陳鵬　田陽等

摘要：隨著全球經(jīng)濟與科學技術的快速發(fā)展，STEM教育已成為世界各國科技創(chuàng)新人才培養(yǎng)和教育教學改革的重要戰(zhàn)略和途徑。探索STEM教育應用模式，開發(fā)跨學科融合的STEM課程，是推動STEM教育開展的關鍵。為促進我國STEM教育課程設計與開發(fā)，該研究以美國斯坦福大學教育學院與設計學院合作的d.loft STEM Learning項目中的STEM課程為例進行案例研究，在詳細介紹課程整體結構、課程活動設計及實施的基礎上，分析并總結歸納該課程的特點。主要包括：基于設計思維培養(yǎng)學生核心技能與STEM素養(yǎng)，課程活動目標與美國《下一代科學教育標準》相對應，以真實問題與項目為載體實現(xiàn)跨學科整合，提供豐富的學習支架與工具促進有效學習的發(fā)生。在此基礎上，圍繞STEM教育與設計思維的核心理念，從學生能力培養(yǎng)出發(fā)，構建了基于設計思維的跨學科STEM課程模型，并提出相關實施建議，為STEM教育實踐提供有價值的借鑒。

關鍵詞：STEM教育;STEM課程;設計思維;跨學科整合

中圖分類號：G434 文獻標識碼：A

一、引言

隨著全球經(jīng)濟和科學技術的飛速發(fā)展，創(chuàng)新已成為國家核心競爭力必不可少的組成部分，科技創(chuàng)新人才培養(yǎng)是實施創(chuàng)新驅動發(fā)展戰(zhàn)略，推動工業(yè)4.0時代創(chuàng)造強國建設的關鍵和重要著力點。從1986年美國政府發(fā)布《本科的科學、數(shù)學和工程教育》（Undergraduate Science，Mathematics and Engineering Education提出STEM教育理念，到2018年的《制定成功路線：美國STEM教育戰(zhàn)略》（Charting a Course for Success：Americas Strotegy for STEM Education），美國歷屆政府出臺了一系列相關政策和政府報告。大力發(fā)展STEM教育，培養(yǎng)科技創(chuàng)新人才已成為美國維持全球經(jīng)濟領先地位的直接動力，STEM教育也成為世界各國推進課程教學改革和創(chuàng)新人才培養(yǎng)的重要戰(zhàn)略。

當前STEM概念從原來分學科的理解逐步轉向整合，研究者認為其是有目的地、融合科學、技術、工程和數(shù)學學科知識以解決真實情境中問題的整合式課程;也有研究者超越內容層面提出STEM教育是一種教學策略、教學方法與思路或教學哲學，關注學科之間的相互作用，重視學生整合式思維過程和技能。無論將STEM理解為課程還是教學策略或方式，其內涵都是指科學、技術、工程和數(shù)學的融合，目標是培養(yǎng)學習者的STEM素養(yǎng)，發(fā)展學生具備溝通協(xié)作能力、批判性思維、問題解決能力、創(chuàng)新能力等21世紀技能。

我國STEM教育研究起步較晚，其研究內容主要涵蓋STEM課程整合理念，STEM教育發(fā)展背景，STEM教育與創(chuàng)客教育的關系以及教學實踐研究等。相比較國外研究，政策介紹解讀、理論探討較多，實踐研究相對較少。目前我國的STEM課程主要在中小學綜合實踐課、信息技術課或創(chuàng)客活動中實施，以3D打印、可視化編程、機器人設計、科學小制作等為課程主題，以探究式學習、項目式學習、設計型學習為主要教學模式，采用如工程設計方法、5E/6E探究流程、設計雙循環(huán)模式等指導學生實踐?？梢钥吹侥壳拜^多的STEM課程把技術教育、工程教育作為整合課程的關鍵點，關注多學科知識的學習和運用，注重學生的參與和體驗，但也存在一些問題和不足。首先，STEM教育沒有形成系統(tǒng)的、完整的課程標準，沒有規(guī)范的教材，以及我國長期以來的分科模式和課程結構、對工程類課程的教育價值的忽視，導致不同人對STEM教育的認識各不相同，難以較好地開展STEM跨學科整合型課程的設計與實施，STEM教育成效甚微。其次，STEM課程主要以單次課為主，貫穿一學期的課程設計和實踐案例較少，短期、不連貫和缺乏系統(tǒng)性設計的教學內容難以促進學生深度學習、實現(xiàn)思維能力發(fā)展。再次，缺乏教學理論指導，學?，F(xiàn)有STEM課程通常重視在教學形式上的整合、或技術工具的使用來制作作品，未能真正實現(xiàn)學生跨學科知識與能力的整合、真實問題解決能力的提升，以及學生創(chuàng)造力的發(fā)展。

