祁小榮

【摘?? 要】STEAM項目引導學生應用科學、技術、工程、藝術和數(shù)學的知識來解決實際問題，獲得多元化的學習體驗。FERA學習圈教學模型可將科學知識與實踐相結合，為教師設計和實施STEAM項目提供普適、實用的框架。以美國小學科學中的“地球系統(tǒng)”項目為案例，教師基于FERA學習圈模型，引導學生經(jīng)歷聚焦階段、探索階段、反思階段、應用階段。教學過程中，教師組建科學研究小組，與學生共同創(chuàng)作海報，引導學生尋求證據(jù)，使學生不斷深化對科學概念的理解并將其應用于解決現(xiàn)實問題的過程中。這一實踐為我國中小學設計與實踐基于STEAM理念的綜合性活動課程提供了有效的路徑與策略。

【關鍵詞】FERA學習圈；STEAM項目；跨學科學習

STEAM是在傳統(tǒng)STEM教育模式的基礎上，加入“藝術”（Arts）形成的，鼓勵學生在技術和工程項目中運用創(chuàng)造力與美學理念解決復雜問題，旨在以跨學科的方式為學生提供多元化的學習經(jīng)歷。在STEAM課程中，學生通過項目式學習深入?yún)⑴c跨學科的綜合性實踐活動，在小組中合作探究，發(fā)展創(chuàng)新思維能力和問題解決能力。FERA學習圈模型（FERA Learning Cycle）作為一種基于探究的教學模型，為教師設計與實施STEAM項目提供了有力的支撐和有效的框架。本文以Better Lesson網(wǎng)站中的“地球系統(tǒng)”（The Earths Systems）［1］項目為例，解構以FERA學習圈模型來組織科學實踐活動的有效路徑，并論證探究式學習在STEAM教育中的關鍵作用與核心價值，以期為我國的STEAM課程設計提供參考和啟示。

一、FERA學習圈模型的內涵

FERA學習圈模型是由美國國家科學資源中心（National Science Resources Center，NSRC）開發(fā)的一種基于探究的教學模式，分為聚焦（Focus）、探索（Explore）、反思（Reflect）和應用（Apply）四個環(huán)節(jié)。四個環(huán)節(jié)并非是線性的，而是作為一個教學循環(huán)。課程沒有嚴格的起止點，教師可以根據(jù)課程目標和學生的先驗知識從不同階段開始教學，可以從“聚焦”開始，亦可以從“探索”起步。［2］

在聚焦階段，教師引入一個大概念（Big idea），即核心概念或問題，激發(fā)學生的好奇心和求知欲。這一步驟通常通過情境設置、啟發(fā)式對話或直觀演示來實現(xiàn)。該環(huán)節(jié)旨在創(chuàng)建一個概念框架，為學生后續(xù)的探索活動提供方向與背景。在探索階段，學生開展實驗，通過觀察理解科學概念，主動建構知識，并學習如何設計實驗、收集和分析數(shù)據(jù)，以及如何根據(jù)觀察提出假設。探索階段強調的是過程而非結果，學生通過嘗試、犯錯和不斷調整來建立自己對概念的理解。在反思階段，教師設計小組討論、日志寫作、師生對話等活動，鼓勵學生深入分析和思考自己的發(fā)現(xiàn)，及時將實踐經(jīng)驗與理論知識聯(lián)系起來，幫助學生評估自身對概念的理解，并考慮如何改進實驗設計和方法。在應用階段，教師引導學生將所學的知識和技能應用到不同情境中，促進學生將科學知識與現(xiàn)實世界中的問題聯(lián)系起來。FERA學習圈模型的四個階段如圖1所示。

該模型中，每個階段都是互相關聯(lián)的，共同構成了一個綜合性和動態(tài)化的學習過程。STEAM課程通過為學生提供問題情境，引導學生以小組為單位進行活動，促進學生探究、發(fā)現(xiàn)，積極建構知識，強化對知識的記憶和遷移，形成跨學科素養(yǎng)。［3］FERA學習圈模型旨在培養(yǎng)學生的批判性思維、問題解決能力及自主學習能力，幫助學生掌握科學知識、技能，形成科學態(tài)度，與STEAM教育理念及其課程目標非常契合。

二、FERA學習圈模型下的STEAM課堂樣態(tài)

