STEM 教育融入综合实践课程的核心素养设计与实施探析

洪建军（浙江省淳安中学 311700）

人民教育家陶行知先生是综合实践研究与实践的先驱与典范，他提出生活教育理论，倡导“教学做合一”；提出民主教育理论，倡导“教人做主人，做自己的主人，做国家的主人，做世界的主人”；提出创造教育理论，认为“处处是创造之地，时时是创造之时，人人是创造之人”；提出平民教育理论，倡导以人为本的“平民教育”改革实践。如今，基于“生本”的综合实践大融合研究是陶行知伟大教育改革精神的继承和发扬。

一、研究背景

1.国内STEM 研究综述

国内STEM 教育研究主要集中在理论梳理和基于项目或问题的教学实践方面，将STEM 作为一种教学策略，如傅骞等梳理出的验证型、探究型、制造型和创造型等应用模式，秦瑾若等构建了基于STEM 的跨学科真实问题情境教学模式，余胜泉提出了STEM课程的跨学科整合模式等，但对课程的核心价值和素养标准的研究尚未完善。

2.综合实践与STEM 融合点

2017 年教育部新课程标准改变了综合实践课程只设课程没有标准的状况，明确提出了课程标准和核心素养，明确了研究性学习、社区服务、社会实践及研学旅行等四种课程形态。

STEM 课程涉及领域及组织形式和综合实践课程完全吻合，综合实践课程的真实体验、科学探究、合作学习理念与STEM 课程目标十分契合。综合实践和STEM 融合具有很多铆合点。

二、理论融合

1.STEM 理论发展

STEM 是 Science、Technology、Engineering、Mathematics（科学、技术、工程、数学）首字母缩写。美国STEM 教育基本囊括了整个K-12 学段，涉及众多科目内容。朱迪斯·拉姆齐（Judith Ramaley）认为，STEM 教育中探究学习被安排在情境中进行，鼓励学生通过解决真实问题形成知识、技能和经验。基于项目，教师尝试运用数学与科学等知识，从实践中培养学生的跨学科素养和问题解决能力。

综上所述，国外对STEM 教育的研究注重对学生问题解决能力、创新能力、批判性思维能力等高阶综合能力的培养。和综合实践的价值体认、责任担当、问题解决、创意物化的核心素养具有异曲同工之妙。

2.项目学习理论

项目学习（PBL）以建构主义、布鲁纳发现学习和加德纳多元智能为基础。

项目学习特点：（1）多样学习内容：综合性主题和目标，多学科交叉的核心知识和能力。（2）真实学习情境：生活中真实或仿真问题，模拟现实问题解决。（3）自主学习方式：学生中心，同伴互助，学习共同体，协作探究，自主研修。（4）创新学习成果：物化成果、作品或研究报告等。（5）指向高阶能力：知识、经验、问题解决能力、协作学习能力等。

基于以上，笔者将STEM 项目学习概括为：在真实或仿真情境下，以问题为驱动，以合作、探究、创新能力为中心，以学科知识和原理为工具，以作品或成果为导向，围绕项目主题以小组合作形式进行调查、研究、设计、制作、评价等实践，分析问题、解决问题形成方案、策略、经验等的动态过程。

三、SETM 项目学习核心素养设计

1. SETM 项目学习关键能力设计

问题解决就是通过分析、设计、实践等技术手段把问题的给定状态转化为目标状态。通过不断试错，发现正确解决方案。包括情境浸入、问题认知、条件分析、学科转换、策略运用、知识迁移、实践尝试、价值评估、经验积累等环节。

问题解决能力指人们运用观念、规则、程序、方法等对客观问题进行分析并提出解决方案的能力。

创新指以现有思维模式提出有别于常规或常人思路的见解为导向，利用现有知识和物质，在特定环境中，改进或创造新事物（包括产品、方法、元素、路径），获得有益效果的行为。

创新能力是指在技术和各种实践活动领域中不断提供具有经济价值、社会价值、生态价值的新思想、新理论、新方法和新发明的能力。

初级问题解决能力表现为能够发现一般显性问题，初步判断，简单处理。中级问题解决能力指能在自己熟悉的领域或范围发现隐藏问题，有一定发现问题的技巧，具备分析能力，能根据现象探求解决问题途径，较好地解决问题。高阶问题解决能力指能更早地发现问题，准确预测事件发展中各种问题，归纳总结问题发生规律，指导提高他人发现问题的能力。创新是问题解决能力的高阶表现。

基于以上，笔者将问题解决能力和创新能力设置为STEM 项目化学习的两个关键能力，互为发展，相互支撑。

2.SETM 项目学习核心素养构建

笔者将数学方法、科学思维、工程策略、技术意识、创意物化设置为SETM 项目学习课程的五个核心素养。

数学方法：以数学为工具进行科学研究，用数学语言表述事物状态、关系和过程，推导、演算和分析，形成问题解释、判断和预言的方法。运用数学核算、数字优化、模拟推演，对过程和结果进行数字化描述等。