作為以人為本的創(chuàng)新方法論，設計思維從理解人的需求出發(fā)，綜合應用多學科知識，形成創(chuàng)新解決方案?！耙匀藶橹行牡脑O計”的理論已經(jīng)影響了諸多全球500強將其作為企業(yè)創(chuàng)新的主要方法，其孕育的“創(chuàng)造性思維于行動中”使它受到越來越多的教育界人士的青睞，并認為將設計思維引入教育系統(tǒng)能解決教育的許多根本問題。眾多國際著名高校紛紛以設計思維為核心開設相關課程或項目，越來越多的研究者嘗試將設計思維應用在K12課堂。設計思維關注來自真實情境的問題解決，通過一定的方法和工具，綜合運用多學科知識，最終產(chǎn)生創(chuàng)新性的解決方案，其真實性、綜合性、創(chuàng)新性等特點為STEM教育注重學科課程之間的融合、學生對知識的應用提供了新路徑。研究者將設計思維理念與方法融入到STEM課程中，認為設計思維是促進STEM教育和創(chuàng)客教育深度融合的合適方法，利用設計思維提出相應的STEM探究模式，使得設計活動過程較工程設計更有趣簡單。

斯坦福大學設計學院（d.school）是全球設計思維研究最有代表性機構之一，它提出的設計思維模型在全球受到了廣泛關注與應用，其以設計思維為核心的相關課程，更是全球創(chuàng)新人才培養(yǎng)中理論與實踐完美結合的典范。本研究以斯坦福大學設計學院與教育研究生院（Stanford Graduate School of Education）合作開發(fā)的、基于設計思維的d.Loft STEM Learning課程為例，詳細分析課程的整體設計、活動設計以及教學實施等，以期為當前我國跨學科整合型STEM課程的開發(fā)提供借鑒和啟發(fā)。

二、斯坦福大學d.loft STEM項目課程的背景

2009年奧巴馬政府致力于優(yōu)先發(fā)展科學、技術、工程和數(shù)學（STEM）教育，發(fā)起了“創(chuàng)新教育”運動，以提高美國學生在STEM領域的參與度和表現(xiàn)。這項運動引發(fā)不僅包括聯(lián)邦政府在STEM上的投入，也有很多全球頂尖企業(yè)、慈善基金會、非營利組織和科學與工程學會等加入進來，以期提高全美年輕人在數(shù)學、技術、科學和工程領域的出類拔萃。

在美國國家科學基金會（National Science Foundation）ITEST項目的資助下，斯坦福大學教育研究生院和設計學院合作成立了REDlab（Research in Education & Design），其目標是探索設計思維作為一種新的教學方式的可行性，促進設計思維融入課程教學，賦予教育變革。在此愿景下，REDlab基于d.school的設計思維方法開發(fā)了d.loft STEM Learning系列課程，旨在通過基于設計思維的動手實踐、互動式的學習活動，培養(yǎng)學生掌握STEM領域的深層知識以及提高STEM職業(yè)的興趣。項目團隊與加州、猶他州的教育工作者合作，開展課程研討會，探索在多個學科領域以設計思維為視角來開發(fā)STEM主題課程，將設計思維融入到課堂。該系列課程中將設計思維和緊迫的全球問題（包括水、能源和住房）緊密結合，鼓勵學生積極面對并解決全球和本地環(huán)境中的設計挑戰(zhàn)。水（Dive In！Water Curriculum）、能源（Ignite！Energy Curriculum）和避難所（Built to Learn！Shelter Curriculum）的再設計是d.loft STEM項目中經(jīng)典課程案例，學生在課程中探索基于能源的設計思維挑戰(zhàn)，開展與環(huán)境保護、節(jié)約能源及生產(chǎn)相關的STEM活動。本研究選擇d.loft STEM項目中“避難所的再設計”（Buih to Learn！Shelter Curriculum）作為分析對象，詳細探討基于設計思維的跨學科STEM課程的整體設計、活動設計以及教學實施等。