（一）“地球系統(tǒng)”課例介紹

“地球系統(tǒng)”是美國小學科學五年級的學習內容，本單元的教學旨在深化學生對地球四大系統(tǒng)——生物圈、水圈、巖石圈和大氣圈的理解，讓學生掌握這些系統(tǒng)的基本構成和功能。通過系列教學活動，學生將探究這些不同的自然系統(tǒng)之間是如何相互依賴和互相影響的，以及它們是如何影響地球上的生命和自然環(huán)境的。例如分析“海洋如何塑造氣候”，以及“大氣如何決定天氣變化”，等等。學生參與實踐活動，如模型制作，直觀描述各系統(tǒng)的交互關系。此外，通過對現(xiàn)實世界場景（如圖片、照片）的分析，學生能夠將理論知識應用于現(xiàn)實世界，深化對地球系統(tǒng)的綜合理解。

所選課例精準契合“美國下一代科學標準”（Next Generation Science Standards，NGSS）的核心要求，體現(xiàn)了NGSS倡導的整合式三維學習模式。這種學習模式綜合了科學與工程實踐、交叉學科概念以及學科核心觀點三個維度。通過這一課程，學生參與到開發(fā)和使用模型的實踐中，而這直接回應了NGSS對“開發(fā)和使用模型”能力的培養(yǎng)要求。課程設計巧妙地使用了“系統(tǒng)與系統(tǒng)模型”這一交叉概念，引導學生深入探討地球的四大系統(tǒng)以及它們之間的相互作用，促進學生對系統(tǒng)思維的理解和應用。同時，課程內容緊扣“地球與空間科學”領域，特別是“地球材料與系統(tǒng)”主題，旨在通過豐富的主題探究活動，加深學生對地球系統(tǒng)這一科學核心概念的理解。

（二）基于探究的FERA學習圈模型教學流程

以本單元第一課時為例，闡釋FERA學習圈模型的課堂應用。本課的教學內容為“開發(fā)模型來描述地球四大系統(tǒng)”，具體展開流程如下。

1.聚焦階段

目標設定：教師清晰闡述學習目標，即能通過模型開發(fā)來描述地球的四大主要系統(tǒng)——生物圈、水圈、巖石圈、大氣圈及它們之間的相互作用。

啟發(fā)引導：通過播放精選視頻，展示地球系統(tǒng)的動態(tài)交互狀況，引發(fā)學生的好奇心并展開提問，讓學生思考“哪些現(xiàn)象展示了不同系統(tǒng)之間的聯(lián)系”。

2.探索階段

資源共享：通過Google文檔將“地球系統(tǒng)圖片觀察”任務分享給每個學生，利用技術工具引導學生探索。學生復制可編輯版本的文檔，開啟任務。

圖片觀察與討論：學生在小組內討論，通過觀察特定圖片，識別并記錄圖片中的生物圈、水圈、巖石圈和大氣圈的實例。教師提出引導性問題，促使學生深入探討。

師生協(xié)作開發(fā)模型：教師在布告板上準備地球系統(tǒng)模板，以海報的形式呈現(xiàn)。教學中，教師逐步添加關于各個圈層的注釋和信息。學生在討論過程中提供信息，幫助完善內容，通過視覺化的方式理解和記憶復雜的科學概念。

3.反思階段

團隊分享：學生在小組內分享觀察結果，通過集體討論，加深對地球系統(tǒng)相互作用的理解。

教師指導：教師與各小組學生交流，提出深刻的問題，如“你如何確定這個例子屬于哪個圈層？”“這些圈層是如何在這個例子中相互關聯(lián)的？”等等。學生深化思考，基于證據(jù)進行論證，不斷加強科學論證能力。

4.應用階段

實踐應用：學生將他們的理解應用到全新、真實的情境中，比如通過分析另一張圖片來識別和解釋地球系統(tǒng)的相互作用，將課堂學習與現(xiàn)實世界連接起來。

技術應用：學生利用Google文檔整理他們的發(fā)現(xiàn)和論證過程，展示他們對地球系統(tǒng)相互作用的理解。通過Google Classroom，教師能夠有效地管理學生的作業(yè)，及時提供反饋，建構一個無紙化的學習環(huán)境。

