肖龍海 黃逸舒

摘要：本研究使用描述性的課堂觀察工具對中、美小學(xué)教師的STEM課堂錄像個案進行了編碼和描述，并從教學(xué)環(huán)境、教學(xué)模式、教學(xué)行為、教學(xué)內(nèi)容的角度對其進行分析和比較。研究結(jié)果表明，中、美小學(xué)教師的STEM教學(xué)都體現(xiàn)出一些相同的特征：跨學(xué)科的學(xué)習(xí)內(nèi)容、項目式學(xué)習(xí)的教學(xué)組織、問題解決導(dǎo)向的過程性評價和整合跨學(xué)科內(nèi)容與教學(xué)策略的教師專業(yè)素養(yǎng)，但兩位教師在跨學(xué)科整合的取向、教學(xué)組織流程和策略以及真實性評價方面也存在著差異，這些異同點能為STEM教學(xué)實踐和教師發(fā)展都帶來一定的借鑒和啟發(fā)。

關(guān)鍵詞：STEM教學(xué);中美比較;課堂錄像分析

Abstract： This study uses descriptive classroom observation tools to code and describe STEM classroom video cases of primary school teachers in China and the United States， and analyzes and compares them from the perspective of teaching environment， teaching mode， teaching behavior and teaching content. The results show that the STEM teaching of primary school teachers in China and the United States has the same characteristics： interdisciplinary learning content， project-based learning teaching organization， problem-solving oriented process evaluation and teachers’ professional quality integrating interdisciplinary content and teaching strategies. However， there are also differences between the two teachers in the orientation of interdisciplinary integration， teaching organization process and strategy， as well as authenticity evaluation. These similarities and differences can bring certain reference and inspiration for STEM teaching practice and teacher development.

Keywords： STEM teaching; comparison between China and the United States; analysis of classroom video

一、引言

盡管目前關(guān)于STEM教學(xué)的研究越來越多，但在小學(xué)的跨學(xué)科STEM教學(xué)實踐中，教師仍然遇到了很多挑戰(zhàn)，包括在教學(xué)管理、課堂教學(xué)、小組合作等方面的問題[1]，因此研究STEM課堂教學(xué)對促進STEM教學(xué)推進和教師專業(yè)發(fā)展有重要的價值。同時，由于中、美兩國開展STEM教學(xué)的時間及其所背靠的教育環(huán)境的不同，中美兩國教師的STEM課堂教學(xué)存在一定的差異，尤其是美國的STEM教育起步早，其已在STEM教育上取得了較多的成果，如“引路計劃”（Project Lead The Way）和“工程學(xué)為基”（Engineering is Elementary）都是美國的STEM教育的重要經(jīng)驗?；诖耍狙芯恳灾?、美兩國教師的STEM課堂教學(xué)為研究對象，剖析和探討兩國小學(xué)教師的STEM課堂教學(xué)情況及其異同，為STEM教學(xué)發(fā)展提供借鑒，尤其促進中國教師的STEM教學(xué)實踐健康發(fā)展。

二、STEM教學(xué)理念

縱觀目前的STEM研究和課程實踐，國際上有三個關(guān)于STEM教與學(xué)的理念基本達成了一致，即指導(dǎo)性的;作為一套綜合或相互聯(lián)系的學(xué)科;更依賴于利害關(guān)系人或者是可視化或概念化的情境[2]。

（一）指導(dǎo)性

強調(diào)STEM教學(xué)以學(xué)生為中心，為學(xué)而教，教師的責(zé)任是指引和引導(dǎo)，與傳統(tǒng)的知識灌輸、被動接受的理念相悖。因此，STEM教學(xué)應(yīng)側(cè)重于組織學(xué)生活動，關(guān)注學(xué)生的參與及過程。如美國和諧公立學(xué)校開創(chuàng)的“STEM學(xué)生登臺秀”模式則將學(xué)生參與作為教學(xué)的關(guān)鍵要素，該模式由教師主導(dǎo)的教學(xué)和學(xué)生項目兩大部分組成，在教師主導(dǎo)的教學(xué)中，教師除了講授新概念，還將動手實踐、Youtube視頻實驗、學(xué)生教學(xué)等環(huán)節(jié)融入課堂中，讓學(xué)生積極參與，而學(xué)生項目則分為短期項目和學(xué)年項目，皆由學(xué)生自主動手完成[3]。潘星竹等的“支架+”STEM教學(xué)模式則強調(diào)教師的職責(zé)是在解決問題的各個階段給予學(xué)生相應(yīng)的學(xué)習(xí)支架，從而推動學(xué)生完成學(xué)習(xí)任務(wù)[4]。