三、基于設計思維的d.loft STEM課程的分析

（一）課程整體設計

“避難所的再設計（Redesigning Shelter）”通過STEM和設計思維的結合，來培養(yǎng)學生的創(chuàng)新、創(chuàng)造力、批判性思維、解決問題、溝通和協(xié)作等方面的能力。通過STEM基礎知識的學習，以開發(fā)可行的方案來解決當?shù)?、國家和全球的難題。在為期四周的項目中，運用設計思維方法來識別和解決現(xiàn)實世界的問題，基于STEM概念和共情驅動的設計思維過程來設計并建造避難所，提高學生們創(chuàng)新的信心和能力。

課程以模塊化的方式組織，總共包括4個模塊，詳細如表1所示。完成課程所有內容需要4周，每周5-8小時的講授課時以及額外的活動時間。該課程為6-8年級的學生設計，同時也可用于各種夏令營、課外活動和工作坊，教師可以根據(jù)課時安排、學生水平來選擇性的延遲或縮短部分模塊的時間。模塊3和模塊4中的“設計挑戰(zhàn)2.0、3.0”都是將學生對STEM概念的學習聯(lián)系在一起的設計體驗。

模塊1：個人住房設計挑戰(zhàn)。從介紹設計挑戰(zhàn)開始，為學生簡單概述設計過程。通過后續(xù)活動為學生提供學習和實踐設計思維方法的機會，深入體驗設計過程。

模塊2：STEM知識學習。學習與房屋建造相關的知識，包括建筑、可持續(xù)發(fā)展、結構與材料等單元。

模塊3：全球避難所設計。為發(fā)展中國家的人們設計住所，學生運用模塊1學習的設計思維方法，結合模塊2中學習的STEM概念來進行實踐。他們共情生活在發(fā)展中國家、缺乏學習和游戲空間的同齡人，經(jīng)歷設計過程的從共情到原型，最終設計并制作出避難所的原型來滿足發(fā)展中國家人們的需求。

模塊4：當?shù)刈》吭O計挑戰(zhàn)。重新設計學校空間與環(huán)境，結合設計思維和STEM知識，為特定的用戶設計學校避難所。課程結束時，匯報展示最終產(chǎn)品。

（二）跨學科知識和學習活動設計

該課程圍繞房屋設計與建造這一主題，根據(jù)其設計和建造過程中需要開展的科學研究和工程實踐活動，劃分為3個設計挑戰(zhàn)和7個基于STEM的單元組成。每個STEM單元對應美國《下一代科學教育標準》（Next Generation Science Standards，簡稱NGSS）中的學科目標要求，圍繞學科核心概念，進行整合設計。7個STEM基礎單元在內容與能力目標上逐漸深入、螺旋上升，其內容包括：制作原則、建筑、可持續(xù)性發(fā)展、結構與建筑材料、全球住房、生物多樣性和STEM職業(yè)。它們圍繞“房屋設計”主題融合了與之相關的物理結構、材料、氣候、生態(tài)等多方面的知識，具體依托的學科包括數(shù)學、物理、化學、地理、生物等，共同為學生完成設計挑戰(zhàn)，創(chuàng)建最佳設計解決方案提供所需的STEM知識和技能。在設計活動中，融合STEM學科知識和工程制作，有效地聯(lián)結、利用、融合成一個整體的教學架構，來幫助學生跨越多學科，獲得對知識的全面理解?；谠O計思維融合多學科知識內容，開展以人為中心的創(chuàng)新設計活動，課程模塊及內容安排如表2所示。

（三）基于設計思維的STEM設計挑戰(zhàn)

