基于学科课程重构的小学STEAM课程设计

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 本文由《现代远距离教育》授权发布

作者：袁磊 王健博乐

摘要

STEAM教育理念自提出以来便以其学生高度参与、学科深度整合的特点受到广泛的关注，而新兴的项目化学习模式(PBL)能够促使在学生解决真实的复杂问题的过程中实现知识迁移，是STEAM教育理念与现行课程体系融合的恰当载体和切入点。在分析现行课程标准的基础上，依据知识、项目、能力提升三者的关联关系，提出基于学科课程项目化重构的小学STEAM课程设计与开发的完整流程，并通过实践案例展示该课程设计与开发流程在小学课程的应用，有助于培养学生的高阶思维与动手实践能力，促进本土化STEAM课程发展。

关键词：课程设计与开发；课程重构；项目化学习；STEAM教育

 

引言

进入21世纪，互联网的高速普及使社会信息总量出现了井喷式的增长，在新一代数字化工具中成长起来的“数字原住民 （Digital Native）”已经潜在地具备了利用网络吸收知识并内化为自身技能储备的社会生存优势。面对这样的新型学习者，我们的教育就不应再局限于讲授常识性的文化内容，而是需要培养学习者利用知识和技能解决问题的“综合力”与“胜任力”，既注重其知识迁移和问题解决能力等高层次能力的发展，也要同时发掘和培养学习者的批判性思维和创新精神等内在品质。STEAM教育（Science，Technology，Engineering，Arts， Mathematics）强调不同学科之间的相互连接和集成，旨在打破学科知识的壁垒，理解各学科知识之间的内在联系，运用科学、技术的有关知识，按照工程学的思想解决真实生活情境中产生的问题，而其中的环节离不开艺术性的设计与数学的方法，五个要素之间相互支撑、互为补充，最终使学生能够在学习过程中整合多种学科知识来理解世界和改变世界，对培养并提高学习者的探究能力和解决实际问题的能力具有重要价值。

 

2015年，国务院总理李克强在政府工作报告中提出“大众创业，万众创新”的理念，把“创新”提升到了一个新的高度。经济新常态下，增长动力正从要素驱动、投资驱动转向创新驱动，这一转换体现出了国家对于高层次人才的迫切需求，而一流的人才需要我们匹配以一流的教育。STEAM教育不仅融合了各个学科的知识内容,而且融合了学科包含的实践活动和精神内涵，这种学科交叉融合的教育方式符合我国目前的复合型创新人才培养方式，深化发展是必然趋势。各国在科技创新的实践中对具备综合素质的人才存在极为迫切的需求，然而学校在K-12教育阶段对学生的培养已经基本定型，即便在高等教育阶段采用多种手段进行引导和激发，学生的思维方式和综合素质也很难达到社会对复合型科技创新人才的要求。换言之，同样是跨学科的知识整合，学校教育将整合的重点放在了“S（Science）”和“M（Mathematics）”的有关知识，但是承担科技创新与研发职能的工商界和诸多企业机构却更加强调从业人员的“T（Technology）”与“E（Engineering）”这两方面的应用技能。学校教育和复合型人才需求之间的不断冲突促使研究人员开始重新思考学校教育阶段的STEAM教育是否培养出了满足当代社会高速发展的科技创新人才，以及接下来的STEAM教育应该采用什么样的课程定位才能缓和这一日益突出的矛盾。

 

STEAM理念在各地区的实践中大多仍停留在劳动技术、通用技术等校本课程的层面，对课程整合、项目化教学模式、学科知识重构等知识内容之间的跨学科融合研究较少，而这也正是我们所关注的重点。本文立足于STEAM教育理念与项目化学习理论，根据小学阶段学生的认知水平，尝试提出基于学科课程项目化重构的小学STEAM课程设计要素与开发方法，并进一步针对课程的设计与开发在课堂上的应用案例加以分析说明，以期推动我国小学阶段STEAM教育的发展，促进学生创新思维与问题解决能力的培养。

