董澤華　卓澤林

摘要：STEM整合課程通過建立科學、技術、工程和數(shù)學之間的跨學科聯(lián)系，發(fā)展學生解決真實問題的能力，符合核心素養(yǎng)的落實要求。如何在課堂中有效地實施STEM整合課程是開展STEM教育的核心難題。該研究在梳理STEM整合課程內(nèi)涵的基礎上，提出以項目學習模式來實施STEM整合課程，包括設計真實的項目活動、運用指向學生參與的教學策略、為了學生跨學科學習的評價方式。基于此，該研究進一步通過分析《設計喂鳥器》STEM項目學習的三個教學片段，例舉了設計喂鳥器項目的活動引入、喂鳥器核心議題的師生深度課堂對話以及喂鳥器設計評價任務的開展，以期為實施STEM整合課程提供具體的案例參照。最后，該研究指出實施基于項目學習的STEM整合課程在促進學生學習的同時，也對教師的專業(yè)發(fā)展提出全新要求。

關鍵詞：項目學習;STEM整合課程;內(nèi)涵與實施

中圖分類號：G434 文獻標識碼：A

新世紀以來，整個世界的經(jīng)濟發(fā)展逐漸從以傳統(tǒng)制造業(yè)為主導轉向以知識、科技創(chuàng)新為核心，這使得科技創(chuàng)新人才成為國家和社會發(fā)展的源動力。而對科技人才的培養(yǎng)要求促使課堂必須深度發(fā)展學生的跨學科問題解決能力、批判性思維與合作交流能力等。但是，諸多學校課堂受制于外界的升學壓力，將應試作為學校發(fā)展的重點，以分數(shù)驅動的教學模式取代了高質量的促進學生真正學習的教學實踐。為了培養(yǎng)未來所需的科技人才，學校課程必須發(fā)生變革，越來越多的研究表明由科學（Science）、技術（Technology）、工程（Engineering）和數(shù)學（Mathematics）組合而成的STEM整合課程（Integrative STEM Curriculum）逐漸成為實現(xiàn)上述愿景的重要渠道?！吨袊鳶TEM教育白皮書》（2017）也提議將STEM教育發(fā)展納入國家創(chuàng)新人才培養(yǎng)戰(zhàn)略，構建系統(tǒng)化、跨學段的STEM整合課程。這是因為STEM整合課程能讓學生在真實情境中，經(jīng)歷有意義的學習過程，擁有足夠的學習機會以來探索和發(fā)展科學技術，綜合運用多種學科知識以提升問題解決的能力，這符合創(chuàng)新人才培養(yǎng)的本質要求。其中，以項目學習為載體的STEM整合課程是實現(xiàn)STEM育人目標、培養(yǎng)STEM創(chuàng)新型人才的一種重要模式。因此，如何基于項目學習來實施STEM整合課程，幫助學生跨學科進行跨學科學習，提升學生創(chuàng)新實踐能力成為本研究的重點。

一、基于項目學習的STEM整合課程

（一）STEM整合課程

科學、技術、工程和數(shù)學四門課程知識之間存在著普遍的交叉聯(lián)系，這為STEM整合課程的形成提供了必要條件。當前，學界對STEM整合課程的不同理解產(chǎn)生了不同的STEM整合課程內(nèi)涵。桑德斯（Sanders）將STEM整合課程定義為“探索STEM兩個或以上學科領域之間，或者任一STEM學科和其他學校學科之間的教與學的方法”。摩爾（Moore）等人將STEM整合課程界定為“基于學科和真實世界問題之間的聯(lián)系，將STEM的某些學科或所有學科內(nèi)容納入到某一課堂、某一單元或某一節(jié)課之中”。在這一定義中，摩爾特別重視教師通過STEM情境的整合來教授STEM中某門或多門學科內(nèi)容。霍尼（Honey）等人將STEM整合課程概括為“在復雜現(xiàn)象或情境下，學生運用STEM各學科的知識和技能完成特定學習任務”。該定義與摩爾等人所界定的STEM整合課程有一定的相似性，都特別強調課程情境對于課程整合的重要作用。凱利（Kelley）和諾爾斯（Knowles）兩位研究者也將STEM整合課程理解為“在真實情境中結合STEM實踐，建立學科間的聯(lián)系以促進學生學習為目的，教授兩個或更多STEM領域內(nèi)容的方法”。上述STEM整合課程的定義，盡管表述各有不同，但都強調應基于真實情境，打破STEM四門學科的界限，將各個學科建立知識聯(lián)系，以達成跨學科整合的效果。此外，STEM整合課程并不是簡單地將四門學科合并，更不是“一刀切”地將所有四門學科內(nèi)容都設計到某一節(jié)課當中，而是需要根據(jù)特定主題找到學科問的關聯(lián)點，實現(xiàn)STEM的跨學科整合。總之，定義STEM整合課程并不是一件難事，而實施STEM整合課程才是開展STEM教育的真正挑戰(zhàn)所在。