（三）基于探究的FERA學習圈模型課堂實踐

在本課例中，教師尼爾森（Kara Nelson）設計了一些特色活動推動學生深入理解地球的四大系統(tǒng)及其相互作用。這些活動不僅增加了課程的互動性和參與性，也加深了學生對復雜科學概念的理解。

1.組建科學研究小組

尼爾森認為，對于組建科學研究小組而言，最重要的是提供足夠的實驗機會、充足的科學材料，并創(chuàng)建合作解決問題的環(huán)境。經(jīng)過實踐，發(fā)現(xiàn)三人小組的形式展開學習活動最為高效。因此，尼爾森根據(jù)學生的行為習慣、能力水平將學生分成不同的小組，構成科學研究團隊。

為了使課堂學習順利進行，尼爾森讓學生自行決定誰是小組中的1號、2號或3號，三人各司其職。例如，她讓3號拿某些實驗材料，讓1號拿他們的電腦，2號則負責分發(fā)紙張（或課程需要的其他物品）。對于教學材料繁雜的科學課堂，這種管理策略便于有效整理和回收材料。在課程開始之前，各小組集結完成，隨后參與到這一單元的每一次課堂活動中。

2.師生共同創(chuàng)作海報

尼爾森在課前準備了一個地球系統(tǒng)的模板，并將其投影到布告板上。這個模板作為海報的基礎，可輔助學生理解不同系統(tǒng)之間的關聯(lián)。為了幫助學生更好地區(qū)分和理解不同的地球系統(tǒng)，她采用了顏色編碼的方法：與生物圈相關的內容用綠色標記；與水圈相關的內容用藍色標記；等等。這種方法不僅簡化了信息的分類，也使海報看起來更易于理解。在講解每個地球系統(tǒng)時，她會逐步往海報上添加注釋和信息。學生實時觀察如何將抽象概念轉化為具體、可視化的信息。

在尼爾森的引導下，學生全程參與了海報的創(chuàng)作過程。他們積極提出問題、展開討論，并舉出地球系統(tǒng)的具體示例，如生物圈中的各種生命形態(tài)。繪制海報的過程中，學生補充、分析各種要素，如標注水圈的水體和巖石圈的地形，深入探討不同地球系統(tǒng)之間的相互作用。尼爾森利用這個機會，引入“相互連接”（interconnected）這一概念，讓學生通過討論和互動活動，理解地球系統(tǒng)之間的復雜聯(lián)系，共同完成海報并將其張貼于教室的墻壁上。

3.引導學生尋求證據(jù)

在課堂上，尼爾森通過多種策略引導學生尋求證據(jù)。在探索階段，她利用Google文檔分享“地球系統(tǒng)圖片觀察”任務，鼓勵學生利用數(shù)字工具進行協(xié)作和探索。在圖片觀察活動中，學生識別并討論照片中可見的生物圈、水圈、巖石圈和大氣圈的實例，如樹木、雪和形成云的水蒸氣等。在反思階段，學生通過小組合作，繼續(xù)探討各圈層的內涵，完善自己的觀察頁面。在這個過程中，教師與每個小組的學生進行交流，提出一系列指導性問題。

你注意到了什么？

你為什么認為??????????????????????????? ？

到目前為止，你發(fā)現(xiàn)了什么？

你的想法改變了嗎？

你有什么證據(jù)？

你是如何決定??????????????????????????? 的？

你能對??????????????????????????? 得出什么結論？

（某圈層）與?? ?????????????（另一圈層）的聯(lián)系是怎么樣的？

這些問題旨在激發(fā)學生的好奇心，促使他們基于觀察提出假設、尋找證據(jù)并進行論證。師生的對話圍繞“基于證據(jù)的論證”展開。學生不僅要提出觀點，還要提供支持結論的證據(jù)。

（四）“地球系統(tǒng)”課例評析

該課例是一個典型的以學生為中心的探究式學習實例，它通過整合科學與工程實踐、交叉學科概念以及學科核心觀點三個維度，有效地實現(xiàn)了NGSS的培養(yǎng)目標。教學中，尼爾森通過豐富的實踐活動，如師生共同創(chuàng)作海報、觀察圖片與討論等，引導學生尋找證據(jù)，激發(fā)了學生的好奇心和探究欲，使學生在實踐中學習和應用科學知識。同時，尼爾森使用Google文檔等數(shù)字工具促進學生的協(xié)作和互動，培養(yǎng)了學生的信息素養(yǎng)和數(shù)字技能。