（二）學(xué)科的聯(lián)系與綜合

強調(diào)STEM學(xué)科在不同程度上的整合，即在教室或?qū)W校里有意識地、公開地協(xié)調(diào)兩個或兩個以上STEM學(xué)科的學(xué)習(xí)目標(biāo)和學(xué)習(xí)活動[5]。其中，技術(shù)和工程在STEM教學(xué)中可作為貫穿整個學(xué)習(xí)過程的連接器，將數(shù)學(xué)和科學(xué)的概念和知識嵌入到技術(shù)和工程的實踐過程中，以實現(xiàn)整合性STEM（Intergrated/Intergrative STEM，iSTEM）的教育[6]。

（三）情境性

指向?qū)嵤㏒TEM教育的真實情境，一是指STEM教育需要扎根于其所處的社會環(huán)境當(dāng)中，關(guān)注地方性和全國性的利害關(guān)系人的需求;二是指STEM教學(xué)要創(chuàng)設(shè)真實的問題情境，使得課堂所學(xué)、動手實踐與學(xué)生的真實生活能串聯(lián)起來、相互聯(lián)系，實現(xiàn)學(xué)習(xí)遷移。

常見的STEM問題情境大致建立在科學(xué)探究取向、社會科學(xué)取向和工程設(shè)計取向等三大類任務(wù)上，不同類型的情境因其教學(xué)重點的差異可以形成不同的教學(xué)模式，科學(xué)探究類的情境強調(diào)“知道”，因此教學(xué)模式可以由“確定探究主題-確定使用的工具-設(shè)計和制作工具-開展科學(xué)探究-學(xué)生自我評價-STEM學(xué)科內(nèi)容和本質(zhì)-報告研究結(jié)果”七大環(huán)節(jié)構(gòu)成[7];社會科學(xué)類的情境強調(diào)“社會性”，學(xué)習(xí)歷程則圍繞社會性議題的探討和解決來組織，如泰國學(xué)者Sutaphan， S.等將社會學(xué)習(xí)與STEM學(xué)科相結(jié)合，發(fā)展出了以“識別社會議題、識別潛在的解決方案、知識需求、決策、模型或產(chǎn)品開發(fā)、測試和評估解決方案、社會化和完成決策階段”為學(xué)習(xí)過程的STS教育模式[2.11.14];而工程設(shè)計類的情境則強調(diào)“設(shè)計制作”，教學(xué)以工程設(shè)計程序作為系統(tǒng)的問題解決模式，從而在問題情境的驅(qū)動下帶動科學(xué)探究，打破學(xué)科界限，現(xiàn)已成為美國STEM教育改革的重要啟示[8]。

在以上三個將STEM教學(xué)概念化的理念的要求下，基于項目和實踐的教學(xué)成為STEM教學(xué)中主要的教學(xué)方法。基于項目和實踐的教學(xué)以問題解決驅(qū)動和行動導(dǎo)向為組織學(xué)生活動的原則，能將指導(dǎo)性、整合性和情境性融合在項目實踐當(dāng)中。其以富含真實情境的挑戰(zhàn)性任務(wù)為核心，鼓勵并指導(dǎo)學(xué)生自主參與和協(xié)作學(xué)習(xí)，讓學(xué)生能在解決富有難度的問題中綜合運用所學(xué)的各學(xué)科知識和技能，并予以實踐、評估、展示，從而實現(xiàn)知識建構(gòu)和學(xué)習(xí)遷移。因此，在STEM教學(xué)模式研究和教學(xué)實踐中，基于項目和實踐的教學(xué)往往是重要的理論基礎(chǔ)。

三、研究設(shè)計

本研究采用課堂錄像分析法來對STEM教學(xué)個案進行研究。

為保證選取的教學(xué)個案能代表中、美兩國教師的STEM教學(xué)特點，同時又具有同質(zhì)性，本研究使用目的抽樣法從網(wǎng)絡(luò)上選取了兩個近三年內(nèi)的工程設(shè)計取向的課堂視頻作為研究的對象，其分別名為“美國STEAM課程試聽課”和“STEM課程《投石機》”。

