基于项目的STEM高中校本课程的实践探索

耿秋萍

【内容摘要】学校利用校本课程这个灵活的平台进行高中STEM教育的探索，可以将严肃的学术知识与项目化的学习方式结合起来，让学生通过结构模糊型问题获得问题解决的不同方案以及维持学习的持续自主性。在课程的实践过程中，教师团队更多地需要协助和互学，统筹协调好课堂内外的相互关系，并且要借助主客观相结合的量化评价系统，共同做好课程的过程性评价，为学生学习并实践问题解决技能、沟通技能和管理技能搭建支撑平台。

【关键词】STEM教育校本课程项目式学习

STEM教育是一种将严肃的学术概念与现实生活中的课程相结合的跨学科教育方案，学生应用科学、技术学、工程学和数学于特定环境中，是学校、社会、工作和全球企业联系起来，发展STEM素养，最终提升新经济形势下的竞争力[1]。我国教育部在2016年印发的《教育信息化“十三五”规划》中提出“有条件的地区要积极探索信息技术在“众创空间”、跨学科学习（STEAM教育）、创客教育等新的教育模式中的应用，着力提升学生的信息素养、创新意识和创新能力，养成数字化学习习惯，促进学生的全面发展，发挥信息化面向未来培养高素质人才的支撑引领作用。”在基于项目的STEM课程实践中，校本课程逐渐成为STEM教育实践者们偏爱的阵地，这是由于校本课程的可灵活规划的特征决定的，校本课程是对国家课程体系的一个补充，它不受国家课程体系标准的限制，教材具有即时性和可更新性，课程实施的时间和年级也灵活可调。在规划实施校本课程《树莓派芯小车的操控》的过程中，课程的项目组在课程设计、团队建设、教学激励和课程评价这四方面做了与传统课程不同的规划。

一、设计跨学科整合的校本课程

STEM是一个非具象的名词缩写，它非特指科学、技术、工程和数学，它传递的是一种跨学科、整合性的理念。而STEM校本课程则是将严肃的学术知识与项目化的学习方式结合起来的一种课程。从课程的设计理念、目标和结构上都要注重学科的跨度和融合。

在规划《树莓派芯片小车的操控》课程的初期，教师团队对这个项目制定的目标是完成一个可视化操控的小车组装与编程。这个课程内容涉及了电工学和软件工程两方面知识。这是对于高中生来说，是一个不小的工程，这个校本课程的学习目标是让学生通过老师指导、自主学习和团队合作，学会PVC板材的组装，掌握双直流减速电机的焊接、了解SG90舵机的转动角度控制、能够用C语言呈现相应的算法以及无线操控摄像头的开启。不仅如此，课程中还糅合了大量的科学和生活常识，例如：测电笔的使用、IP地址的设置、舵机润滑剂的选取等等。根据知识和技能的需求，项目组安排了两门学科的老师相互配合着教学。教学过程中既有学科的独立，又有项目式的融合。舵机的运转原理是闭环控制，利用无线控制对伺服电机的充放电时间，即可以实现舵机的运转角度，从而实现机械臂的上下前后左右的控制。而这也正是工业自动化与数控的基本原理。知识的整合在项目式的学习中释放了更具效用的实际意义。

二、建设协作与互学相结合的教师团队

项目式是一种跨学科的教学方式，不同学科的教师可以通过集体合作来开展各种各样的项目。在STEM课程的教师团队中，文理科老师皆有，教研团队的组织管理较其他单学科的教师团队来说，更具特殊性。教研组根据不同学期的课程安排作调整，每学期由项目负责人担任校验和备课组长，组织小组成员对课程的规划、学生的管理、课堂的设计等环节进行研讨。小组成员既是协作关系，也是相互学习的“师徒关系”。课堂外共同制定教学方案，课堂内共同执导教学环节。