 

一、小学课程项目化重构与STEAM理念结合的适切性分析

 

（一）融入STEAM理念的学科课程标准

 

参考英、美、澳等国家制定的课程标准可以发现，受传统学科内容分布的影响，现行的这些标准仍然主要基于学科系统，在数学、科学等相关联的课程标准中整合部分STEAM的跨学科知识应用理念。英国作为科学教育发祥地，早在2000年颁布了面向新世纪的《国家科学教育课程标准》，此后在长期的实践过程中不断吸取以往的成功经验，在科学课中融入了生命科学、地球科学等知识内容，避免了科学课程内容单一、重复的弊端，初步实现各学科之间的相互沟通联系。美国则在政府的主导下，继2012年出台《K-12年级科学教育框架》（A Framework for K-12 Science education），2013年又发布《新一代科学教育标准》（Next Generation Science Standards）。这两项标准的提出意味着将技术与工程正式纳入学科课程体系，为后续STEAM理念与学科课程的整合开展提供了政策性支持。

 

我国2017年2月颁布《义务教育小学课程标准》，在科学课中添加了“技术与工程”领域内容，与原有的物质科学、生命科学、地球和宇宙科学三大领域一起综合呈现知识内容与研究方法，培养学生在各种科学探究活动中初步学习观察、比较、分析资料、工程设计的方法。利用习得的知识和技能理解身边的自然现象和解决简单的实际问题，倡导与小学数学、语文、综合实践活动的关联与互动，体现了我国在课程标准层面融入STEAM教育思想并进一步改革与完善的发展新方向。

 

（二）项目化学习支持小学学科课程重构

 

步入21世纪，信息社会开始了“第四次工业革命”，过去的培养目标不能适应全球经济发展的新要求，市场对人才需求也提升到了新的高度，具备信息素养、批判性思维和问题解决、数据分析与解读等能力的综合素质人才具备竞争力，项目化学习模式便应运而生。项目化学习（Project Based Learning，PBL）起源于美国，根据学者马卡姆（Mark hom）和所罗门（Solomon）的两个代表性定义可知，项目学习既是一种教学手段，也是一种学习方法，它强调以学生为活动主体，教师发挥引导与支持作用，从真实世界中的基本问题出发进行小组合作，综合运用多学科知识解决某个问题或完成一项任务，通过系列规划设计、作品创作以及结果交流等学习任务，在问题解决中促进学习，实现知识的建构与能力的提升。

 

众所周知，尽管我国的课程标准几经变革，但是在课程内容设置上仍然过于分化，而这样的学科设置现状导致各学科知识过于琐碎、彼此独立，与现实生活缺乏关联，也会对培养学生实践能力和创造性思维产生一定的负面影响。根据J.A.巴斯克斯（Jo Anne Vasquez）等学者的观点，随着学科间联结程度的增加，对学习者的要求越高产生的收获越大，如图1所示。学生得以在真实条件下不断地调动知识与经验，并从不同的角度批判地思考问题。与此同时，项目化学习凭借其学科知识综合化、学习目的任务化、学习活动实践化、学习方式个性化、学习评价多样化、学习产出成果化等特征进入大众的视野，让学科课程在 STEAM“跨学科”理念指导下重构，也是STEAM教育方式在我国中小学课程体系中实现“软着陆”的一剂良策。

目前，我国中小学范围内开展的项目化学习大多以综合实践活动的形式在科学、自然等课程中发挥作用，作为学科课程的拓展项目存在。然而要想真正有效地实现项目化学习与学科课程的整合，提升学生的科学知识储备，发展学生的核心素养，我们首先需要提升课堂中“项目”内容的比重，将学科知识进行项目化转变。PBL活动的真实性促使学生提高学习活动的价值，进行更有意义的学习。与传统课堂学到的知识相比，学生更加积极地参与到课程中，根据自己的能力和要求决定如何解决问题，以及为了完成任务必须执行哪些活动或流程，这样知识记忆的时间更长。通过PBL获得知识的学生更能够将自己的知识运用到实际情况中。