選取的“美國STEAM課程試聽課”，是北師大實驗小學(xué)開展的“美國開放課堂”活動中的STEAM教學(xué)展示課，課程名為《小說工程課》，課堂時長約為45分鐘。該次活動展示了來自美國明尼唐卡學(xué)區(qū)的小學(xué)STEM教師所設(shè)計和教學(xué)的四個課程，《小說工程課》是其中一節(jié)，其由Melinda Barry老師和Laura Nelson老師共同設(shè)計和呈現(xiàn)，參與該課堂的學(xué)生均為中國學(xué)生，共32人?！缎≌f工程課》由美國教師設(shè)計并進行教學(xué)展示，課堂的教學(xué)設(shè)計和實踐均根植于美國STEM課程的理念，加上明尼唐卡學(xué)區(qū)的老師對STEAM教學(xué)都較為熟悉，STEAM教學(xué)經(jīng)驗也較為豐富，因此該課程教學(xué)能很好地代表美國的小學(xué)教師的STEM教學(xué)實踐過程。

選取的中國小學(xué)“STEM課程《投石機》”是泉州市豐澤區(qū)小學(xué)科學(xué)“基于STEM教學(xué)理念”課堂教學(xué)研討暨區(qū)小學(xué)科學(xué)名師工作室研討活動中的展示課，同時也屬于2017年全國教育信息技術(shù)研究課題“基于STEM教育理念的小學(xué)科學(xué)課程生活化研究”的階段活動。《投石機》課程由該區(qū)的優(yōu)秀教師設(shè)計并執(zhí)教，共有36名學(xué)生參與，課時總長為51分49秒，其教學(xué)植根于我國小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)，反映了我國小學(xué)科學(xué)的教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)理念，代表著我國大部分科學(xué)教師對跨學(xué)科學(xué)習(xí)的積極探索，該課程后來拓展至5個課時，成為了豐澤區(qū)教師進修學(xué)校的STEM教學(xué)案例，因此，《投石機》課程對中國教師的STEM教學(xué)具有一定代表性。

由于研究對象是工程設(shè)計取向的STEM教學(xué)個案，本研究使用工程設(shè)計的課堂觀察方案（the Classroom Observation Protocol for Engineering Design，COPED）[9]和STEM課堂觀察方案（The Classroom Observation Protocol for Undergraduate STEM ，COPUS）[10]來進行編碼和描述。這兩個方案均為每兩分鐘的描述性課堂觀察工具，其所有代碼均在一致性檢驗中獲得較高的分?jǐn)?shù)，具有較高的信效度。根據(jù)小學(xué)STEM教學(xué)的情況，本研究在使用時對這兩個方案的代碼及其釋義做了調(diào)整，僅留下四組代碼（表1）。在完成對課堂錄像的編碼和描述的基礎(chǔ)上，本研究從教學(xué)環(huán)境、教學(xué)模式、教學(xué)行為、教學(xué)內(nèi)容四個維度來對個案進行分析，并結(jié)合中美當(dāng)前的STEM教育情況，對兩國教師的STEM教學(xué)進行討論。

四、結(jié)果分析

（一）教學(xué)環(huán)境分析

在中國教師的《投石機》課堂中，學(xué)生分小組就坐于教室的兩側(cè)，教室的中心位置則劃分為每組測試和評估投石機模型的場地，這樣的空間安排使得學(xué)生能有效地進行小組協(xié)作，也方便教師對課堂教學(xué)環(huán)節(jié)的推進。但從空間位置來看，學(xué)生的座位固定在教室的兩側(cè)，與講臺的距離較遠，由于教師所能走動的范圍較為有限，坐在外側(cè)的同學(xué)便容易被忽略（圖1）。由此可見，《投石機》課堂的學(xué)習(xí)空間是相對固定且系統(tǒng)的，學(xué)生的座位及活動范圍劃分明確，教師為學(xué)生創(chuàng)設(shè)了適合小組協(xié)作、參與的學(xué)習(xí)環(huán)境，但也強調(diào)秩序性和規(guī)范性，凸顯了教師對課堂空間的管理權(quán)。

在美國教師的《小說工程課》中，學(xué)生座位呈U字形包圍講臺，位于教室的中心，這使得學(xué)生與教師的距離拉近，有助于教師與學(xué)生的互動與交流，學(xué)生成為課堂的中心（圖2）。

而在學(xué)生自主完成任務(wù)時，美國教師并未劃分統(tǒng)一的、固定的、規(guī)范的小組活動范圍，活動范圍和組隊皆由學(xué)生自由選擇。對比中國教師的《投石機》課堂而言，美國教師的空間和小組安排顯得更加靈活，突出學(xué)生的個性化和選擇性，學(xué)生對教室空間的利用權(quán)較大。通過固定的個人桌椅加上靈活的活動范圍，教師滿足了學(xué)生自主思考的需要，也為學(xué)生進行小組協(xié)作留有了空間，實現(xiàn)了協(xié)作性和個性化兼顧。由此可見，在《小說工程課》課堂中，學(xué)生的空間運動更為自由、靈活，以學(xué)生為中心的教學(xué)理念更為突出，但課堂的秩序管理則相對要難一些。