《树莓派芯片小车的操控》课程的前四节是PVC板材的组装、双直流减速电机的焊接、SG90舵机的运行原理以及电池电量的数字显示，在这四堂课中，物理老师负责执教，信息技术老师旁听学习，并协助指导学生的操作，记录学生的学习态度、学习进度、独立学习能力以及团队合作状况，总之，就是为学生除专业知识之外的其他学习目标进行打分，而专业知识部分由物理老师进行点评。这样的分工缓解了单个授课老师的压力，方便建立学生的项目是学习档案，实现了课堂精细化管理，同时也是在逐步培养跨学科的SETM型教师。

三、利用结构模糊型问题维持学习的自主性

结构模糊型问题是项目式学习的组织中心，它们是复杂而混乱的，“没有简单的、固定的、公式化的解决方案”[Illinois Mathematics and Science Academy，2004]。利用结构模糊型问题，可以让课堂逐步走向辩论，能够获得头脑风暴般的各种方案，这些方案将为学生解决问题提供有力的支撑。STEM课堂，接近一种通用技术和创客的学习，团队协作是建立在独立思考的基础上的——既要让团队发挥集体的力量、焕发更璀璨的集体创造性光芒，又要善于利用制度来约束个人的懈怠，保持并持续促进个人在团队中的活跃度，真正实现“众志成城”的学习效果。唯具有批判性和开放性的问题，才能将持有不同意见的学生推到同一个“辩论”的平台上，进行思维的碰撞。而自主性正是由这样活跃的氛围所激发的。瑞安和德西（Ryan & Deci，2000）曾讨论过“无论有形的奖励，还是威胁、截止日期、指令、带有压力的评估和强制性的目标，这些因素都对教师的内在动机有负面的影响”。当然，学生也是如此。而他们的研究则发现，自主能提高内在动机[2]。

在《树莓派芯片小车的操控》课程中，结构明确的问题如“PVC板如何组装”、“双直流减速电机的焊接”、“SG90舵机的工作原理”等，它们的答案指向性明确，适合学生课前或课后通过自主学习和相互交流完成，而模糊型问题如“机械臂的几段操控比较好”、“小车控制的算法如何设计”等则让学生展开讨论，以不同的见解形成不同的项目实施过程，在这样的学习中，辩论的双方既是行动上、思路方法上的竞争，又是思维成熟、知识成长道路上的合作。

四、建立多方位的课程评价体系

基于项目的STEM高中实践探索的课程评价以过程性评价为主，综合主客观评价。主观评价的是学生的学习状态、学习风格、独立思考的能力、以及团队协作的能力，客观评价是项目的完成情况、技能的掌握程度、以及综合运用能力，主客观评价的量化依据评价表的反馈统计。

在《树莓派芯片的小车操控》课堂上，授课老师会在授课和指导之余，观察个学生的技能掌握和项目完成情况，并给出相应的主观分数，而协助老师则在协助指导学生的同时，为每个学生评价学习方法、学习态度、独立完成情况、以及团队协作情况打分。在课堂的最后五分钟内，由学生完成自评自测和对本节课教师团队的打分。學生的反馈也为教师团队建设提出不同视角的意见和建议。所有的评价量化依托电子问卷平台，不仅方便快捷，且利于数据库分析与留存。

跨学科的STEM项目学习，使单一学科的主题超越了传统课程的范畴，囊括了各种各样的社会科学技术，既有莫大的潜力，也存在明显的挑战。它倡导的是学生的动机和参与，在由明确结果相伴的情况下，能够减轻教师和学生就课堂管理方面的考虑。学生能够借助模糊型问题的思考和讨论集中注意力，形成主动学习的状态。学校利用校本课程这个平台将STEM的理念逐步进入到常规教学中，支持学生学习并实践问题解决技能、沟通技能和管理技能，并且能克服知识和思维的脱节，创造一种积极的学生与课程之间的关系。

【参考文献】

[1] 阿尔帕斯兰·沙欣.基于事件的STEM教学模式[M].侯奕杰，朱玉冰，殷捷，季民卿，聂婷华，邢可，译.上海：上海科科技出版社，2016：9.

[2] 罗伯特·M·卡普拉罗，玛丽·玛格丽特·卡普拉罗，詹姆斯·R·摩根.基于项目的STEM学习[M].王雪华，译.上海：上海科技出版社，2016：65.

（作者单位：江阴市山观高级中学）