STEM本土化课例设计实践研究

王 戈（北京市朝阳区教育科学研究院）

一、问题的研究背景

为应对21世纪信息时代对教育的挑战，培养具有专家思维和复杂人际交往能力的创新型人才成为教育的重要任务，STEM成为培养学生创新能力的重要途径。STEM中要解决非虚构的真实问题，学生需要具有综合的知识、跨学科能力、协作能力，才能在问题解决过程中培养创新能力；面对知识爆炸的学习环境，需要使用聚类思想，依据共同特征或相似属性来融合相关知识、方法与过程，以降低学生同化或顺应新知的难度，STEM的跨学科性在其中起着无可替代的作用。

以北京市社会科学基金项目课题《信息技术与中小学跨学科教育深度融合教学实践研究》（编号19JYB011）为抓手，课题组对于基于STEM本土化的课例设计进行了系统研究，试图寻找从学科核心素养到核心素养培养的破局之法，形成了一些初步的成果。

二、初步成果

（一）STEM本土化的理论概念初探

1.STEM的本土化概念

课题组认为：STEM以理工类学科的知识和技能为载体，将多门学科内容组合形成有机整体，通过凝练上位大概念，利用真实问题生成具体项目问题，学习跨学科知识和技能，培养学生综合利用跨学科知识解决现实问题的能力，重点培养学生的科学探究和工程素养及创新精神。

2.STEM的本土特征

（1）跨学科但有侧重

跨学科性是STEM的本质特征。由于国内分科教学的现实，跨学科但有侧重在一个很长的历史时期内是会本土化STEM课例的一个特征，这是由国内分科教学，教师不具备跨学科能力等的现实情况所决定的，不必要求科学、技术、工程、数字等学科元素是均衡的。

（2）真实具体的复杂任务

真实而具有挑战性的问题，才能激发学生的研究兴趣，增加学生切身体验，在参与、体验获得知识的过程中，学生不仅获得结果性知识，还习得蕴含在项目问题解决过程中的过程性知识，更具备了非良构问题的解决能力，创新能力得以培养。

（3）重视科学探究和工程设计

科学探究能力和工程素养是本土化STEM课例设计时最要关注的。通常根据教学内容，问题性质，把课例设计为侧重于科学探究的项目、侧重于工程设计的项目或者两者并重的项目。而两者并重的项目居多，科学探究得出正确结论，工程设计实现和验证科学探究的结果，两者结合，解决问题。

（4）重视协作

本土化STEM课例设计时，要关注学生协作能力的培养，关注学习社群或学习小组的环境搭建和协作分工，四人是协同学习的最好人数，男女生搭配可以提高课堂的效率、并有助于进行组内管理。异质学生可以促使学生向高学力学生看齐，通过组内互助，达到本组内最高水平。

（二）STEM课程的设计模式

1.“话题”模式

此模式特征是以某一个话题为中心，不同学科围绕这个话题，各自设计本学科内容，内容之间没有直接的交叉融合。以人工智能技术服务老人为题，各学科分别设计。信息技术研究如何用语音控制夜灯帮助老人；语文通过阅读人工智能文献后写一篇议论文；英语翻译描述人工智能的文章；物理通过研究更为智能的开关来控制电路；体育研究老年运动监控；美术绘制技术与老人的和谐共处……

2.“一科独大外延”模式

这是当前国内数量最多的STEM课程模式，由某一个学科为主，向外延伸到其他学科的部分内容，设计目的为学习本学科内容；其他学科的内容仅是因为项目中要用到，或直接使用，或仅进行最浅层的学习。

以“语音控制智能夜灯”为例，信息技术教师设计了课程，其教学目标为：知道语音识别技术的概念、原理和实现过程；学会制作语音识别过程的流程图。了解声波的概念及声音三要素、特征提取的概念；了解电磁继电器原理及弱电控制系统原理。

3.“上位跨学科核心概念统领”的主题模式

此模式从不同学科之间，找出其知识技能的交叉点，总结凝练不同学科之间共通的跨学科核心概念，并从学科核心素养中，总结凝练更为上位的共同核心素养；设计者能够对不同学科的核心概念和学科方法了然于心，把各学科核心概念、跨学科核心概念、共同核心素养熔为一炉，设计具有“上位核心概念统领”的STEM课程。

以“人工智能语音识别——声控灯的设计制作”项目为例，解决的真实问题是：帮助不方便的老人设计个性化的智能家居照明，涉及老人房间的面积、布局、灯的位置、需要的照度等。案例挖掘电路知识、语音控制的科学原理、科学计算日出日落时间等知识，引导学生运用设计思维、工程思维，充分发挥跨学科学习的优势。学生需要主动学习并综合地运用这些跨学科知识，在交叉融合中，解决复杂综合问题，提升学生的批判性思维和创新实践精神，引导学生关注社会问题。

（三）逻辑切分以适应短课时

在进行STEM课例设计时，就注意对于整个项目的有效划分。以适应国内实际，进行分学时实施。

工程任务是具有现实意义且有一定复杂度综合度的真实任务，是总项目的最终成果。为了适应短课时的要求，要把工程任务分解为一个个工程挑战任务。在进行划分时，要尊重任务的划分逻辑，通过驱动问题，形成问题链，引导学生进行分析，把一个复杂的问题，通过分解分层，成为一个个容易解决又有逻辑关系的小问题。从知识技能层面上，明已知，找未知；从能力上讲，知已具备，明白缺乏。层层分解后的未知小问题和未具备能力，就是我们设计工程挑战任务的依据。在尊重逻辑的基础上，关注时间的划分，把这些小问题根据逻辑关系，或组成或分解，成为一节节45分钟的课。这也是为应对本土化实际情况的举措。

三、研究展望

课题组要加强对于不同学科核心大概念和学科核心素养的理解，从知识层面，找出不同学科核心概念之间的交叉点，形成跨学科核心概念；从能力层次，找出不同学科之间共同的能力要求；从更综合的角度，提炼出不同学科的共有上位核心素养。从各学科核心概念、跨学科核心概念，共同核心素养三个维度，总结凝练设计跨学科STEM的理念和方法，以生成更多的高品质本土STEM课例。