（二）教學(xué)模式分析

在中國教師的《投石機》課堂中，工程設(shè)計的九個要素都有出現(xiàn)，這表明，學(xué)生在課堂上體驗了較為完整的工程設(shè)計程序，其中，建造（Build）、展示（Share）和再設(shè)計（ReD）這三個要素的出現(xiàn)頻率最高，占據(jù)了最多的教學(xué)時間。由此可見，教師將工程設(shè)計的程序作為課堂教學(xué)的流程，工程設(shè)計的教學(xué)模式突出，并強調(diào)培養(yǎng)學(xué)生的動手操作、反思和展示的能力。但在具體的教學(xué)環(huán)節(jié)安排上，中國教師也根據(jù)自身的教學(xué)風(fēng)格和課堂任務(wù)進行了調(diào)整：在課堂的前14分鐘里，問題（Pro）、頭腦（Brain）、研究（Rsch）這三種要素交錯出現(xiàn)，并出現(xiàn)一定程度的重合，這表明教師將這三項任務(wù)合并為該課堂的驅(qū)動環(huán)節(jié);緊接著出現(xiàn)的計劃（Plan）、建造（Build）與測試（Test），均為學(xué)生動手操作的活動，其中教師將計劃（Plan）和建造（Build）這兩項程序放在了同一環(huán)節(jié)，學(xué)生按照自己的進度分配時間;而在課堂最后二十分鐘內(nèi)，評估（Eval）、再設(shè)計（Red）和分享（Share）則是課堂的組成要素，其在時間上也有所重疊，這表明教師將“再設(shè)計”這一任務(wù)融入“評估”與“分享”的環(huán)節(jié)中，讓學(xué)生既能根據(jù)測試數(shù)據(jù)來找到自己的模型存在的問題并思考如何改進，還能通過小組展示與交流來獲得啟示和靈感。（圖3）。

結(jié)合每一環(huán)節(jié)中師生的教學(xué)行為，可將《投石機》課堂的教學(xué)模式歸結(jié)如下（表2）。

在這六個環(huán)節(jié)中，“設(shè)計與制作”、“測試”和“評估”強調(diào)學(xué)生的自主參與與小組協(xié)作，而“問題與設(shè)想”和“展示與交流”這兩個環(huán)節(jié)由全班共同參與，教師的指導(dǎo)和講授較為突出（表2）。

分析美國教師的《小說工程課》的工程設(shè)計要素，則發(fā)現(xiàn)在該課堂中學(xué)生僅僅完成了問題（Pro）、頭腦風(fēng)暴（Brain）、計劃（Plan）、建造（Build）和分享（Share）這五個工程設(shè)計任務(wù)，學(xué)生并未體驗完整的工程設(shè)計程序，教師根據(jù)項目的內(nèi)容和時間的限制做了調(diào)整。其中，課堂的前二十分鐘里僅出現(xiàn)了問題（Pro）這一項要素，其占課堂時間最多，是該課堂最突出的部分，這表明，發(fā)掘、識別和分析問題是該次課堂的重點。接下來的時間則出現(xiàn)了頭腦風(fēng)暴（Brain）和分享（Share）這兩個要素，教師通過提問的方式引導(dǎo)學(xué)生對如何解決問題做出獨立地思考，并對學(xué)生的想法做出反饋，而學(xué)生則在分享與聆聽中互相激發(fā)靈感。而剩下的后半部分時間主要由計劃（Plan）、建造（Build）和分享（Share）這三個要素組成，其中建造（Build）與計劃（Plan）、分享（Share）這兩個環(huán)節(jié)都有不同程度的時間重合（圖4）。

《小說工程課》的教學(xué)模式可總結(jié)如下表（表3）。

其中，美國教師的講授和指導(dǎo)主要出現(xiàn)在“問題”和“頭腦風(fēng)暴”這兩個環(huán)節(jié)中，以全班共同參與的形式為主。而“設(shè)計”、“制作”和“分享與交流”環(huán)節(jié)，則讓學(xué)生自主或組隊完成任務(wù)，展示的對象也是由學(xué)生自主、靈活決定（表3）。