設計思維方法作為一種支持創(chuàng)新學習及復雜問題解決的方法，不同的機構組織或研究者開發(fā)了適用于不同領域的操作模型。例如，早期Simon提出“分析—綜合—評估”的設計思維線性模型;Tim Brown在線性模型基礎上提出的“靈感（Inspiration）、構思（Ideation）、實現(xiàn)（Implentation）”三階段的循環(huán)模型;英國設計協(xié)會提出的體現(xiàn)思維發(fā)散聚斂的“雙鉆模型（Double Diamond model）”，包括發(fā)現(xiàn)（Discover）、定義（Define）、開發(fā)（Develop）、交付（Deliver）四個階段;IDEO將Tim Brown模型分解為“發(fā)現(xiàn)（Discovery）、解釋（Interpretation）、構思（Ideation）、實驗（Experiment）、評估（Evaluation）”五個環(huán)節(jié);德國波茨坦大學HPT研究院（Hasso Plattner Institute）將設計思維分成理解（Understand）、觀察（Observe）、整合觀點（Define Point of View）、構思（Ideate）、原型（Prototype）、測試（Test）六個步驟;以及斯坦福大學設計學院（d.school）提出“共情（Empathize）、定義（Define）、構思（Ideate）、原型（Prototype）和測試（Test）”五階段的EDIPT模型（如圖1所示），這也是目前全球教育領域中采用最廣泛的設計思維模型。d.loft STEM項目課程中基于d.school的設計思維模型來組織和開展學習活動，本研究以“設計挑戰(zhàn)2.0：全球避難所設計”的內容為例，介紹其學習活動具體的實施流程。

1.共情需求環(huán)節(jié)

本環(huán)節(jié)的主要目標是學生深入探索設計過程的共情階段，通過觀察和訪談的信息，對發(fā)展中國家難民營中的同齡人建立同理心，尋找流離失所者對生活住處和方式的見解及需求，并繪制同理心地圖。

首先，教師通過帶有敘利亞地區(qū)背景的幻燈片，向學生介紹任務，即為發(fā)展中國家的同齡人重新設計庇護所。然后，教師播放一段17歲敘利亞難民哈納迪（Hanadi）的訪談視頻，學生在觀看時要“仔細觀察所看到的、聽到的，試著設身處地的為他們著想”。視頻看完后，學生需要回答“你對哈納迪有什么了解？關于哈納迪，什么讓你感到驚訝？如果你可以問哈納迪一個問題，你會問她什么？”等問題，小組內部對這些問題進行討論與交流。最后，學生根據(jù)訪談的過程和結果，以及教師提供的模板要求，在大白紙上繪制同理心地圖。

2.定義問題環(huán)節(jié)

學生根據(jù)上一階段得到的同理心地圖來定義哈納迪的需求，并陳述小組需要解決的問題。教師向學生呈現(xiàn)如何綜合訪談的數(shù)據(jù)，用不同的語句來描述用戶的需求。小組內開展討論，得到2-3個觀點陳述，認真思考“對用戶、需求和內部有清晰的描述”，最終確定需要解決的設計問題，并在全班進行觀點陳述分享。

3.方案構思環(huán)節(jié)

方案構思是設計思維中非常重要的一個環(huán)節(jié)，它直接影響作品的創(chuàng)造性。該環(huán)節(jié)聚焦于通過頭腦風暴來發(fā)散思維，從而讓小組設計作品的思維變得更加清晰;通過分析來篩選或者合并創(chuàng)意的想法，思維從分散逐步收斂，最終形成匯合群體智慧的作品設計方案。

首先教師向學生介紹頭腦風暴的規(guī)則和技巧，并給學生提供如何在小組中進行頭腦風暴的列表。在真正的頭腦風暴之前，帶領學生開展5分鐘的即興活動進行熱身。然后，將成員經(jīng)過頭腦風暴之后得到的想法進行匯總，通過反思對比，并在此基礎上修改、重構自己的方案。之后，每個小組將方案在全班進行分享，每位學生選擇他們最喜歡的3個方案，并在相應的便利貼下投票。最后，每個小組分享他們得票最高的方案。在此過程中，需要結合前面單元模塊中學習過的結構、材料、建筑、環(huán)境生物等方面的知識來進行方案構思。

4.原型制作環(huán)節(jié)

