STEM项目中整合性主题教学模式的教学研究

王蕾

教学现场

STEM主题活动经常依托于传统学科的教研，有的课基于科学学科，有的课基于综合实践课程，有的课基于信息技术学科。其中浓厚的原学科氛围让老师们不禁疑惑：STEM项目课程的典型形式是什么？在以上活动中，如果将其更名为学科教研可以吗？STEM项目课程到底应该从传统学科中借鉴什么？

问题分析

对STEM项目教学模式的质疑，来源于学科自身的发展过程。由于缺乏基础师资的供给，所以STEM项目多依托基础学科进行。基础学科也为STEM项目提供了丰富的教学经验、组织形式和学习结构，促进了STEM项目的横向发展。但从现阶段来说，STEM项目的教学需要自身的特征及学理实践，以巩固学科的认知定位。

● 整合性主题教学模式的理论界定与实施途径

整合性主题教学模式的英文全称是Integerated Thematic Instruction（简称ITI），是由美国学者苏珊·J·克瓦列克及其研究会开发的颇具影响力的教育实践模式，该模式将脑科学研究成果融入教育实践中，在基础教育领域具有一定的首创性。经过二十多年的实践与探索，ITI模式逐步成熟与完善，并被基础教育领域大面积引入及推荐。

整合性主题教学模式认为：学习是大脑和身体相互协作进行的，情感是学习与认知的看门人，智能是通过經验而发展的，不同文化背景的人会使用多元智能来解决问题和创造产品，大脑对意义的搜寻是对有意义模型的搜寻，学习是对有用心智的获得。

整合性主题教学模式的基本步骤包括：①强调主体性的课程设计与教学活动设计。②设置问题求解情境，以解惑为核心，融多学科于具体学习活动中，学生被浸润在真实活动中，形成更加深刻的概念理解能力、语言能力以及对知识的迁移能力。③强调多元智能理论的介入，让学生可以借助具有整体性的主题，完成多种能力的综合提升。

● STEM项目教学的研究现状与主要问题

在当前的基础教育领域中，STEM项目教学已经成为中小学的必修内容之一。但是根据研究实际情况来看，STEM项目教学仍然处于传统的科学课、信息技术课等学科的教学范畴，各自为政的情况导致项目缺少可调控性质素，以至于STEM项目具有的高度融合属性难以发挥，甚至陷入“有口号、无实践”的窘境。

上述情况的产生，其问题的核心是缺乏必要的项目支持。来自不同学科的一线教师，如果进行没有必要的整合性主题引导，容易引发教学目标的偏颇。因此，需要对STEM项目主题进行必要的调整，通过汲取相关的元素，进行改造，保障教学效能。

● 整合性主题教学模式的教学过程

1.基于生源的主体性课程设计

STEM项目教学注重各相关学科的多维度融合，为学生提供符合其认知发展需要的多层次知识供给，完成项目优化，提升学生的综合素养。在整合性主题教学模式中，STEM项目教学强调教师从具体生源的特性出发，设置符合学生认知特点、学习动机强烈的形式进行合理的教学。教学过程中，尝试以间接的、隐喻的方法来提升学生学习力。

（1）原设计

《我的城堡》一课是STEM项目中的常见内容，教学目标是利用积木搭建姿态丰富的各类城堡。传统的教学思路一般包括两种：其一以美术学科为基础，在纸质材料上，绘制草图，再通过计算机软件进行建模，包括基本图形绘制→临摹范例→画笔勾边→扫描进入软件→计算机建模等常规教学过程;其二是以数学学科为基础，通过基本形状拼搭城堡，包括实体概念化→图形选择→基本搭建→补漏拆重→完整建设等常规教学过程。

（2）思考焦点

在以上教学过程中，数学思想或美术思维是本课的教学重点，教学组织形式延续传统的学科教学思路，基本认知内容分散，不利于学生建构具有整体性思维的概念，因此，不符合STEM项目教学要求。