（三）教學(xué)行為分析

根據(jù)COPUS的統(tǒng)計結(jié)果可知，在中國教師的《投石機》課堂中，聽講（L）、回答問題（AnQ）和小組活動（GW）占學(xué)生行為的72%，為學(xué)生在該課堂中的主要學(xué)習(xí)形式，且尤以小組活動所占比例最大（圖5）;而教師則花了大部分的時間在提問（PQ）、管理（Adm）、一對一指導(dǎo)（1o1）和移動（MG）上（圖7）。因此可以判斷，在該課堂上，學(xué)生的主動參與程度很高，主要表現(xiàn)在小組活動（GW）、回答問題（AnQ）和展示（SP）上，該課堂采用了典型的合作學(xué)習(xí)策略，強調(diào)同伴指導(dǎo)的教學(xué)，突出培養(yǎng)學(xué)生的團隊協(xié)作能力（圖5、圖7）。

而在美國教師的《小說工程課》中，學(xué)生的學(xué)習(xí)行為較為多樣且所占的比例較為平均，其中出現(xiàn)最多的是聽講（L）、回答問題（AnQ）、小組活動（GW）和獨立思考（Ind），積極參與的特征也較為顯著（圖6）。而教師則采用的教學(xué)策略則包括一對一的指導(dǎo)（1o1）、管理（Adm）、講授（LEC）、和提問（PQ），這幾項教學(xué)行為所占的時間比例也較為平均，可見，美國教師在該課堂中使用了多種形式的教學(xué)策略對學(xué)生進行指導(dǎo)，包括傳統(tǒng)的講授式、激發(fā)學(xué)生思考的問答式、鼓勵同伴學(xué)習(xí)的小組互動，并使用一定地管理策略推進課堂項目的每一個環(huán)節(jié)（圖8）。與中國教師的《投石機》課堂相比，美國教師對學(xué)生回答問題或思考結(jié)果的全班性反饋較為顯著，其重視學(xué)生的學(xué)習(xí)過程并及時給予評估與反饋（圖7、圖8）?？傮w而言，美國教師的《小說工程課》教學(xué)形式豐富，教學(xué)風(fēng)格強調(diào)以學(xué)生為中心，兼顧講授式、問答式和協(xié)作學(xué)習(xí)，既關(guān)注學(xué)生個體或群體的獨特性，也注重整體性。

（四）教學(xué)內(nèi)容分析

中國教師的《投石機》課堂所設(shè)置的挑戰(zhàn)性任務(wù)是制作投石機裝置。該任務(wù)圍繞投石機的設(shè)計與制作串聯(lián)了STEM四門學(xué)科的知識與技能（表4），教師將科學(xué)學(xué)科的概念和知識安排在呈現(xiàn)“投石機”任務(wù)前（如投石機的結(jié)構(gòu)、杠桿原理）或嵌入到工程和技術(shù)設(shè)計過程中（如材料與性能、穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)），整個教學(xué)過程主要圍繞工程設(shè)計過程展開，科學(xué)和數(shù)學(xué)的知識和應(yīng)用主要用以支持工程設(shè)計的動手操作。因此，《投石機》課堂是聚焦于工程與技術(shù)設(shè)計的課堂，其主要強調(diào)將科學(xué)知識與動手制作的過程聯(lián)系在一起，以達成我國小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)中建議教師使用STEM跨學(xué)科學(xué)習(xí)方式，通過創(chuàng)設(shè)動手操作的環(huán)境，將技術(shù)、工程與科學(xué)進行整合，培養(yǎng)學(xué)生“動手做”的問題解決習(xí)慣和能力，轉(zhuǎn)變以知識講授為主的科學(xué)教育方式的改革目標(biāo)。然而，將投石機作為串聯(lián)科學(xué)和工程的任務(wù)情境也有一定的不足。投石機作為被淘汰的古代軍事裝置，與小學(xué)學(xué)生的日常生活脫節(jié)，真實性相對不足，對學(xué)生遷移所學(xué)存在一定的阻礙。同時，《投石機》課堂沒有設(shè)置任務(wù)以外的問題情境，使挑戰(zhàn)性問題集中在技術(shù)性與工程性方面，學(xué)生缺少對投石機適用情境的思考，使得其相應(yīng)的制作要求和評估體系不夠精準(zhǔn)。