學生將根據(jù)選擇的方案構建原型，教師給學生提供小木棍、紙帶、紙板、塑料管道、馬克筆等其他手工制作可用材料，學生制作出避難所的紙原型。同時，學生還可以通過故事板的方式，將設計方案呈現(xiàn)出來。通過故事板來表示各個角色、場景、事件是如何串聯(lián)在一起的，從而給人們呈現(xiàn)完整的體驗過程。在制作過程中，教師要鼓勵學生進行反思和討論“是否犯過錯誤，從中學到了什么，如何改進設計？”等。

5.測試迭代環(huán)節(jié)

學生向大家簡要的介紹小組原型，從教師和其它學生中得到用戶反饋，重新思考他們的設計方案是否滿足了用戶的需求，解決了用戶的問題。學生之間提出“你喜歡/不喜歡這個方案中的什么？什么讓你感到驚訝？”等問題。得到反饋之后，對方案進行優(yōu)化迭代。

四、d.loft STEM項目課程的特點

通過對d.loft STEM課程的分析發(fā)現(xiàn)，其在核心理念、課程目標、課程內容、活動設計等方面值得未來STEM課程的開發(fā)者和一線教學工作者學習和借鑒。

（一）基于設計思維培養(yǎng)學生核心技能與素養(yǎng)

設計思維是一種創(chuàng)新的、以人為中心的方法來定義和解決復雜問題的動態(tài)過程，它可以在現(xiàn)實環(huán)境中完善STEM學習。設計思維的每個環(huán)節(jié)都在培養(yǎng)學生相應的思維及技能，學生從訪談和觀察開始培養(yǎng)對用戶的同理心;數(shù)據(jù)綜合分析提供發(fā)現(xiàn)用戶深層需求和洞察的機會;生成式的頭腦風暴為學生提供使用STEM知識和21世紀技能創(chuàng)造創(chuàng)新解決方案的工具。學生們帶著創(chuàng)造性的信心完成這段學習經(jīng)歷，以創(chuàng)新的、以人為本的方式成為積極的問題解決者，鍛煉了21世紀核心技能及素養(yǎng)，從而更好地面對未來的挑戰(zhàn)。d.loft STEM項目課程中通過協(xié)作互動的學習活動，以設計思維過程為實踐方法，貫穿STEM學科知識來開展實踐活動。避難所再設計的案例中總共有3個完整的設計挑戰(zhàn)，每個設計挑戰(zhàn)都要求學生嚴格的按照設計思維的“共情一定義一構思一原型一測試”五個環(huán)節(jié)來完成。同時，在一些單元中加強對設計思維某些環(huán)節(jié)的鍛煉，例如在“城堡設計挑戰(zhàn)”單元，鍛煉學生共情需求的能力;“棉花糖挑戰(zhàn)”單元，鍛煉學生結構制作搭建原型的能力等。

（二）課程目標與NGSS標準相對應

d.loft STEM項目課程中，每個模塊都列出其教學目標，以及為實現(xiàn)教學目標而要求學生所需完成的、具體的、可操作且可衡量的學習成果。教學目標以及每個教學活動，都與《下一代科學標準》中的具體學科標準及其要求所對應。課程根據(jù)NGSS設計當前主題下解決的核心問題所涉及的工程科學、生命科學、物理科學和地球科學四大領域具體的學科核心概念。例如，在此案例模塊3中的“氣候帶的設計挑戰(zhàn)”單元，學生需要掌握地球氣候帶的知識，了解不同區(qū)域地理、氣候和溫度差異，以及這些差異對人們生活的影響。同時，在“全球避難所設計”單元中，需要綜合考慮地理、氣候在結構設計中的限制與約束。該單元的目標和知識對應NGSS中的MS-ETS1和MS-LS2的內容，分別是中學工程設計（Middle School Engineering Design）和中學生態(tài)系統(tǒng)（Middle School Ecosystems），如表3所示。