（二）基于項目學習的STEM整合課程

為了有效地實施STEM整合課程，大量的學習模式不斷涌現(xiàn)，包括項目學習、探究學習、問題學習以及設計學習等。其中，項目學習（Project-based Learning）旨在以真實項目為基礎，要求學生運用多種方法技能，解決一系列問題，進而來完成最終項目。高質量的項目學習往往指向學生學習的本質，成為發(fā)展學生跨學科素養(yǎng)最為重要的一種學習模式。穆斯塔法（Mustafa）等人對近十年STEM整合課程研究的元分析表明，項目學習是當前STEM整合課程開展數(shù)量最多的學習模式。這也在一定程度上佐證了基于項目學習開展STEM整合課程的高效性?；陧椖繉W習的STEM整合課程，也即STEM項目學習，為學生提供開放式的真實項目任務，引導學生通過掌握和運用STEM跨學科知識和技能，解決多個相關問題，最終完成項目任務，達成所要求的項目學習目標。在STEM項目學習中，明確的STEM學習結果和開放的STEM項目任務是兩大核心要素。明確的學生STEM學習表現(xiàn)結果是指，通過實施STEM項目學習，學生實現(xiàn)所要求的STEM課程學習目標，也就是學生應該在科學、技術、工程和數(shù)學等方面呈現(xiàn)怎樣的具體學習結果。開放的STEM項目任務則是借助項目解決方案的多種可能性，讓學生運用STEM學科知識自由地解讀項目相關的問題，以形成諸多解決方式?？梢?，基于項目學習的STEM整合課程旨在讓學生參與到真實的STEM項目任務當中，學習和調動科學、技術、工程和數(shù)學等學科知識，形成項目解決方案并予以實施，最終完成項目產(chǎn)品，實現(xiàn)所要求的學習期望。

二、基于項目學習的STEM整合課程實施路徑

如果將實施理解為預設的方案在實踐中的具體開展，那么學校課堂層面的課程實施則主要涉及到學習方案的設計、教學實踐的開展以及對學生學習達成情況的評價。因此，實施基于項目學習的STEM整合課程，也主要包括這三大關鍵議題，分別為設計STEM項目活動以最大化地為學生提供學習機會，落實指向學生深度參與STEM項目學習的教學實踐以及開展為了學生STEM學習的評價?；诖?，本研究從這三大議題出發(fā)，探索STEM項目學習的可能實施路徑。

三、案例分析

在這一部分，我們將呈現(xiàn)上海某小學STEM課堂的三個教學片段。這三個片段都是同一位教師在教授《設計喂鳥器》STEM項目的不同時間段所產(chǎn)生的師生對話，并且充分體現(xiàn)了項目學習視角下STEM整合課程的教學特點。整個《設計喂鳥器》項目學習貫穿一整個學期，在一般情況下，該教師每兩星期上一次課，每次都是連續(xù)兩個課時?！对O計喂鳥器》項目的最終目標是學生以小組為單位，經(jīng)過一系列STEM課程學習和動手實踐之后，運用科學、技術、工程和數(shù)學等知識，設計喂鳥器方案，并根據(jù)方案制作一個能夠適合鳥類居住的喂鳥器。其中，該教師所用到的課程材料主要是由其所在學校向國際培森（Person）教育公司購買的，目前，國內(nèi)不少學校也在用此課程材料。但在與教師的訪談中，該教師提及培森課程材料非常簡單，很難直接指導教學的具體開展，因此，每節(jié)課教案的具體設計成為該教師課前的必備核心工作。盡管這讓教師失去照搬教材的“機會”，但反而給教師設計和開展STEM項目學習提供了足夠的自由空間。在這一背景下，我們援引三個課堂師生對話的片段，來一窺該教師是如何來基于喂鳥器項目具體開展STEM整合課程的。