学科课程的项目化重构，要求我们在深入理解学科知识点的基础之上，挖掘知识点之间的内在关联以及背后的运用情境，总结出知识点在校本课程概念以外的涉及情感与技能等方面的其他教育因素，而后在真实的生活情境中寻找问题，以解决问题或设计作品为目的设计项目，项目所需的活动不仅涉及多门学科课程的单独知识点，也涉及多个知识点间的跨学科综合运用，这样就要求学生将原本分散、孤立的知识主动纳入自己的知识体系，在“做”中学，加快学生对于课程内容的理解、内化并实现迁移,同时促进其批判性思维、创造思维等高阶思维的发展。

二、基于学科课程项目化重构的小学STEAM课程设计

小学学科课程项目化重构就是将义务教育小学阶段的校本课程改造成为项目化课程的过程。在重构课程体系中融入STEAM理念和活动形式，在原有的项目化课程的坚实基础上，探索出适应我国小学阶段学生认知水平与思维方式的STEAM课程。STEAM课程强调多种维度，除了知识和概念的建构，还有跨学科综合、知识迁移与问题解决能力等多个方面，是一种对学生产生“整体效应”的课程。在综合分析学科知识结构、学生能力、社会需要的基础上，结合实践总结经验，本文设计了项目开发、项目实施、项目评估三个环节应用于基于学科课程项目化重构的小学STEAM课程开发，具体流程如图2所示。

（一）项目化小学STEAM课程设计

项目是在能力要求之下所有需要完成的知识内容和活动过程的集合，项目设计是整个项目活动流程的基础。

1.教育目标分析

由项目化教学领域研究人员、一线教师、STEAM课程设计专家共同组成课程与项目研发团队，对新课程标准下学生的知识目标、能力目标、情感态度目标进行充分解读并归纳，根据小学阶段学生的认知水平，结合STEAM教育理念确定具体教育目标。

2.学科课程解读与重构

各学科一线教师对校本课程仔细解读并进行知识点梳理，按照知识点的内容以及该内容在学生当前年龄段的应用领域等因素划分出一定数量的模块，通过与其他学科教师的交，在STEAM课程设计专家的帮助下，按照1-6年级的分类，形成以数学或科学的学科知识为主干，涵盖多学科知识内容的树状知识图谱。与传统课程的知识单元不同，按照年级划分的知识图谱有效避免了学科知识过于碎片化和与生活实际联系不紧密的问题，是项目最终得以实现知识构建与能力提升的有力保障。

3.项目化任务设计

根据各年级的知识点结构图谱，考虑该年龄段的学习者特征，由 STEAM专家与项目教学研究人员将总结梳理后的知识结构进行项目式转化，转换成可以在该年级进行研究的问题或任务，把项目主题和课程内容凝练成有意义、有价值的驱动问题，激发学生的参与性。在分析教育目标的基础上，三方共同设计挑战性与趣味性并重的问题情境，配以文本、微课、项目学习网站等多种形式的学习资源，引导学生完成任务或解决问题，同时提供交流反馈的学习支架和多元的成果展示评价模块。

根据年级不同，学生的学科基础和学习能力有所不同，STEAM活动项目也有大小之分。短期的小项目主要是基于某个学科的核心知识点学习，长期的大项目需要学生具备跨学科综合能力，考察学生对知识的内化与迁移能力，主要面向喜欢创造、有自己的研究想法甚至可以开发产品的同学，可以在科学课中的技术与工程方向发起。每个年级的项目活动中既要有短期项目，又要有长期项目，可以根据学生能力水平的提升调整项目的分配比例和难易程度。

（二）项目化 STEAM课程实施

项目化STEAM课程实施是学科课程项目式重构的重要环节，主要分为选定项目、制定计划、搜集资料、活动研究、作品制作5个基本环节，在实施过程中对学生的信息获取与加工能力以及小组协作能力要求贯穿始终。