尼爾森使用STEAM課程教育理念來設計教學活動，嘗試突破學科的界限，比如：在科學（S）方面，課程目標是讓學生深入理解地球的四大系統(tǒng)（生物圈、水圈、巖石圈、大氣圈）及其相互作用，涉及環(huán)境科學和地理科學方面的知識，強調了科學探究和實證學習的重要性；在技術（T）方面，使用數(shù)字工具促進學生協(xié)作和互動，提高了教學效率和學生的信息素養(yǎng)；在工程（E）方面，師生共同創(chuàng)作海報的活動促使學生應用工程設計思維，并通過模型制作直觀描述各系統(tǒng)的交互關系，體現(xiàn)了工程實踐在解決復雜問題中的作用；在藝術（A）方面，學生運用創(chuàng)意和藝術技巧來表達科學概念，完成海報創(chuàng)作，展示了藝術與科學教育之間的融合，強調了視覺藝術在科學學習方面的價值；在數(shù)學（M）方面，學生通過統(tǒng)計和分析數(shù)據(jù)，了解地球系統(tǒng)的相互作用（如氣候模式、天氣變化等）。當然，該課例也存在需要改進的地方：尼爾森對學生學習成果的評估和反饋機制描述稍顯不足，應建立更為系統(tǒng)和多元的評估方法嵌入FERA學習圈模型四個階段的學習過程中。

三、以FERA學習圈模型為基礎的STEAM項目設計路徑

FERA學習圈模型為STEAM項目開展提供了項目設計路徑。普適、有效的教學程序與實施路徑，可幫助教師在多學科交叉的教學環(huán)境中設計和實施課程。STEAM項目的實施過程中，項目及問題的設計至關重要。良好的結構化項目設計，強調將知識蘊含于情境化的真實問題中，引導學生積極主動地利用各學科的相關知識設計解決方案，從而跨越學科界限提高學生解決實際問題的能力。［4］以FERA學習圈模型為基礎構建STEAM項目，為我國中小學跨學科綜合性實踐活動的開展提供了思路。

（一）圍繞“大概念”，逆向設計項目

美國課程評估專家格蘭特·威金斯和杰伊·麥克泰格在《追求理解的教學設計》一書中，給出了一個關注學生理解的“逆向”設計模板，幫助教師圍繞大概念建構個性化的課程框架與課程評估體系，促使學生真正理解他們所學的知識。逆向設計的三個階段為：確定預期結果、確定合適的評估依據(jù)、設計學習體驗和教學。［5］

逆向設計能夠幫助教師集中關注學生應該掌握的核心概念和技能，由此設計出聚焦目標的學習活動。STEAM項目的學習成果應該是具體的、可衡量的，且與課程標準和教學目標緊密聯(lián)系。評估方法不應局限于標準化測驗，還應包含項目作業(yè)、實驗報告、口頭報告與演示、同行評審、反思性寫作等?；谇皟蓚€步驟，教師可以根據(jù)學生的先驗知識、興趣和學習風格，設計協(xié)作學習、實踐操作、探究學習等多種教學方法。

（二）設置“大情境”，師生協(xié)作探索

相較于傳統(tǒng)課堂，STEAM項目的教學過程往往從教師發(fā)布一個“模糊的任務”開始，然后要求學生輸出一個“明確的結果”。［6］但“模糊”并不意味著“含混”，它強調任務的延展性，關注任務的深度與廣度?！懊鞔_”也不代表結果是“標準”的，而是要符合教師預先制訂的學習成果評估和反饋機制。

基于問題的學習（Problem-based Learning）是實施大情境教學的有效途徑，即設計一個或多個與所選大情境相關的真實問題，讓學生通過團隊合作來探索問題、提出解決方案。這些問題應該是開放式的，需要學生運用科學、技術、工程、藝術和數(shù)學的知識與技能來解決。教師可就教材涉及的主題進行拓展，設計跨學科教學活動，亦可與其他學科教師合作，確定一個涉及多個領域的主題，開展綜合性教學活動。例如，可持續(xù)發(fā)展、氣候變化、人工智能、宇宙探索等，都可作為項目主題。

