基于校本课程的跨学科整合

叶静怡

【摘要】介紹了STEM课程理念及其跨学科整合模式，在归纳STEM课程设计模式的基础上进行基于校本课程的跨学科整合STEM课程设计，并对校本STEM课程设计提出未来展望。

【关键词】STEM;跨学科整合;校本课程;课程设计

【中图分类号】G632.4【文献标识码】A【文章编号】1992-7711（2020）30-091-04

1.STEM教育理念

1.1 STEM教育的定义

STEM是科学（ Science）、技术（Technology）、工程（Engineering）和数学（Mathematics）四门学科的简称，可见STEM教育强调多学科的交叉融合，其目标就是提升学习者的STEM素养。

对于STEM教育的定义，目前学术界存在着三种理解，并且都各有实践体现：第一种认为STEM教育是一门后设课程，即在学习者学习STEM相关的独立课程之外再学习一门如何综合运用STEM知识的独立课程。后设课程取向的STEM教育多见于以STEM理念进行学校的研究性学习、选修课或者是创客教育的课程设计，会为这个课程买专业的仪器甚至专门设立实验室，通常会更为强调"技术"在教育中的应用。第二种认为STEM教育是一门有机整合STEM知识的独立课程，由它代替传统的STEM所涉及的课程，培养学习者的综合运用各专业知识的能力。目前在国内常规教育体系之下，科学教育是分科进行的，还没有出现中小学开发独立的STEM课程来代替传统的科学分科课程，而独立课程取向的STEM教育也未见报道。第三种则将STEM教育视为一种教学策略，其核心目标是通过灵活应用探究性学习、基于项目的学习和基于设计的学习等方式，来培养学习者综合利用STEM知识解决现实问题的能力。教育策略取向的STEM教育最为常见，多被应用于中小学的理科教育，目前所见，数学、物理、化学以及生物等科目都有STEM教育策略的应用尝试。

1.2 STEM教育的跨学科特征

无论是哪一种理解，都强调了STEM教育涉及多学科，所以跨学科性是它最重要的核心特征。跨学科意味着教育工作者在 STEM 教育中，不再将重点放在某个特定学科或者过于关注学科界限，而是将重心放在特定问题上，强调利用科学、技术、工程或数学等学科相互关联的知识解决问题，实现跨越学科界限、从多学科知识综合应用的角度提高学生解决实际问题的能力的教育目标。要注意的是，跨学科并不是这学科的简单叠加，而是要将各门学科内容组合形成有机整体，以更好地培养学生的创新精神与实践能力。

1.3 STEM课程的跨学科整合模式及课程设计

余胜泉（2016）认为，跨学科整合的基本取向有三种，分别是：学科知识整合取向、生活经验与社会整合取向和学习者中心整合取向。知识整合取向模式一般采用基于问题的学习模式（problem-based learning），强调把学习设计在复杂、有意义的问题情境中，通过学生合作解决嵌入于真实情境中的问题或与真实世界相关的问题，促进学生对所学知识的理解与建构，从而习得隐含于问题背后的科学知识，形成解决问题的技能和自主学习的能力。这种学习模式，通常每个课题的学习内容不会太复杂，时间不会太长，虽然可能会使用到跨学科知识或实验技能，但会有明显的学科倾向。例如，任伟等（2015）所进行的人教版《化学 选修4》的“原电池”课题就是此类型学习模式。该节课以“原电池”知识作为中心展开，设计闭合电路、不同金属电极的选择、解决形成稳定、持久的电流的技术、化学转换效率的计算等涉及STEM四个方面知识的问题贯穿课堂。生活经验与社会取向课程整合模式一般采用基于项目的学习模式（ project-based learning），以实践性的项目完成为核心，将跨学科的内容、高级思维能力发展与真实生活环境联系起来。项目学习一般以开发最终作品或“人工制品”为出发点，在教师的指导下，学生按自己的设计思路，采用科学的方法完成作品设计。例如，桥世界[10]就是这种学习模式。学生通过一步步的学习任务，运用学到的技术，最终自己用材料构建出一座桥梁模型。学习者中心取向整合模式采用学生主导项目的方式，学生以个人或小组为单位提出任务，任务内容需要学习并运用跨学科知识。学生在项目问题解决过程中，教师发挥协调、指导、检查、监督、计时和评价作用。这几个跨学科整合的取向是从研究内容的特点及订立的主体不同来进行分类的，学习模式也会相应有所差异，而课程设计也会有所不同。