（一）教學片段一：喂鳥器項目活動的引入

教師：剛剛通過視頻了解到如果一個地方的花朵枯萎了，如果一個地方的環(huán)境變得非常惡劣了，鳥類會通過遷徙的方式遷到其它地方來尋求更多的食物來源。那在我們上海地區(qū)也有很多的鳥類。據(jù)相關研究表明，這些鳥類數(shù)量也是在不斷減少的。除了城市森林面積少之外，還有一些比較極端惡劣的天氣，比如冬天異常的寒冷，夏天異常的酷熱，都會影響他們的覓食。那大家作為上海的一份子，你們可以為鳥類做些什么？幫助鳥類能做什么？

學生A：我們要保護綠化。

學生B：我們可以做個籠子，籠子里面給鳥兒放一些食物，讓它們在里面生存下去。

教師：你要把鳥捉到籠子里嗎？

學生B：不是，放些食物引誘它，讓它好好活下來。

教師：噢，我領會你的意思了。就是做一個籠子，用這個籠子來讓鳥兒休息。這個籠子叫什么？

學生（所有）：喂鳥器。（注：因為在前面的視頻已經(jīng)有提到喂鳥器的概念，學生就大膽說出了這個專業(yè)術語）

學生C：我可以自己動手做一個喂鳥器，然后做一個鳥巢，在鳥巢中放些食物，這樣小鳥就不用擔心沒有地方住了。

教師：非常有愛心，大家都想到了做一個喂鳥器，幫助小鳥度過寒冷的冬季。

……

教師：那么制作喂鳥器對我們來說是一個很大的什么？

學生D：哦……困難。

學生（部分）：工程。

學生（部分）：項目。

教師：對的，是很大的項目，工程。我們在做這項工程的時候，我們需要做哪些事情呢？

……

由于《設計喂鳥器》的項目情境是以國外生態(tài)環(huán)境為背景，這樣的情境設計就很難直接讓上海的小學生產(chǎn)生代入感，為了更好地把學生帶入到周圍生活中，在情境導入方面，該教師做了如下的本土化調整：首先通過網(wǎng)絡資源，特別是視頻資源介紹南美洲常見的蜂鳥在冬天時南遷覓食，南方的居民會為蜂鳥提供保暖的窩。然而，這樣的情境還是不容易讓學生真實體驗鳥窩對于鳥的重要性，也就難以讓學生置身其中去解決問題。教師進而以上海為真實背景，介紹上海地區(qū)的不同種類的鳥，指出上海并沒有太多森林綠化的前提下，呼吁學生為鳥類建造喂鳥器。于是，發(fā)生了上述引出《設計喂鳥器》項目活動的相關對話。

這段課堂對話發(fā)生在《設計喂鳥器》STEM項目的第二次課程教學中，教師在經(jīng)過良好的情境引入之后，引發(fā)學生對項目的初步認知，進而慢慢地呈現(xiàn)本學期所要解決的STEM核心問題，即“如何幫助鳥兒度過寒冷的冬季？”，解決這一問題就是需要開展相應的STEM項目。此時，教師鼓勵讓學生提出可解決該問題的項目方案，也就是設計一個適合鳥類生活的“籠子”。在這里，這一項目是真實的，設計真正能夠適合鳥類生活的“籠子”，把學生帶入到真實情境中，而且核心問題是明確的，但具體如何實現(xiàn)喂鳥器的設計，教師在這堂課中并沒有直接說，而是讓學生盡其所能地發(fā)散思維。同時，教師也在注重盡可能為學生營造可以大膽表達、貼近現(xiàn)實生活的學習環(huán)境，面對學生各種類型的回答，教師都給予不同程度地回應。最終，我們看到學生的回答從“籠子”到“喂鳥器”，再到“工程項目”，呈現(xiàn)遞進式的STEM概念轉化。