（3）改进型设计

在基于整合性主题教学模式的设计中，STEM项目任务基于具体的生源而设置，将学生的主体性作为课程安排的主要动因，帮助学生建立整体性思维建构模型。建议教学设计如下：

课前准备：3D建模软件、各地城堡照片、实体积木。

课程性质：实践课。

课时安排：1课时。

教学过程：

①教师出示各种建筑风格的图片，带领学生归纳城堡的主要特点。

②展示《喜羊羊与灰太狼》中狼堡的图片，让学生尝试分析它们由哪些基本形状组成。

③学生归纳出主要建筑类型：半圆形、球形、长方形、圆柱形……

④教师用APP把狼堡照片进行像素化，形成概念模型图。

⑤学生在纸质材料上设计自己的城堡草图。

⑥学生再尝试用木质积木搭建之前自己绘制的城堡，并调整相应的位置，再次修改自己的草图。

⑦教师对学生进行点评，指导学生优化自己的作品。

⑧打开3D建模软件，利用“基本实体”模块实践草图，绘制出具有3D结构的狼堡;教师引导学生利用三视图观察城堡各个角度的基本情况，并提出优化的策略。

⑨在3D建模软件中，为城堡搭建配套的设施，如围墙、吊桥等，形成完整的城堡外围结构立体图。

⑩通过3D打印机，将建模图打印出来，举办相应的展示活动;对比三种不同介质的城堡——3D打印实体、3D建模、积木城堡，归纳出不同建模介质的组合方式和结构。

教学评析：在本课的设计中，强调了建模思维的过程，重视学生从平面思维到立体思维的转换，将城堡的设计理念根植于学生的个性设计中。这样的设计方式，重视了学生的主体性，将学生的自我认知要求作为学习的重点，是符合STEM项目风格的设计方式。

2.基于真实情境的认知诉求

整合性主题教学模式认为：优质的情境式浸润式教学，能最大限度地调动学生多元感官的参与，创造低压力、高挑战的学习环境，使得学生在真实参与的过程中，形成更加丰富的心理练习与意义构建。落实在STEM项目中，具体呈现为具有现实意义的环境构建，需要为学生搭建符合已有经验基础的学习目标。基于学生可控性的操作工具和学情基础，进行基于真实情境的教学活动。

（1）原设计

《POP海报》一课是近年常见的STEM主题。该课的教学目标是：通过设计、制作、修正具有一定主题的海报，并利用一定的媒介进行发布，培养学生通过信息化操作手段，掌握公告性的文本格式，并利用适宜的工具完成主题性设计。在传统课程中，一般会将其定位为信息技术学科的“电子小报”或美术学科的“版面设计”课，注重两者的技能训练，缺乏对海报自身的需求供给。

（2）思考焦點

在传统的学科教学中，学科各自为政，注重本学科的认知内容：信息技术学科的“电子小报”基于文档编辑的操作基础，课程组织围绕插入艺术字、调整图片环绕方式等内容进行;美术学科的“版面设计”基于公告类的宣传作品的构图基础，课程组织围绕图文混合方式、海报构图技巧等内容进行。由此可见，基于学科内容的《POP海报》认知内容割裂，忽视真实情境的应用原则，并不能给学生提供完善的STEM项目体验，不利于学生整体性思维的建构。

（3）改进型设计

在基于整合性主题教学模式的设计中，STEM项目任务基于情境设置，创设具有现实意义的任务场景，帮助学生领会活动要求，感受活动方向，提升信息处理加工能力，并能在真实的环境中对学习作品进行检验，完善提升作品的质量。建议教学过程如下：

课前准备：Pad、图片处理APP、真实海报、无线网络。

课程性质：实践课。

课时安排：1课时。

教学过程：

①教师出示学校艺术节、科学节活动的照片。提出问题：如何能让更多的人知道节日的盛况（引出“海报”主题）;带领学生根据实例，分析海报的基本组成元素：文字+图片。提出任务：海报我能秀。

②教师帮助学生回顾在“WPS文字”中插入图片的过程，再请学生观看两幅作品，提出喜欢哪一幅（一般图片及带有边框的图片）。

③学生分析两幅海报的不同，提出自己的选择项目;教师通过课件分析“如何用图片来填充形状”。

④教师演示如何在“WPS文字”中加入带有边框的个性图片;学生完成任务：海报任我秀。

⑤教师出示多种海报范例：带有背景的海报;带有“形状”装饰的海报;带有更多文字内容的海报;带有更多图形组合的海报。让学生提出自我规划。

⑥学生选择符合自我认知习惯的作品形式，进行海报的制作。

选择a：打印电脑矢量图，在海报上张贴图文。

选择b：在Pad上拼接素材，完成海报的整体设计。

选择c：完全在纸质材料上撰写主体文档，再绘制插图。

⑦组织全班海报展览，投票选出心仪的海报作品。

⑧教师根据学生的分析，提炼评价标准：“如何评价一张海报是否符合要求”→“主题突出、图文协调、内容合理”。

⑨教师展示部分有问题的海报：颜色不够醒目、海报信息不全、画面过于花哨等。学生结合评价标准，说明选择优秀作品的理由。

⑩教师引导学生反思自我的设计过程，提出海报作品的一般设计思路。

教学评析：在以上教学过程中，基于真实的海报情境，不再限制材料，将对海报自身的宣传效能作为难点进行教学，让学生利用已经经过部分加工处理的素材支架进行个性化的选择，通过加入具有个性化边框的海报，让学生能够自我选择，找到自己心仪的海报类型。学生自我评价后的调整阶段，是对已经完成基本操作的海报进行丰富个性的效果提升。通过“解构→重构→再构”的过程，通过这一具象的解析，让学生完成作品的反思与深度理解。