美國教師的《小說工程課》則以解決繪本故事中的問題作為挑戰(zhàn)性任務(wù)。該任務(wù)主要涉及工程設(shè)計和文學(xué)藝術(shù)領(lǐng)域，教師將文學(xué)藝術(shù)的內(nèi)容作為工程設(shè)計的問題情境，使得學(xué)生的理解力、創(chuàng)造力和想象力的發(fā)展貫穿于整個教學(xué)任務(wù)當(dāng)中。（表4）盡管該課程沒有明確地涉及科學(xué)、技術(shù)、數(shù)學(xué)學(xué)科的知識，但美國教師以解決問題的流程為主線開展教學(xué)，并依次講解了“移情—定義—設(shè)想—構(gòu)建模型—測試”等解決問題的步驟，發(fā)展了學(xué)生的想象力、創(chuàng)造力、問題解決能力等高階思維能力，是跨越STEM具體學(xué)科的通用技能和核心素養(yǎng)。同時，繪本故事中蘊含的多種開放性問題及多種解決問題的可能性要求學(xué)生對問題進行比較，從而選擇緊急的、可解的問題來制定可行的解決方案，這與現(xiàn)實中結(jié)構(gòu)不良的問題有很大的相似之處，有助于學(xué)生將所學(xué)技能遷移至真實世界中。但以繪本故事作為問題情境也同樣會有一些天馬行空的情節(jié)，降低了問題情境的真實性，使得學(xué)生的作品缺乏了真實性的評估標(biāo)準(zhǔn)。

五、討論與啟示

（一）跨學(xué)科整合的教學(xué)內(nèi)容及目標(biāo)

跨學(xué)科性（Transdisciplinary）是STEM教學(xué)的重要屬性，其不僅強調(diào)STEM學(xué)科知識的相互聯(lián)系，更強調(diào)將其運用到真實情境或項目實踐中生成學(xué)習(xí)經(jīng)驗。不少研究指出，工程和技術(shù)項目可以作為串聯(lián)STEM學(xué)科的連接器，提升學(xué)生的STEM素養(yǎng)，實現(xiàn)知識建構(gòu)和學(xué)習(xí)遷移。[5][6][8]目前，中、美兩國都將工程與技術(shù)學(xué)習(xí)的內(nèi)容納入了小學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)中，提倡用工程和技術(shù)設(shè)計的實踐過程實現(xiàn)學(xué)科內(nèi)容的融合及有意義學(xué)習(xí)。但從中美兩國教師的教學(xué)個案來看，中、美兩國的STEM整合取向有一定的差異。中國教師的小學(xué)STEM課堂關(guān)注科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)的特定領(lǐng)域的知識、技能，并將其整合在實踐過程中，在課程取向上呈現(xiàn)出一些學(xué)術(shù)理性主義的特征，同時也兼顧了動手操作的應(yīng)用層面，而美國教師的小學(xué)STEM整合則指向跨越STEM學(xué)科邊界的核心素養(yǎng)和技能的養(yǎng)成，并在實踐的過程中發(fā)展學(xué)生對STEM學(xué)科的興趣及STEM領(lǐng)域中的核心觀念，如《小說工程課》中呈現(xiàn)了“以人為本”的問題解決思路。美國k-12的《STEM路線圖——整合性STEM教育框架》指出，除了科學(xué)探究、數(shù)學(xué)思維與推理、工程與設(shè)計這些特定領(lǐng)域的基本實踐以外，與STEM學(xué)科知識和實踐發(fā)展交織在一起的21世紀(jì)技能也是整合性STEM的重點目標(biāo)與內(nèi)容[11]。這些高階的思維和素養(yǎng)不僅是STEM教學(xué)的目標(biāo)，也是打破學(xué)科界限、整合教學(xué)內(nèi)容一種課程設(shè)計路徑，以其為出發(fā)點組織教學(xué)內(nèi)容可以將不同學(xué)科的基礎(chǔ)知識和技能目標(biāo)進行串聯(lián)和統(tǒng)整，并通過分析它們在現(xiàn)實世界中的相互關(guān)系和應(yīng)用情境，建構(gòu)出適切的、跨學(xué)科的真實任務(wù)情境及具體的教學(xué)內(nèi)容。