针对 STEM 教育整合的课程设计，美国马里兰大学Herschbach（2011）提出两种最基本的课程模式：相关课程（the correlated curriculum）模式和广域课程（the broad fields curriculum）模式。相关课程模式将各科目仍保留为独立学科，但各科目教学内容的安排重彼此间的联系。广域课程模式则取消了学科间的界限，将所有学科内容整合到新的学习领域。STEM 教育的广域课程模式不再强调物理、化学甚至科学作为独立的学科存在，而是将科学、技术、工程和数学等内容整合起来，形成结构化的课程结构。可以发现，这两种最基本的STEM教育课程模式与STEM教育的定义相匹配，相关课程模式实际上与认为STEM教育是后设课程的理解方向一致，而广域课程模式则与认为STEM教育是独立课程的方向一致。

实际教学中，学校科学课程是分科进行教学的，所以广域课程的设置与目前的基础教育及中等教育的课程设置比较难以协调统一。所以，无论是基于哪种跨学科整合模式，现时实际比较常见的做法是基于相关课程模式来进行STEM课程设计。另外，需要强调的是，在分科教学的背景下，每个学科的教师基本上更多关注的是学生对本科目的学习，所以目前不少的学科教师会将STEM教育的跨学科整合视为一种教育策略来帮助学生理解或者应用本科目知识——即以上提到的STEM教育的教育策略取向定义。例如，有教师在数学课《反比例函数》的教学设计中，举例了许多来源于物理学科的问题，并运用反比例函数知识加以解决。这种从物理学科引入数学问题，然后运用数学方法解决的做法就是STEM教育中强调的跨学科整合。但笔者认为，这种教学策略向的STEM教育整合只能算是针对某一科学教学主题内容的课堂教学设计，而不能称之为“课程设计”。

结合以上所述及教学实际，本研究所进行的是基于后设课程及相关课程模式的STEM课程设计。

3.基于校本课程的跨学科STEM课程开发

初中阶段是学生对科学学习逐步增加的阶段，比较合适在本学段进行STEM教育。我们希望通过合适的STEM教育，让学生在学习各科的科学知识后，能够将这些学习到的知识融会贯通，并结合各种技术用跨学科思维解决实际问题。

3.1 课程设计原则

在进行基于校本课程的STEM课程设计中，我们必须遵循以下的原则：（1）适用性。问题或项目情境的难度应当适中，要与学生的接受程度相匹配。在课程设计的时候，需要考虑不同学段的学生的背景知识水平，不能罔顾学生本身的所具备的学习能力与水平随意增加课程难度，使得课程有良好的学段适用性。（2）协调性。STEM教育是多学科融合的教学，所以在课程设置时必须强调各学科的良好协调，尤其是涉及到跨学科内容教学时，必须考虑各学科相关内容的呈现先后顺序，以便提高课程教学的合理性与流畅度。（3）实用性。生活经验和社会整合模式强调将跨学科的内容、高级思维能力发展与真实生活环境联系起来。所以，STEM课程设计的项目选择应该具有一定的实用性，尽量与学生的生活息息相关。

3.2 课程设计实施

3.2.1 课程设计团队的建立

本研究的STEM课程设计团队由5位物理老师，1位化学老师和1位生物老师组成。初中阶段所有的科学学科的老师都包含在了课程开发团队中，以便在进行跨学科课程设计时，学科之间有更好的协调。

3.2.2 STEM课程主题的确立

STEM课程是基于问题的学习、基于项目的学习、基于挑战的学习和基于探究的学习，对于初中生来说，最好的课题应该是基于真实情景提出问题，形成项目，在解决问题与挑战的过程中进行探究。这些真实情景，最好是初中生身边接触得到，更容易激发初中生的思考，从而提出问题。学校STEM课程应具备连续性、可持续性、系统性。综合考虑课程设计的原则以及学习实际，研究课题组选择了“模拟污水处理厂的建立”主题进行STEM课程设计尝试。

从该主题的与学生的日常生活相关性来看，水是生命之源，人既需要饮用水来维持生命，也需要水满足生活上的其它各种需要，用水安全显得尤为重要，污水处理这个主题与学生的生活息息相关，学生的切身体会也是深刻的。从该主题涉及的学科来看，分别包括了数学，物理，化学以及生物，并且涉及到的科学原理符合初中生的理解水平;同时还涉及到了一系列的检验技术和污水处理技术，非常适合作为STEM课程主题。该课程所涉及到的STEM知识详见图1。

3.2.3 STEM课程教学活动设计

在STEM课程主题确立以后，根据对其所涉及的各科知识内容的分析，进行符合学生认知的教学设计。

本主题分三个部分，共9个活动。包括1个问题引入活动，5个背景经验活动和3个解决问题活动。

表1 “模拟污水处理厂的建立”课程设计内容及课时安排

从上表可知，整个STEM主题课程内容包含物理、化学及生物的学科知识，并根据其难易程度循序渐进的安排，先介绍背景知识，然后再通过学习到的知识及技术进行整合，最后搭建出模拟污水处理厂，并进行设计改进。

