木工工程设计视域的下STEM教学模式的构建

【摘要】木工课程构建的“三场景四轴线五阶层”教学是STEM教育的本土化实施项目的探索与实践，木工课程开发模式就是以项目驱动方式将学科知识与STEM教育理念整合，从工程技术视域切入提升学生的技能性学习，在根据学习场景变化确定“目标轴线”、“问题轴线”、“实践轴线”、“素养轴线”四线，依据学生能力水平设置“理论知识学习”、“设计能力学习”、“实践探究”、“制作展示”、“评价交流”为五阶层来完成整个STEM教育木工课程的实施与思考。

【关键字】STEM教育、木工课程  、1+x模式、教学模式、三场景四轴线五阶层

引言

STEM课程是一种以项目式学习為导向、以解决实际问题为出发点的新型课程。它将科学、数学、工程、技术等多学科融为一体，致力于培养学生综合素养的一种跨学科综合课程，在培养学生实践能力和创新精神方面具有独特优势，因此，STEM课程受到了全球许多国家的密切关注。上世纪七八十年代起源于美国，进入21世纪后，全球多个国家也加入到STEM教育实践的队伍中，积极推进本国STEM教育的发展。2016年6月7日，我国教育部颁布了《教育信息化“十三五”规划》文件，文件明确指出“积极探索信息技术在众创空间、跨学科学习（STEM教育）、创客教育等新的教育模式，着力提升学生的信息素养、创新意识和创新能力”，作为纲领性的文件，这标志着我国正式开启STEM教育改革。STEM教育作为今后教育发展的方向，已成为我国教育领域的重要发展战略。教育部门的积极推动以及STEM教育在培养实践能力和创新精神方面所具有的独特优势，因此STEM教育在中小学校如火如荼开展，成为各个学校的热点课程。但是在这背后，我们发现STEM教育难以普及性及常态化实施。究其原因，是没有很好实现课程本土化的问题。习总书记强调：“我们要坚持扎根中国大地办教育”，国际化课程只有结合中国教育的实际背景进行本土化改造，得到的才是符合我国学生发展需要的优质课程，才能取得我们所需要的教学效果。

我校在STEM教育课程的开发上选择了木工课程，不仅能够充分锻炼学生的创造力、实践力、合作力等多项能力;此外，在秉承中国传统木工技艺的木工课程同时还能给予学生更高的文化认同感。在STEM木工课程的实践中，学生需要通过运用信息软件的设计绘图将概念性、抽象性的思维转换成可视化、可实现的木工作品。根据美国著名的教育学者纳尔逊（Nelson）提出的设计型学习的思想，把设计的技能和思维贯穿于整个教学过程，以设计为主线不断迭代循环，学生在整个设计过程中能够建立完整的知识建构，体验真实的实践操作，刚好适用于我校此项目的实施。因此，结合本校开展的木工课程采用工程设计型的学习方式（即：工程设计视域下的STEM教学）为探索校本STEM 教育课程的教育实践提供了新的思路。当前工程设计型的探究式学习是一种全新的学习方式，以解决身边的真实问题为出发点通过工程设计和探究完成目标，寻找解决问题的方法并掌握技能，发展高阶思维与STEM教育的理论不谋而合。从工程视域切入的好处有助于对学生课程评价考核的时候使用“作品结业考试”方式，从而促成学生成为理论扎实且拥有实践经验的知识转化。

二、工程设计型学习的操作模型和STEM教育的关联

输入“工程设计型”学习，在中国知网上总结这种学习方式有两种观点：第一，设计型学生是一种基于项目探究式的学习方法①，学生在真实的任务中完成既定任务，掌握相应的学科知识和技能。这种观点是学生以分组形式参与真实的实践任务完成作品的设计与制作，在做中学。第二：是作为一种教学模式②。笔者在校本STEM教育课程的学习方式上采用的第一种观点，以项目式学习的探究方式，完成目标作品的设计制作，在真实的任务中培养学生解决问题的能力和创新思维。整个学习重点体现探究、实践、沟通、创新、迭代循环、评价修正的学习特点。课程主题选定采用项目模块为主导而进行设计，一个模块为一个项目主题探究任务，在综合实践课堂上实施，这样既发掘了新的课程活动组织模式，也对满足学生多样化的活动课程提供了新方向。设计型学习的操作模型有2种模式，纳尔逊（Nelson）提出的逆向思维，另一种是由克洛德纳（Kolodner）提出的基于设计的双循环探索模型，考虑到木艺课程不能仅仅是单纯的木工课或手工课，必须抓住STEM课程的核心，基于克洛德纳（Kolodner）提出的上述观点基础之上本文引入了工程学思想③，在设计制作的过程中重点结合工程、技术、数学等知识结构的支撑，从而能够进一步提升木工课程的学习质量。甚至，最后学生根据学习过程中的体悟性能够迁移到生活中其他领域的学以致用。

三、STEM教育本土化探索----以我校实施的STEM木工课例为例

为能够实现校本化、项目化、协同化的STEM木工课程的实施，在实践中探索了协同化的教学模式，组建了学科和年级两个协同教学团让木工课程内容以项目化驱动，各个课例在构建时按照学生能力和认知差异进行细分。