（二）教學片段二：小組深度討論喂鳥器的設計要點

教師：哪一個組，先到前面來匯報？對，你們小組，全部上來，每人說一條哦。

小組1（學生E）：我是認為給麻雀的食物要多，因為我經(jīng)?？吹铰槿冈诘厣铣詠沓匀?。

教師：你的意思是給鳥的食物要多樣化。

小組1（學生F）：麻雀要飛來飛去，要給它有地方飛。

教師：就是這個喂鳥器要大。

小組1（學生G）：高度要適合，高度要很高的話，就會很寒冷，麻雀就會凍死。

小組1（學生H）：還有，我們認為環(huán)境也要好，環(huán)境不好的話，會污染食物。

教師：都說好了吧？很棒。這一小組對喂鳥器的要求給出了他們的理由。

小組2（學生I）：如果喂鳥器食物過多的話，食物就會過期了。

小組2（學生J）：喂鳥器的高度，有的鳥兒習慣飛得很高，有的鳥兒習慣飛得很低，所以要確保麻雀飛行的高度，才能確保喂鳥器的高度。

教師：好，非常棒，繼續(xù)。

小組2（學生K）：喂鳥器口的大小，因為有的鳥很大，有的鳥很小，所以我們從體積、面積來設計的。

小組2（學生L）：還有，如果食物太少的話，鳥之間就會爭搶，有些鳥就會受傷了。

……

教師：接下來的小組講的盡量不要和他們重復哦。

……

該片段主要是在學生小組合作討論設計喂鳥器方案所應注意的事項之后發(fā)生的課堂對話。STEM項目學習強調工程設計對于項目完成的重要意義。因此，在讓學生完成喂鳥器這一工程時，教師首先要求學生進行頭腦風暴，相互合作來對喂鳥器的設計規(guī)范進行討論，然后對所討論的內(nèi)容進行小組匯報。在這一堂課中，小組討論匯報幾乎占了整整一節(jié)課的時間，教師讓學生以小組為單位深度挖掘設計喂鳥器應該注意的事項，這體現(xiàn)了對STEM項目中核心話題的深度探索。其中，教師持續(xù)地引導小組學生產(chǎn)生更為多樣的問題，并不斷讓學生從不同角度提出自己不同的觀點，盡可能地讓每個學生都“有話可說”。在這樣的情形下，學生擁有足夠多的機會參與STEM項目討論，每個人都有表達的機會。盡管我們看到在這一對話片段中，教師的話語數(shù)量很少，更多地是學生在匯報交流，但實際上，該教師在行為動作上，卻是在經(jīng)常地鼓勵、引導、規(guī)范學生的表達，不斷地去發(fā)現(xiàn)學生的閃光點，而這反而要求教師比傳統(tǒng)課堂教學需要投入更多的精力。正如前面所提到，在STEM項目學習中，教師是學生學習的引導者和促進者。

（三）教學片段三：喂鳥器項目評價任務的開展

教師：請你在拿到這張設計單時，馬上把你要喂的鳥的種類填上去。要注意哦，填上海地區(qū)比較常見的鳥。最好不可以出現(xiàn)上?；蛘咧袊鴽]有的鳥兒，不然的話，你設計的喂鳥器就沒有鳥來吃（里面的食物）。

學生M：好的！

教師：大家在設計喂鳥器之前，你們要看下我這邊的評分標準。請你們按照這樣的評分標準來設計，第一條布局要合理，書寫要清晰，字跡工整。第二條，團隊合作。第三條設計要貼合實際。第四條，喂鳥器的功能要盡可能齊全……（注：接下去老師闡述評分標準的內(nèi)容及要求，并自己展示較好的作品，體現(xiàn)評分標準所要求的）