在课时安排上，比较灵活，一共需要10到13个课时来完成整个主题的教学，非常适合作为一个学期的研究性学习的校本课程来使用。我校的一学期的研究性学习大约为13个课时，刚好满足此课的课时需求。

3.2.4 实验室及资源建立

由于我校的STEM课程刚开始设立，所以还没有设立专有的STEM实验室，而是采用物理及化学实验室及其现有的仪器并添置一些仪器及用品来暂时充当STEM课程實验室。物理实验室的电流表、电压表、天平、温度计、密度计，化学实验室现有的各种玻璃仪器都是可以被利用的现成仪器。新购置的实验仪器主要是课程需要的、但目前初中物理、化学等实验室没有的一些常见仪器。例如，微型水泵、磁力搅拌器、分光光度计、数据采集系统（包含pH、COD、温度、光照强度、压强、离子浓度等传感器） ，胶熔枪（用于制作简单的器具或者器具间的拼接）等。结合实验室现有的仪器及用品资源便可初步建立STEM实验室供课堂教学和学生活动。

3.2.5 课程评价设计

由于STEM课程本身及所设计课程的项目的特性，过程性评价和总结性评价更为适合，同时包括了教师的评价和学生自身及小组成员之间的评价。为此，本课程设计组成员共同设计了《小组课堂任务评价量表》以便正确的评价小组在STEM课程活动中完成相应任务的表现与效果。STEM 教学侧重于培养学习者解决实际问题的能力，《工程建议书》作为检验学习效果是否达到预期的教学目标的一个重要的结果体现，我们设计了《工程建议书项目评价表》供教师评价及学生自评及互评，以全面评价整个课程的学习效果。

4. STEM课程设计尝试的意义及未来展望

（1）逐步建立并完善校本课程STEM课程体系。STEM课程设计是一个巨大的工程，不能一蹴而就，只能逐步推进。俗话说“万事起头难”，但通过本次有效的STEM课程设计的研究尝试，有了第一个课程设计的成功经验，便可以此形成课程开发的规范流程与模式。一些课程中必要的、共同的部分（如课堂表现评价工具等）可以在不同的课程中使用，有利于后续课程的快速开发。;;;;;;;（下转第95页）（上接第93页）

（2）逐步建立并完善STEM教学活动实验室。STEM课程的实施离不开教学活动的开展，而教学活动的场地——STEM实验室是必不可少的硬件设施。进行有预见性的、目的明确的课程设计，能更有针对性的建立STEM实验室，购买添置有明确用途的仪器及实验用品，优化实验资源配置，做到目标明确，不浪费资源，在课程形成系统化的同时，也让实验室建设与管理更趋向于体系化。

（3）逐步建立并完善STEM教学的教师团队。课程设计需要教师来进行，而课程的教学实施，还是需要教师来完成，教师团队的能力需要不断提升，而STEM课程的设计与实施提供了很好的机遇。虽然研究还处于初级阶段，教师团队也略显稚嫩，但通过STEM课程的设计尝试，为我们的STEM教师团队提供了真实而可靠的教学实践机会。从课程设计与实施过程中，我们除了获得学生的学习思路与表现外，还能通过学生的学习成果反思我们的课程设计及教学方式，在新的课程及教学设计中不断调整改进，为教学团队的长足发展提供了坚实的基础。

【注：本文系2017年度广州市中小学中等职业学校深入推进STEM课程实施专项研究课题“基于初中学生日常生活的STEM课程的开发研究”成果（课题编号：GZJY2017-004）】

【参考文献】

[1]朱凯，陈咏梅，李锐等.STEM教育的实践探索[J].中国现代教育装备，2016，（9）：1～3

[2]高云峰.创客与STEAM教育结合的实践[J].力学与实践，2016，38（4）：74～77

[3]赵力红.基于 STEM 教育的创新实验室建设[J].教学仪器与实验，2016（1），15～18

[4]傅骞，刘鹏飞.从验证到创造——中小学STEM教育应用模式研究[J].中国电化教育，2016（4）：71～78

[5]赵文静，张雨强.初中数学课程中的STEM教育初探[J].中小学教师培训，2016（10），42～45

[6]范佳午，方园.中学物理教育中如何体现STEM教育[J].中小学信息技术教育，2013（11）：41～42

[7]任偉，李远蓉，马坤鹤.基于 STEM 教育下的中学化学教学模式初探[J].化学教与学，2015（7）：10～12

[8]王润英.STEM教育在高中生物学教学中的尝试[J].生物学通报，2016，51（3）：24～27

[9]余胜泉，胡翔.STEM教育理念与跨学科整合模式[J].开放教育研究，2015，21（4）：13～22

[10]叶兆宁.桥世界——美国STEM课程案例[J].中国科技教育，2016（5）：20

[11]Herschbach D.R.（2011）.The stem initiative： constraints and challenges[J].Journal of Stem Teacher Education，48（ 1） ： 96 ～122.