型，定型制品：學生根據經過測試及完善后的設計方案，通過與同伴、教師交流與分享，修改自己的作品，最終定型制品。

4. 活動四：EC（Expansion and Creativity），即知識擴展與創(chuàng)意設計

此活動旨在讓學生走進社會，將知識與社會聯系，根據需求提出更高要求的設計任務，激發(fā)學生拓展知識的興趣，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力。

5. 活動五：ER（Evaluation and Reflection），即多元評價與學習反思

此活動旨在通過多元評價對象與多元評價方式，檢驗學習者是否達到課程目標、效果如何以及為改進課程提供依據。STEM課程的學習評價是以過程性評價為主、總結性評價為輔，并采用多元評價對象即教師、社會專家學者和學生參與評價，對基礎知識、任務完成、創(chuàng)意設計等內容進行測試與評價。

STEM項目學習注重學生的自我學習反思。學生通過自我反思能夠意識到自己的思維變化，能夠讓學生隨時監(jiān)控和掌握自己的學習狀況，能夠識別對某個知識和能力掌握到何種程度，以及自我評估還需要參與何種學習過程才能夠達到對知識和能力的進一步理解和掌握。學生的自我學習反思過程對于提升個體的自我反思能力是有益的，有助于促進學生的全面發(fā)展。

（四）跨學科學習活動支持文檔的設計

由于STEM課程特別注重過程性評價，因此，設計能夠體現學生學習全過程的文檔極為重要，STEM課程的學習文檔主要包括三類：（1）學習活動指導文檔，包括與主題相關的閱讀資料、實驗操作指南、社會參觀和調查活動指南等幫助學生自主學習、探究學習或合作學習的資料;（2）學生學習記錄文檔，包括測量數據記錄表格、問題思考表述文檔、問題探究過程記錄表格（問題、假設、探究過程與數據、結論）、工程設計表格（方案、材料、時間及人員分配、測試結果、改善方案及定型）、制作過程記錄表格等能夠記錄學生學習過程的資料;（3）學生自主學習評價表格，包括對自己學習任務完成的評價表格（規(guī)劃設計能力、技術制作能力、資源與時間管理能力、團隊合作能力、成果展示能力等）與自我反思表格（PMIQ表：已懂得的知識、還不懂的知識、感興趣的知識、存在的疑問）等幫助學生進行自我評價的工具。

四、基于5EX設計模型的STEM教育實踐

為響應教育部在《教育信息化“十三五”規(guī)劃》中提出的、要積極探索“跨學科學習（STEM教育）、創(chuàng)客教育等新教學模式的應用”的要求，2016年6月，由中國教育技術協(xié)會、中國教育信息化產業(yè)技術創(chuàng)新戰(zhàn)略聯盟、華南師范大學教育信息技術學院、廣東省高等學校教育技術中心、香港電腦教育學會、香港智庫創(chuàng)新教育學會、澳門中華教育會、澳門電腦學會等聯合發(fā)起，成立了粵港澳大灣區(qū)STEM教育聯盟，聯盟旨在推動STEM教育粵港澳大灣區(qū)中小學的應用?；浉郯拇鬄硡^(qū)STEM教育聯盟的任務是培訓學校教師，建立STEM教育實驗學校，開展STEM教育項目實踐，編寫本土教材，組織學術交流。目前，聯盟已在廣東、香港和澳門建立了20多所STEM教育實驗學校，根據5EX跨學科學習活動設計項目學習方案，開展了“制作手工柴燒陶杯”“制作量雨器”“人工鳥巢”“設計并制作FEG智能車”“四足機器人”“魚菜共生”“制作過濾柱”“機械馬”“家居水栽培”“望遠鏡制作”等十多個STEM教育項目的教學實踐，還形成了一批可推廣的STEM教學設計方案。本文重點介紹其中的“設計并制作FEG智能車”跨學科學習活動設計方案。

（一）主題確定

無人駕駛汽車已越來越多地應用在我們的現實生活中，它是通過車載傳感系統(tǒng)感知道路的環(huán)境，自動規(guī)劃行車路線并控制車輛到達預定目標的智能車。FEG智能車是中小學學生學習了解無人車基本性能的良好器材（如圖4所示），本課程將聚焦于智能車的設計與組裝，為學生介紹智能車的發(fā)展與應用。

（二）教學目標描述

“設計并制作FEG智能車”的教學目標可描述為：“學生通過智能車科普材料和視頻了解智能汽車的基本組成等知識，通過科學探究學習車體形狀及組裝方式，通過拼裝與駕駛簡易智能車，體會工程設計的過程，利用3D建模軟件進行創(chuàng)意設計，通過多元評價反思學習過程，利用項目式學習促進學生全面發(fā)展。”它的教學目標的分解見表3。

（三）教學活動設計

1. 活動一：進入情境，提出問題（EQ）

本環(huán)節(jié)共包括三個學習活動：進入情境、提出問題、觀察體驗和記錄結果。首先，教師為學生提供智能車的相關科普資料與視頻，讓學生進入真實的生活情境中，激發(fā)學生的學習興趣。其次，根據視頻及科普閱讀資料，提出與本主題相關的問題，如簡易智能車車體的構造是什么樣的？簡易智能車靠什么驅動？如何實現無人駕駛？最后，教師可以給學生提供簡易的FEG智能車，讓學生通過體驗與駕駛，觀察并記錄簡易智能車的基本結構、運行條件和控制方式。本環(huán)節(jié)具體的流程如圖5所示。