（二）以項目式學(xué)習(xí)為基礎(chǔ)的教學(xué)組織

項目式學(xué)習(xí)（Project-based learning，PBL）是一種體現(xiàn)典型的STEM理念的學(xué)習(xí)方式，其強調(diào)學(xué)習(xí)的社會性和實踐性，讓學(xué)習(xí)者在真實問題實踐中逐步理解概念，在挑戰(zhàn)性任務(wù)的實踐中進行知識建構(gòu)和發(fā)展思維[12]，能為學(xué)生的STEM跨學(xué)科學(xué)習(xí)創(chuàng)造適切的教學(xué)過程。本研究所分析的中美兩個STEM教學(xué)個案都充分地采用了PBL的教學(xué)策略，以挑戰(zhàn)性任務(wù)的實踐程序為主軸安排教學(xué)環(huán)節(jié)，在教學(xué)空間和教學(xué)行為的安排上體現(xiàn)出協(xié)作性、挑戰(zhàn)性、參與性、設(shè)計性和個性化指導(dǎo)等特征。兩個個案的教學(xué)策略的差異主要表現(xiàn)在自由度和靈活度上。中國教師的STEM教學(xué)強調(diào)系列的任務(wù)驅(qū)動，教學(xué)流程體現(xiàn)出課程內(nèi)容取向的特征，STEM任務(wù)更加明確，學(xué)生的主動權(quán)和自由發(fā)揮空間較小，教學(xué)環(huán)節(jié)和教學(xué)空間的秩序性突出。在一系列明確的任務(wù)要求和指導(dǎo)下，結(jié)果性產(chǎn)出往往大同小異，無法滿足學(xué)生的個性化發(fā)展[13]。而美國教師以問題解決的一般模式為核心，根據(jù)教學(xué)目標(biāo)和任務(wù)類型來調(diào)整教學(xué)環(huán)節(jié)及課堂重點，在實踐過程中給予學(xué)生自主探究的自由，更能尊重學(xué)生發(fā)展個人獨特思考和個人潛能的自主權(quán)。對問題的思考不限定思路，對解決問題的方法不進行預(yù)設(shè)，教學(xué)素材的選擇、探究方案的制定均不設(shè)定固定的模式，讓學(xué)生在探究過程中以問題組織學(xué)習(xí)過程[14]，此外，美國教師除使用PBL強調(diào)的合作學(xué)習(xí)策略外，還用了問答法、講授法、布置個人思考和及時反饋等多種教學(xué)方法，教學(xué)形式豐富、靈活。由此可見，挑戰(zhàn)性任務(wù)、協(xié)作學(xué)習(xí)、積極參與和教師指導(dǎo)是STEM教學(xué)的重要組織原則，但在此基礎(chǔ)上，教師也可以根據(jù)教學(xué)內(nèi)容和重點靈活安排教學(xué)環(huán)節(jié)及其相應(yīng)的教學(xué)形式。

（三）問題解決導(dǎo)向的教學(xué)評價

在STEM項目中，教學(xué)評價主要指的是貫穿在整個學(xué)習(xí)過程中對學(xué)生基于真實情境而提出的可行方案和實際操作的評估，其包括總結(jié)性的評估環(huán)節(jié)，也包括教學(xué)過程中教師和學(xué)生關(guān)于項目的討論和評估[3]。從兩個STEM教學(xué)個案來看，兩國教師更關(guān)注學(xué)生參與項目的過程及評估的指導(dǎo)和推動作用，他們主要使用的是一對一指導(dǎo)、展示和反饋的方式來實現(xiàn)個性化的過程性和總結(jié)性的評估，評估指向問題的解決。在STEM項目中，問題解決串聯(lián)了各學(xué)科學(xué)習(xí)內(nèi)容的思維和實踐過程，同時也指向?qū)W生學(xué)習(xí)成果的最終呈現(xiàn)，因此是教學(xué)過程中師生交互和教學(xué)評估的重要方向，也是評判最終學(xué)習(xí)成果及學(xué)生進步的重要指標(biāo)。從本質(zhì)上講，整合性的STEM與受環(huán)境限制的、關(guān)乎學(xué)生日常生活的問題有著根本的聯(lián)系[15]，來源于現(xiàn)實世界，最終又回歸到真實情境當(dāng)中，是STEM教育對學(xué)生個人發(fā)展和社會發(fā)展的深切關(guān)懷和價值所在。當(dāng)目標(biāo)指向于解決真實世界的問題時，師生才能在實踐的境脈中以語言與行動共同參與知識的建構(gòu)，在個體與世界的互動中感知、理解和改造世界[16]，這樣的問題解決過程與結(jié)果才是有意義的、可遷移的。為此，STEM教學(xué)需要將評價與教學(xué)進行統(tǒng)整，實行真實性評價。真實性評價要求教師將評價的過程貫穿于日常教學(xué)過程中，重視及時反饋，也要求學(xué)習(xí)者通過有意義和價值的成就展示來表現(xiàn)和證明其相關(guān)能力，其真實性主要通過評價任務(wù)、評價的自然情境、評價的社會情境、評價結(jié)果、評價標(biāo)準(zhǔn)的真實性來實現(xiàn)[17]。然而，本研究選取的兩個STEM個案在真實性評價的五個向度上都稍有欠缺，尤其是中國教師的《投石機》課堂并沒有設(shè)置內(nèi)含復(fù)雜問題的真實性情境，忽略了工程制作所關(guān)聯(lián)的現(xiàn)實世界，使得評估結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)與現(xiàn)實生活脫節(jié)，學(xué)科知識與真實世界之間的壁壘沒有被打破。相比之下，美國教師的《小說工程課》蘊含了多種開放性問題及多種解決問題的可能性，與現(xiàn)實生活中結(jié)構(gòu)不良的問題有很大的相似之處，在評價的情境上有一定的真實性。