（三）應用“腳手架”，建構循證思維

STEAM項目涉及的概念專業(yè)性普遍較強，對于不善用理性思維分析問題的學生，尤其是低年級學生來說，可能會感到困難。腳手架可提供臨時性的支持和指導，幫助學生在初期理解復雜的概念、技能和過程。隨著學生能力的提升，這些支持逐漸撤除，學生嘗試獨立探索與循證。教師可根據(jù)概念和任務類型，靈活選用不同種類的腳手架。

概念腳手架通常用圖表和思維導圖等視覺工具呈現(xiàn)，旨在幫助學生建立對復雜概念的理解和認識；過程腳手架旨在幫助學生制訂時間計劃，指導學生理解并完成各個階段的項目；技能腳手架旨在通過技能培訓、思維訓練等，增強學生的問題解決能力；激勵腳手架包括積極的反饋和鼓勵、相關成就展示活動，幫助學生設定個人或小組目標，旨在增強學生的學習動力和課堂參與度；反思腳手架通過提供反思問題或日志模板、組織自我評估或同伴評價活動，引導學生深入思考自己的學習過程、遇到的挑戰(zhàn)和取得的成果。這些策略可以全方位培養(yǎng)學生的科學研究能力、批判性思維能力、決策制定能力、問題解決能力。腳手架撤離之后，師生以較高的默契參與到STEAM項目的實施過程中。

（四）合理使用“媒介”，培養(yǎng)現(xiàn)實關懷

FERA學習圈模型的應用階段主張將課堂所學遷移至現(xiàn)實世界中。學生使用社交平臺、數(shù)字工具等，整合STEAM知識，關注現(xiàn)實議題，進而提升社會責任感、公民意識與現(xiàn)實關懷。以“我的理想社區(qū)”STEAM項目主題為例，可面向低年級開設，讓學生使用回收材料，建造夢想中的社區(qū)模型，并拍攝和編輯視頻，介紹社區(qū)特色與環(huán)保理念，隨后在學校網(wǎng)站或社交媒體上分享。

這一主題若是面向高年級開設，可以升級為“我的理想城市”，項目任務可以確定為“使用AR技術開發(fā)一個互動式城市規(guī)劃應用”。通過這個應用，用戶可以在現(xiàn)實世界中的地理位置上“建造”虛擬環(huán)保建筑，如太陽能大廈或垂直花園等。學習團隊通過社交媒體分享這個項目，邀請公眾下載應用、設計自己的綠色空間，并分享他們的創(chuàng)意。將STEAM教育與媒介素養(yǎng)培育融合，可以提升學生在數(shù)字化世界中的參與度和影響力。此外，針對“媒介如何影響社會和環(huán)境”這一時代核心議題，學生可通過STEAM學習，創(chuàng)造性地輸出解決方案，直面由數(shù)字媒介技術引發(fā)的各類社會挑戰(zhàn)。

總體而言，以FERA學習圈模型實施STEAM項目具有普適性和實用性，為項目式學習提供了新的思路，值得深入探討。

參考文獻：

［1］5th Grade Science：Unit 3 Earth Systems：Lesson 1.Teaching Better Lesson ［EB/OL］.［2024-05-20］. https：//teaching. betterlesson. com/lesson/63

4345/the-earth-s-systems.

［2］BUDIMAM D M，GUMILAR S，RIZAL R. Focus，explore，reflect and apply （FERA） learning model：developing science process skills for pre-service science teachers［J］. Tadris：Jurnal Keguruan dan Ilmu Tarbiyah，2018，3（2）：132-135.

［3］李學書.STEAM跨學科課程：整合理念、模式構建及問題反思［J］.全球教育展望，2019，48（10）：62.

［4］余勝泉，胡翔.STEM教育理念與跨學科整合模式［J］.開放教育研究，2015，21（4）：18.

［5］威金斯，麥克泰格.追求理解的教學設計（第二版）［M］.閆寒冰，宋雪蓮，賴平，譯.上海：華東師范大學出版社，2017：18.

［6］崔鴻，朱家華，張秀紅.基于項目的STEAM學習探析：核心素養(yǎng)的視角［J］.華東師范大學學報（教育科學版），2017，35（4）：57.

（浙江外國語學院教育學院）

*本文系浙江省教育科學規(guī)劃課題“科學家精神融入中小學讀寫教育的課程路徑建構”（課題編號：2024SCG384）的階段性研究成果。