（三）以真實情境問題為載體實現(xiàn)跨學科知識整合

杜威認為教育不能脫離現(xiàn)實環(huán)境，不能孤立地、抽象地訓練學習者的思維力。d.loft STEM項目課程以現(xiàn)實世界的真實問題為載體，把學生置于復雜、有意義的問題情境中，將STEM學科知識融入在具體的實踐活動中，通過開展一系列實踐活動，驅動學生在真實情境的問題解決過程中將科學、技術、工程和數(shù)學等多學科知識和技能進行整合應用。基于設計思維的、STEM課程中的“設計挑戰(zhàn)”以基于項目的協(xié)作學習方式，學生在教師的引導下基于設計的過程和方法對項目問題進行探索，綜合運用STEM多學科知識和技能，有效利用教師提供的各種資源與工具，最后以創(chuàng)意物化形式解決現(xiàn)實問題。例如，模塊4的“設計挑戰(zhàn)3.0：在學校設計避難所”，學生要掌握如何將STEM概念和設計思維過程應用到自己學校的再設計中。在此過程中不僅要運用設計思維的過程方法，對教師、學生及相關人員進行訪談，還需要結合之前所學的生物、材料、物理、數(shù)學等學科知識進行數(shù)據(jù)分析整理、物理結構設計、工程搭建等，最后將設計創(chuàng)意賦予原型。

（四）提供豐富的學習支架與工具促進有效學習發(fā)生

d.loft STEM課程強調運用設計思維完成真實問題的解決，通過學生動手實踐促進在復雜學習過程中有效學習的發(fā)生。每個單元模塊中，教師根據(jù)單元內容和目標的不同，按照實踐活動的需要給學生提供相應的學習支持工具，其作為學習支架促進學生完成設計挑戰(zhàn)，實現(xiàn)在真實的問題情境中將對新知識的深入理解進行知識遷移并應用。

在此案例中，教師不僅在知識講授、設計挑戰(zhàn)提出時給學生提供多媒體形式的學習支架，還會在每個環(huán)節(jié)都為其提供完成學習活動、設計挑戰(zhàn)所需要的各種支持性工具，如同理心地圖、需求分析表、訪談記錄表等階段性工作表格，頭腦風暴、原型制作階段需要的工具和材料等（如表4所示）。例如，在模塊1的“城堡設計挑戰(zhàn)”單元中，教師給學生提供了紙板、剪刀、膠帶、大白紙、筆（彩色馬克筆、鉛筆、蠟筆）、王冠或皇室標準。同時，還給學生提供了“王室需求表”范例以及學生需要完成的需求分析表，如表5所示。

五、對我國STEM課程開發(fā)和建設的啟示

通過前面的分析發(fā)現(xiàn)，斯坦福大學“避難所再設計”課程在教學策略和活動設計方面有很多值得我們借鑒的地方。為了更好地培養(yǎng)創(chuàng)新型人才，結合當前我國STEM教育的現(xiàn)狀，本文提出基于設計思維的跨學科STEM課程模型和學習模式（如2所示），以期對STEM課程建設和開發(fā)有所啟示。以學科關聯(lián)模塊的形式開展基于探究的學習，關注在跨學科關聯(lián)模塊的學習過程中，借鑒設計思維方法，引導學生基于真實項目開展設計實踐，在活動過程中實現(xiàn)知識建構和核心素養(yǎng)的發(fā)展。課程根據(jù)設計思維的“共情—定義—構思—原型—測試”五個環(huán)節(jié)，聯(lián)通科學探究、數(shù)學分析、技術實現(xiàn)和工程設計，實現(xiàn)在真實情境中的問題解決。

課程總共分為四個模塊，教師根據(jù)STEM課程學習目標，選擇現(xiàn)實生活中的真實問題，并將解決該問題所涉及的數(shù)學、科學、技術和工程相關學科知識融入進來，最后學生通過設計實踐，以作品呈現(xiàn)問題解決。首先問題提出模塊，學生接受教師提出的問題，確定學習的主題。然后進入探究主題階段，教師通過講授和基于問題的學習方式，組織學生通過相關的活動單元，學習與主題結合的科學、數(shù)學、技術與工程的相關學科知識。接下來進入設計實踐環(huán)節(jié)，教師引導學生按照基于設計思維方法來完成活動，并提供學生相應的學習支架，如學習資源、任務表單、活動工具、技術制作工具等。在原型完成之后，學生可以通過海報、視頻、情景劇等多種方式展示和分享小組成果作品，并展開互評和反思（如圖3所示）。