科学思维：形成并运用于科学认识活动，对感性认识材料进行加工处理。科学思维遵守三个基本原则：严密逻辑，达到归纳和演绎统一；多维综合，辩证地分析综合；内外统一，逻辑与历史一致。

工程策略：包括工程思维和工程技能。工程思维是与实践相对应的，不同于科学思维、艺术思维。工程技能指工程方法的具体实施和应用，包含组装、测试、评估和优化，进行技术试验与探究，实现最优效果。

技术意识：人、意识与技术的结合物。技术数字化、智能化，人类意识在技术中的“转移”，人的技术化和技术的人本化。形成技术流程和方法，生成技术经验、能力和意识。

创意物化：创新思维和实践能力综合体现。操作实践、思维拓展、物品设计与呈现、方案设计与呈现、成果表现具象化、素养经验可见化，解决问题方法多样化综合。

五个核心素养源于STEM，融合综合实践学科核心素养，形成统一整体，与两个关键能力共同组成STEM 项目化学习课程的核心价值。

四、STEM 项目学习课程教学实践

1. STEM 项目学习课程的基本类型

（1）基于工程实践的活动课程。模拟解决生活中吃、穿、住、行等实际需求的工程设计与实践活动，如智能车、电动小车设计、机器人课程等。

（2）基于学科素养的考察课程。学科知识的实践应用、体验、修改、内化知识形成学科素养，如动植物考察、生产实践、综合考察等。

（3）基于综合能力的模拟课程。以调查和考察为基础，模拟、仿真、模仿、扮演和思辨、小组织等。如社团课程、模拟联合国、模拟环境诉讼等。

（4）基于集体素养的校园课程。组织能力、亲和力、协调和执行力，培养责任感、领导力，集体熔炼。如校园文体艺活动、团队熔炼、组织管理等。

（5）基于综合实践的研学课程。在校外景点、基地活动进行有主题、有组织、长时间、有课题的研修学习。如沿江综合考察、重走红军路、丝绸文化等。

2.基于问题解决课堂教学流程设计

结合课堂教学实际和STEM 项目化课程特点，将教学过程划分为五个阶段。

（1）情境浸入。体味问题情境，明确问题内涵和外延，定位关键信息，排除干扰因素，明确目标。

（2）学科转换。寻找学科知识链接点，转化为学科模型，将问题转化为学科表达形式，找到解决问题的学科方法。

（3）方案设计。整合学科方法，设计问题解决方案，初步尝试，优化方案，发散、收敛，演绎、归纳。

（4）操作实践。分步、分层、分工，由表入里、由浅入深、由局部到整体，分块实践，系统整合。分解、组合、整理、补充。

（5）评估反思。对解决问题过程和结果做出合理评价，评估重现性，交流、推广、应用，改进优化，形成成果、经验、技术和理论。

3.五阶段和核心素养对应关系

五阶段问题解决能力创新 核心素养情境浸入提出问题、理解和界定问题，确定任务，研究和搜集信息能力分析 科学思维学科转换映射知识点，寻找方法，建立学科模型转化 数学方法方案设计设计方案，尝试运行，评估和优化，思辨、演绎、归纳、修正探究 工程策略操作实践试错、修正、解决、思考，新思路和方案精修 技术意识评估反思展示展演，再实践，再修正，内涵外延，迁移、创生，策略化方案、经验化知识、素养型能力拓展 创意物化

五、STEM 项目学习课程价值体现

1.真实体验和仿真情境推动融合

STEM 项目化学习课程强调真实体验，学生在动手实践中遇到问题、发现问题，通过团队协作分析问题，进行探索性实践解决问题。构筑真实或仿真情境，激发求知冲动，使课程学习真正来源于生活，回归生活，服务生活。STEM 项目化学习注重内涵，融合形式，凸显实践体验价值，能深度融入新课改课堂变革中去。

2.STEM 课程与综合实践的差异性

STEM 课程侧重于工程类、理科类课程，而综合实践课程还包含人文、文化和品德熔炼课程。STEM课程着重培养动手操作和问题解决能力、创新能力。综合实践课程还包含文艺、时事新闻等思辨和考察能力、求同优化思维、文化融合和体悟等。以项目化学习实施STEM 课程，有特色、有差异，适当融通，和谐统一。

3.STEM 课程对学科核心素养的作用

培养学科核心素养，其可操作的实践形态才能真正落实。核心素养需要操作性解释和过程化分解，在项目化教学实践中实施。项目化、项目系列化、围绕核心素养的系列项目，核心素养的转介、衍生、复制、表达都离不开有主题实践。STEM 是核心素养的载体、桥梁和实践基地。