2. 活動二：探究學習，數學應用（EM）

本環(huán)節(jié)主要探究智能車車體的結構特征，包括兩個探究活動，分別是探究材料形狀對其承重能力的影響以及車體的連接方式。

探究活動一是通過科學實驗探究智能車材料的形狀對材料承重能力的影響。首先，教師提出問題：材料如何影響其承重能力？引導學生說出材料的種類和形狀影響其承重能力。在本活動中，主要探究材料形狀對其承重能力的影響。讓學生作出假設：圓柱形/長方體形/正方體形的穩(wěn)定性及承重能力最好。教師給出實驗探究所需的材料，如A5紙、硬紙板、書和膠帶，并引導學生進行科學探究。探究活動一的具體流程如圖6所示。

探究活動二是通過科學實驗探究智能車車體的連接與組合方式，首先，給學生提供閱讀材料，讓學生知道汽車的組成結構以及常見的機械連接方式：可拆卸連接（螺紋連接、咬合、鏈接等）和不可拆卸連接（焊接、鉚接等），帶領學生分析自行車的機械連接方式，為學生自主探究FEG智能車車體的組合方式打下知識基礎。其次，為學生提供實驗所需的材料，如螺栓、螺帽、帶孔木板若干、FEG智能車1.0版普通接頭、鋁管若干和鑰匙扣圓環(huán)若干。最后，學生通過實驗操作，比較螺紋連接、咬合和鏈接三種連接方式，并將結果填寫在表格中，通過比較讓學生明確咬合這種連接方式更適合FEG智能車車體的組裝。探究活動二的具體流程如圖7所示。

3. 活動三：工程設計，技術制作（ET）

本環(huán)節(jié)讓學生通過搭建簡易FEG智能車，進一步感受工程設計的過程，學會看設計圖以及明確搭建智能車所需的必備知識。首先，學生可以三人為小組，體驗駕駛FEG智能車，并明確小組任務，即利用已有材料搭建FEG智能車;其次，學生研究給出的設計圖，明確智能車車體結構、連接方式以及所用的材料和工具;明確各部分材料及連接方式后，小組討論，制定計劃并分工實施;搭建過程時，注意記錄所用時間，完成后與設計圖對比是否一致;各小組完成后，在小組間交流搭建方法與過程，互相改進學習;最后，小組內分析與反思搭建方法有何不足，應當如何解決，怎樣可以提高搭建效率，縮短時間。本活動的具體流程如圖8所示。

4. 活動四：知識擴展，創(chuàng)意設計（EC）

本環(huán)節(jié)為學生提供更自由的創(chuàng)作空間，讓學生學習利用3D建模軟件設計和組裝創(chuàng)意FEG智能車，進一步體驗工程設計的流程。首先，學生需明確任務，即設計并搭建一輛貼近生活實際的創(chuàng)意FEG智能車;其次，以小組為單位，頭腦風暴，提出方案，按照自己的想法畫出草圖;小組內討論方案，教師指導并給出建議;組內選出最優(yōu)設計方案，利用3D軟件建模并打印元件;明確分工，利用材料和工具搭建創(chuàng)意智能車;搭建完成后，針對設計原型測試是否達到預期效果并提出改進方案，進行調試改正;最后，小組展示，分享交流，并進行評價。本活動的具體流程如圖9所示。

5. 活動五：學習反思，自我評價（ER）

本環(huán)節(jié)旨在用多種評價方式評估學生的學習情況，改善教學方法，有針對性地幫助學生更好地學習，包括線上評價和線下評價兩種方式。

線上PBL教學平臺：教師通過線上平臺快速讓學生練習，對學生作業(yè)進行點評并及時反饋，如學生搭建基礎版FEG智能車的工程設計規(guī)劃過程和創(chuàng)意設計FEG智能車的整個過程（包括草圖設計、分工、時間規(guī)劃等電子資料或圖片）。

線下多角度評價：包括基礎知識測驗（智能車的基本組成部分、簡易智能車的連接方式、驅動方式等知識）、任務完成評價（搭建簡易FEG智能車和創(chuàng)意設計活動）、PMIQ表自我反思。針對任務完成評價，通過教師評價、學生自評和同伴互評，對學生的規(guī)劃設計能力、技術制作能力、資源與時間管理能力、團隊合作能力和成果展示能力五個方面進行評價。

（四）教學支持文檔設計

（1）學習活動指導文檔：教師需預先設計或準備好無人駕駛汽車的科普閱讀材料、FEG智能車的基本結構等材料、車體連接方式的參考材料、彈簧的功能和應用以及其在FEG智能車中的應用、SolidWorks操作指南、FEG智能車制品評價標準等文檔。

（2）學生學習記錄文檔：教師需預先準備好每一環(huán)節(jié)思考與練習的文檔與材料，如課題導入階段的人們?yōu)槭裁窗l(fā)明智能汽車、FEG智能車的基本組成部分、FEG智能車的體驗與觀察;探究學習活動中材料影響承重能力的實驗記錄表格、數學測量運算的記錄表格、FEG智能車工程設計記錄表、創(chuàng)意FEG智能車設計圖與制作過程記錄等文檔。

（3）學生自主學習評價表格：包括FEG智能車項目中所含的各項基本知識的測驗文檔、任務完成評價中的評價表格（規(guī)劃設計能力、技術制作能力、資源與時間管理能力、團隊合作能力、成果展示能力等）與自我反思表格（PMIQ表：P=已懂得的知識、M=還不懂的知識、I=感興趣的知識、Q=存在的疑問）等幫助學生進行自我評價的工具。

基于跨學科學習的STEM教育著眼于復合式創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)，在新時代背景下，其教育意義和價值仍在不斷拓展延伸。但是如何準確地把握其內涵，還需進行多方面的研究與實踐。本文從跨學科學習的視角，結合基礎教育的現實與挑戰(zhàn)，提出跨學科學習的五個要點和跨學科學習活動5EX的設計模型及其實踐經驗，希望能夠對促進STEAM教育的實踐提供借鑒。

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