教師：接下來我想問同學們一個問題，如果我們小組里三名同學，在設計的過程當中，比如對于采用什么零件啊、什么材料啊，有爭議，遇到這種情況怎么辦？

學生N：那每個人都可以說說為什么這個好，然后呢，最終看最好的材料來做。

教師：對，我們可以采取小組討論、投票的結果來決定用什么材料來做。如果你們小組只有兩名同學的話，可以找我，我來幫你們投投票，哪一個材料更棒。

該教學片段主要關于教師對喂鳥器方案設計評價任務的開展，包括以評分規(guī)則引導學生完成項目以及小組評議促進學生學習，體現(xiàn)了為了學生學習的評價理念。我們看到教師首先提出了課堂中學生所應完成的評價任務，也就是畫好喂鳥器的設計圖紙，并且應像工程師設計專業(yè)圖紙一般，對方案注明所用的材料、尺寸等，這就要求學生綜合應用科學、數(shù)學、技術、工程甚至藝術學科的知識。開放式的評價任務讓學生不再局限于回答某一問題，或者完成某一些試題，而是讓學生放手大膽地設計喂鳥器圖紙。為了使得學生的表現(xiàn)變得可見，從而變得可測評，對應這一評價任務，教師設計了學生能夠理解的具體評分規(guī)則。這一方面幫助教師評價學生的任務完成度，另一方面，學生也可對照評分規(guī)則來完成喂鳥器圖紙的設計。而這正是體現(xiàn)了指向學生學習的評價思想。此外，教師在具體實施評價時，針對“有爭議”的議題，采取的策略是鼓勵學生相互討論、相互評價，同時要求小組成員經(jīng)過科學地論證，得出小組最為理想的結果。更值得注意的是，該教師將自己教師角色適時地轉為學生的同伴，鼓勵學生讓自己參與到學生的設計活動評價中去，將教師評價作為學生的同伴評價，讓學生感受到教師同樣是他們的合作伙伴。這與傳統(tǒng)的教師絕對評價中心有著鮮明的區(qū)別。

四、結語

STEM整合課程為學生學習21世紀關鍵知識和技能提供了足夠的學習機會，并能顯著提升學生的跨學科學習態(tài)度。學生運用跨學科知識投身于STEM項目進而完成STEM項目，在這一過程中，他們擁有更多機會產(chǎn)生深度學習，實現(xiàn)跨學科問題解決和創(chuàng)新能力的發(fā)展。從前文所展示的三個教學片段中，我們可以清楚地看到STEM項目學習的課堂畫面，從項目設計、實施到評價，始終以項目解決為中心。本文詳細論述了項目學習視角下STEM整合課程的可能實施路徑，并為其提供了具體的課堂案例參照，以期幫助教師更好地理解STEM整合課程以及基于項目來開展STEM整合課程。很顯然，STEM項目學習的出現(xiàn)也給理科教師的專業(yè)發(fā)展帶來了諸多挑戰(zhàn)。首先，教師需要對項目學習和STEM整合課程有充分的認識。如果教師所經(jīng)歷的課程學習很少有跨學科內(nèi)容的聯(lián)系，那么他們對STEM項目學習的理解也就會出現(xiàn)偏頗，課堂的跨學科學習也就名不副實。其次，教師必須要有意識、有能力來引導學生積極參與課堂合作與討論之中，甚至放下身段參與到學生的解決項目工作中。這是因為STEM項目的解決關鍵在于團隊的合作交流，學生在合作中才能實現(xiàn)跨學科學習，這也是STEM項目學習育人目標的本質所在。最后，為了能夠讓STEM項目學習變得有效果，教師還應善于調動STEM相關的課程資源，以為學生盡可能地提供腳手架，支持學生學習。目前，盡管已有不少課程公司開發(fā)STEM課程材料，由于地方、學校情境的差異性，學生群體的獨特性，因此，照搬課程材料內(nèi)容并不是實施STEM項目學習的明智選擇，如何用活已有資源甚至創(chuàng)造新的課程資源的關鍵仍然在于教師本身。

STEM整合課程可以作為一個打破中國分科教學模式的突破口，但這需要從根本上加強教師的STEM整合教學專業(yè)發(fā)展。對STEM整合課程全新理念的認識、STEM整合教學變革的理解，都是有志于投身STEM教育的中國教師所需面對的挑戰(zhàn)。STEM整合課程源于國外，如何在中國本土課堂情境中開展，并在課堂中不斷追尋、完善STEM整合課程實施模式，還需要更多的教師和教育研究者一起加入實踐探索。