基于設計思維的跨學科STEM課程需關注以下幾個方面：

（1）綜合多學科課程標準來設計課程教學目標。d.loft STEM課程根據(jù)《下一代科學標準》中課程目標的要求，設計STEM學習主題所需要的物理、生物、地理及工程科學領域的學科核心概念。STEM課程目標不是某一門學科的課程目標，而是要將多個學科的課程目標綜合考慮，重新設計與學生認知能力、知識水平相符的課程目標。

（2）以真實情境的問題解決為學習途徑。問題或項目的設計對于STEM教學設計與實施效果具有重要的影響，STEM教育中的問題情境應該是來自學習者身邊的科學問題。STEM教育教學實踐以項目為支撐，強調將科學知識蘊含在項目中。學生應用所學知識解決這些真實世界和情境的科學問題，其本質上是基于建構主義的情景化學習模式，通過項目來實現(xiàn)對知識的理解和掌握。

（3）以設計思維為學習活動指導策略。作為支持創(chuàng)新學習及問題解決的方法，設計思維為學生提供在設計過程中所需的策略、方法及工具。在具體的策略方法上，它為學生者提供了一套系統(tǒng)的模式，學習者通過它學習如何共情、創(chuàng)意構思、原型迭代等，參照設計思維方法的操作過程框架，按照其方法，一步步完成設計制作的過程，從而使得設計、制作、創(chuàng)新變得簡單、透明。在設計思維的各個環(huán)節(jié)中，學生需要用到多種調查與分析的方法，如觀察、訪談、體驗、頭腦風暴、九宮格等。同時，為學生設計實踐的每個環(huán)節(jié)提供了大量的思維可視化工具，為學生設計創(chuàng)作提供腳手架支持，有效地幫助學生解決問題，完成設計挑戰(zhàn)。

（4）以設計思維方法作為教師教學創(chuàng)新的指導策略。數(shù)字時代的STEM教師不僅需要知識、技術整合應用的教學能力，更需要一種直接指向創(chuàng)新教學變革的設計思維與能力。設計思維方法作為支持創(chuàng)新學習及復雜問題解決的方法，為教師設計創(chuàng)造性教學和持續(xù)改進教學提供很好的策略及方法指導，幫助教師教學改進原有的課程，以適應未來教育的要求，通過設計創(chuàng)新教學，實現(xiàn)培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力的教育目標。

（5）多方協(xié)同合作建設STEM課程及教育生態(tài)體系。最新的美國STEM教育戰(zhàn)略“北極星計劃”中強調通過建立涵蓋學校、家庭、社區(qū)學院、博物館、圖書館與科學中心、企業(yè)與基金會，以及其它非營利性組織的STEM生態(tài)系統(tǒng)，促進學習者在課堂、校園內外更好地開展STEM學習。STEM的協(xié)同合作包括校內與校外的多方合作，政府及教育部門從政策、資源、環(huán)境、師資、資金等各方面提供支持，整合學科間以及校內外的資源，銜接正式教育和非正式教育，打造STEM教育實踐社區(qū)，建設一體化的STEM教育生態(tài)體系。

六、結語

作為全球公認的科技創(chuàng)新人才培養(yǎng)的有效模式，我國開展STEM教育應借鑒國際先進的理念，成立國家STEM教育委員會，加強STEM教育的頂層設計，形成政府、高校與科研機構、公共服務機構、企業(yè)以及中小學校等多方力量參與的STEM教育生態(tài)體系;構建貫通小初高各學段的STEM課程標準體系，推動STEM課程的研究，促進有效地培養(yǎng)學生STEM素養(yǎng)和21世紀核心素養(yǎng);推動教育教學改革，開發(fā)系統(tǒng)化的、優(yōu)質的、跨學科整合的STEM課程及學習資源，實施創(chuàng)新課程模型，在課程中實施基于項目的、探究的、設計的學習;建立STEM教育監(jiān)管和評價機制，通過一系列評價和監(jiān)管機制，確保STEM教育的質量，推動STEM教育的有序開展，提高我國的科技創(chuàng)新能力和全球核心競爭力。