（一）教学主题

木工课程确定了以项目式驱动的探究型学习，整个教学课程主题设计采用1+X模式，1+X模式中“1”为统一命名的“木工课程”，学生的课程设计制作全部以木料加工为成品来完成。“X”为不同年级而实施的可变项目，在课程主题对应的4-6年级分别制定一个项目子主题，在教学内容上根据学生能力渐进性的特点，教学内容由基础技能掌握到多元技能的创意设计。最后，以活动手册的形式完成“X”子项目。整个学年开设了3 门课程供学生选择。 （ 见表 1）

（二）教学步骤

整个教学中充分体现工程设计型的内涵，尤其是在技术性、体验性、设计性乃至实证性的特征上与学校现有的信息技术课有相似之处，因此，木工课程实施的前期技术阶段主要在信息技术课堂上完成，整个教学分五个阶段（见表2）。首先，中国文化基础课程的准备阶段，为下一步的设计中国印章注入文化元素;第二，依托信息技术课堂与校外企业合作，利用企业提供的绘图软件，学生把对印章抽象的理解给设计成可视化的图形。第三，以实践探索导入学习任务，驱动学生学习能力上的进阶，整个印章的绘图设计从无到有、从共性到个性的学习进阶过程，在掌握上述设计能力的基础上根据年级高低、能力不同的特点设置成进阶课例，能够进一步完成校园文创设计和社区文明宣传指引标识的进阶学习目标;第四，与木工师傅合作将设计好的作品制作出成品;第五，项目成果的评价。

（三）教学整合

木工课程属于综合性实践课程，着力把培养学生4C能力作为教学的最高目标，为了较好的将教学目标与STEM教育理念的融合，采用“超学科知识”的课程构建的方法才能较好的达到教学目标。“超学科知识”即指超越学科范畴的实践性、操作性、体悟性知识，甚至还包括被学生遗忘的学科之间的知识④。系统的木工实践课程的构建不仅使学生知识由浅入深的线性发展，还是能力水平不断进阶提升過程，课程构建的过程本身就是内化教学目标的过程。此外，每个阶段的学习核心是在问题驱动下与STEM教育理念相联动进一步的整合教学目标。下面以六年级的课程《我是社区宣传员》为例：

（四）教学建模

完整的教学设计有有助于项目的顺利实施与完成，科学的教学建模更是有助于课例的系统化、集成化。在课程的建模方式上我们从已开设的2个学年中的多个课例中总结出的基本模型为：三场景四轴线五阶层（如下图）。在教学构建中的三场景分别是班级、学校、和社区。要求在实际的场景中完成制定的教学目标，避免了抽象、空洞的口号性的教学目标，同时注入课程相关利益者的共同期待，包括了教师、学生、社区和家长等人员，真实的学习情境作为一条内在的线索贯穿在整个课题。开设的X1、X2、X3课例在教学构建中围绕目标轴、问题轴、实践轴、素养轴四轴线的学习，目的是从各个维度将学生在每一轴段探究问题的过程显性化。围绕每一轴线完成既定的学习目标，上下两个阶段呈因果关系，学生探索了“因”的线索才能有“果”的总结。每一阶段采用主题式的探究方式，以提高学生解决问题的综合能力，在能力培养的过程中进一步的帮助学生建立超学科知识的厚度。设立五阶层在课程深度上进一步迭代升级课程，STEM教育理念下的课程建模最关键的是实践调查操作中能够寻找并确定认知发展过程中不同思维层级水平的“立足点”⑤，作为建模中的“阶”是为了帮助学生细化学习任务，每一阶层以学习目标设置为始点，帮助学生明确探索目标，设置五个阶层的教学层迭代，层层递进设计，涵射课程开发的全过程。

1、教学建模中三场景设置

木工课程教学场景的要求是讲究真实性，以问题驱动式完成学习任务，需要在生活实践中完成，刚好与STEM 教学场景要求一致。真实的教学场景就成为连接书本知识和具体实践的教学纽带，小学生思考问题是“思而不全”且“全而不深”，在教学中所创设的教学场就需要结合小学生思维的特点，创设的场景既要能够解决当前教学问题，又得蕴含着与当前问题有关联的环境构建，学生在回味、思考问题时营造一种意犹未尽的教学心理境界，驱使着学生迫不及待而又兴趣盎然地去继续学习。因此，改变教学场景显得尤为重要。木工项目实施中每一课例的实施必须还原真实的教学场景，X1、X2、X3都是围绕班级、校园、社区三个教学环境让学生完成学习任务。

参考文献：

①②③郑雪萍，设计型学习视域下的STEM教学模式的构建[J].江苏教育研究2020.7B/8B 9-11;

④刘登珲，李凯;美国学校课程统整研究的进展与反思[J]. 外国教育研究  2017年10月

⑤蔡呈腾，例谈基于 STEM 教育理念的“四线五阶”科学建模—以“电磁继电器”教学为例[J].中学物理2020（06）21-26;

6杜鹃，石雪飞 邹丽娜 ，核心素养导向的STEM教育 [M] 清华大学出版社;

7印霞，STEAM课程的设计与实施 [M];华东师范大学;

8王素 李正福STEM教育这样做[M];教育科学出版社;

9《教育信息化“十三五”规划》;[R];

10《中小学综合实践活动课程指导纲要》;[R];

※基金项目：广东省STEM教育实践研究课题; 以木工为项目的小学STEM课程建设研究（项目编号：2018GDSTEM035）

※作者介绍：邱凡凡 ，1986.04，汉，湖北襄阳人，广东省深圳市福田区福强小学中级教师;E-mail： fqxxqff@ sina.com（广东深圳， 518000）