（四）整合跨學(xué)科內(nèi)容與教學(xué)策略的教師專業(yè)素養(yǎng)

在教師專業(yè)發(fā)展中，學(xué)科內(nèi)容知識和教學(xué)法知識存在密切的交互作用，兩者的整合能使教師將特定的知識內(nèi)容進行重新組織和表征，以促進不同學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)建構(gòu)[18]。在STEM課程中，STEM的學(xué)科內(nèi)容和教學(xué)方式存在著復(fù)雜的交互關(guān)系，以開放式問題或挑戰(zhàn)情境驅(qū)動的PBL教學(xué)模式需與工程與技術(shù)設(shè)計、科學(xué)探究等過程相融合，STEM各學(xué)科的學(xué)習(xí)內(nèi)容及跨學(xué)科素養(yǎng)的培養(yǎng)則要求相匹配的教學(xué)環(huán)節(jié)和教學(xué)任務(wù)。因此，將STEM學(xué)科內(nèi)容與教學(xué)策略相融合是提升小學(xué)STEM教師專業(yè)素養(yǎng)的關(guān)鍵所在，建議教師可從以下幾方面著手。

1. 正確理解STEM教育理念與內(nèi)涵，厘清STEM學(xué)科之間的關(guān)系及其對教學(xué)方法選擇的影響。

2. 在跨學(xué)科的知識情境下不斷學(xué)習(xí)新的教學(xué)策略和教學(xué)技術(shù)，并與不同學(xué)科的教師進行合作與交流，積極探討能融合各個學(xué)科內(nèi)容的教學(xué)模式并予以實踐。美國有研究者指出，教師對STEM知識概念的理解不代表掌握了實施STEM教育所需的教學(xué)技能，在教師培訓(xùn)中，教師的理論知識學(xué)習(xí)結(jié)果優(yōu)于教學(xué)實踐表現(xiàn)能力，STEM教學(xué)實踐技能是教師培訓(xùn)的重點和難點[19]。

3. 在生活中養(yǎng)成問題意識，挖掘現(xiàn)實生活中的不良結(jié)構(gòu)的問題，并對其進行科學(xué)的探究和構(gòu)建有效的解決方案，積累更多多角度、跨學(xué)科解決現(xiàn)實問題的經(jīng)驗，為整合性的STEM教學(xué)設(shè)計奠定基礎(chǔ)。美國的UTeach教師培育項目也同樣設(shè)置了讓學(xué)生獨立設(shè)計并完成主題探究的學(xué)習(xí)任務(wù)，以深化對STEM研究方法的理解和體驗[20]。

本研究的兩個小學(xué)STEM教學(xué)個案表明，STEM學(xué)科知識、任務(wù)情境、教學(xué)空間、教學(xué)形式和教學(xué)環(huán)節(jié)是互相滲透的綜合體，只有將所有的教學(xué)要素與跨學(xué)科知識與技能進行整合，才能完善STEM教學(xué)實踐，提高STEM教師的核心競爭力。

總的來說，中、美小學(xué)教師的STEM教學(xué)個案在內(nèi)容、方法、評價方面都有一定的相同點，其反映出STEM教學(xué)的一般性特征，同時兩位教師在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式、教學(xué)行為和教學(xué)環(huán)境上的差異也凸顯出了STEM教學(xué)的豐富性，對兩國STEM教學(xué)實踐和專業(yè)發(fā)展都有啟發(fā)的意義。但本研究只是一項個案研究，選取了兩個教學(xué)個案，且沒能對教師的課前準(zhǔn)備和課后反思進行深入地了解，有一定的局限性，后續(xù)可以收集更多的課堂錄像進行量化分析和比較，或是結(jié)合教師的訪談做更深入地剖析。

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