3.基于多元智能的活动方式

20世纪80年代哈佛大学认知心理学家加德纳所提出的多元智能理论已经得到了教育界的广泛认可，多元智能包括语言智能、逻辑-数理智能、空间智能、运动智能、音乐智能、人际交往智能、内省智能、自然观察智能。整合性主题教学模式中的评价与多元智能本位评价一脉相承，它扩展了STEM项目中对学习效能评估的标准。因此，基于整合性主题教学模式的设计过程，可以基于扩展学生的多元智能水平展开。

（1）原设计

《智能浇花器》是小学STEM项目的常见主题，在常规教学设计中，一般采用以下的教学流程：

活动1：认识我的花坛，种植花朵需要哪些步骤→活动2：设计自己的花坛，画出草图，选择材料制作花坛→活动3：探索玫瑰花的外形和习性，制作花朵并进行种植花坛（动手），展示制作的花坛→活动4：研究怎么给花朵浇水，探索所种植花的生长条件、土壤湿度等，在花坛上安装湿度传感器，小组展示。

（2）思考焦点

在以上教学过程中，教学时间远不止一课时，在实际上课过程中，难以保证教学效果;在每个活动中，学生认知的内容单一：活动1停留在规划设计状态，活动2停留在模拟建模状态，活动3动手实践，活动4再次进入模拟建模状态。由此可见，学生的多元智能并不能得到整体性的提升，缺乏有效的关联要素，因此不能满足STEM项目主题的需要。

（3）改进型设计

在基于整合性主题教学模式的设计中，STEM项目的思考焦点是人在特定情境中解决问题并有所创造的能力。教学过程应该是具有多元智能综合实践质素的集合，能够帮助学生在有效的课时内完成整体思维的建构过程。建议教学过程如下：

课前准备：建模软件、实物花盆、湿度传感器、xDing软件。

课程性质：实践课。

课时安排：1课时。

教学过程：

①观察实物花盆的结构，在建模软件中做出具体的模型。

②根据前期的《凤仙花观察笔记》（苏科版《信息技术》4年级教材内容），归纳出花朵需要的温度、湿度，整理出需要浇花的频率（随温度而变，温度越高，浇花越频繁）。

③在学习单上绘制过程图，并标明程序数值。

④在建模软件中，安装温度传感器、湿度传感器、舵机和水槽等浇花工具。

⑤打印出花盆实物，在其中安装上述传感器。

⑥在编程软件中，编写相应的脚本，控制传感器及舵机。

⑦放入凤仙花，实验脚本效果，并记录下实际的数据。

⑧调整传感器的位置，完善脚本，优化相关程序及结构。

⑨小组交流，展示花盆，评价作品。

教学评析：在以上教学过程中，调动了学生的语言智能、逻辑-数理智能、空间智能、运动智能、人际交往智能、内省智能、自然观察智能等，有效地控制了过于冗长的课时，让学生能够在有效的时间内，提升多元智能。在实际授课中，该课达成率较高，广受好评。

● 整合性主题教学模式的教学反思

今天我们研究的整合性主题教学模式是从其学习对象的需求角度来进行讨论的，在基于整合性主题教学模式的教学过程中，并非所有的STEM项目教学均可使用，在教学过程中，具体要注意以下几个细节：

首先，“真伪”整合性的甄别。基于整合性主题教学模式是为提升学习STEM项目的教学效能而设计的，其目的明确指向为学习者。主题的整合是为了化繁为简，提升教学效益，根据学生的需要为他们提供帮助。所以在使用学习之前，务必核实该设计是否符合基于整合性主题教学模式的概念，切勿为了锦上添花而导致过犹不及。

其次，避免“过度”整合。基于整合性主题教学模式的使用形式较多，在设计中，应遵循因需而设的原则，帮助学习者在适宜的情况下使用基于可整合性的主题。但是如果STEM项目内容可以有更为简易的形式，应采用更具性价比的方式整合，切勿走入为了整合而整合的误区。过度的整合会削弱教学的深度，影响学生的深度学习效能。

最后，选择最佳整合形式。基于整合性主题教学模式本身的形态非常丰富，其外延可借鉴多种形式进行，可学科整合，可故事整合，也可任务整合等，具体采用哪一种形式，应根据实际的学情进行选择。追求教学效率最大化、学习成本最小化的整合性主题教学，是符合STEM项目要求的良好模式，教师应根据具体情况，及时调整教学模式。