1.选定项目

教师依据接近真实案例的问题创设情境，适当运用多媒体资源辅助，激发学生的学习动机和探索欲，提高教学效率，引出开放性的问题或任务，同时也要明确任务完成的要求与最终结果的呈现形式。在这一环节中，教师与学生可以通过线上线下结合的方式充分交流，为学生答疑解惑，为后续项目式学习打下良好的基础。

2.制定计划

依据所选定的项目要求，由学生自由组成“学习社团”，教师在充分考虑学生的学习风格、思维习惯的基础上予以适当调整，确保团队中的每一个学生都可以在项目活动中发挥作用。教师指导学生在“学习社团”中使用思维导图等工具，尝试将项目任务分解，绘制项目学习导图或流程图，以便明晰项目任务，设计学习活动并梳理完成项目所需的活动步骤以及完成活动所使用的措施与工具，并据此制定书面的项目计划。

3.搜集资料

选定项目所需学习资源可以由教师为学生提供，也可由学生借助网络学习平台自助收集，在项目学习实施全过程中，这些资源主要用于呈现学习任务和引导学生顺利开展探究学习活动。面对学习过程中出现的不易理解的知识点，我们可以采用演示实验、虚拟现实（VR）等多种方式进行讲解，解决难题的同时便于学生灵活运用。随着学习的深入，教师逐渐减少支持，学生可以在无帮助的情况下通过小组间密切协作完成项目。

4.活动探究

活动探究是项目实施的核心环节。在探究过程中，学生结合自身能力特点与小组成员合作，同时也需要教师为学生提供同伴之间协作交流的工具并给予指导。此外，教师还需要及时获取学生的各种反馈信息，对项目的进度与任务进行实时调整。即便是同样年龄的儿童，每个人的能力也会存在不同，有各自的优势。有些学生优势在于动手能力，有些学生优势在于空间想象能力，也有些学生优势在于语言表达能力。我们应当提倡开展个性化学习，不要在项目活动中对学生作出限制，这样才能达到比较理想的学习效果。

5.作品制作

基于学科课程项目式重构的小学STEAM课程与传统课程相比，最大的亮点在于将知识与方法在真实案例中得到迁移，解决实际存在的问题，培养学生的高阶思维能力。这种能力的迁移明显地体现在项目活动的作品制作环节，在新时代信息技术的支持下，项目式STEAM课程的作品形式更加丰富多样，如在工程主题的项目中利用3D打印技术制作模型，在生命科学类主题中配合专业指导制作动植物标本等。

6.信息获取与加工

项目实施的全部环节都离不开对相应信息的获取与加工，包括信息检索、加工、表达与交流等，借助网络学习平台，在选定项目时要求学生具备信息查询与检索能力，要准确地判断该项目的信息需求，制定计划、搜集资料的过程要求学生能够进一步储存和索引信息并评估信息质量，活动探究环节需要符合伦理地使用信息资源并且将已获得的信息应用于问题解决，在作品制作环节则需要综合上述步骤进行思维创新，运用信息化手段交流知识，实现知识与信息的项目化构建。

7.小组协作与交流

基于项目的学习方式（PBL）强调多种学习途径相整合，学习者密切合作完成任务或解决问题，这与STEAM课程教学有很大的相似之处。 STEAM课程强调知识内容的跨学科融合和学生综合能力的培养，着重培养学生的合作交流能力，而项目式重构课程的重点就是围绕问题培养学生解决问题的思维，这也是STEAM课程的重点。在基于学科重构的项目STEAM课程中，问题出现的情境是真实的，而现实生活中问题的解决和产品的设计都离不开与同伴、教师或领域内专业人员的合作。在任务过程中，学生需要与他人交流和讨论。STEAM教育的协作性就是让学生以小组为单位合作学习，共同提出问题解决方案，并形成学习成果。

（三）项目式STEAM课程实施效果评估

1.成果交流与展示

基于学科重构的项目式STEAM课程更加强调个性化，联结新知与旧知，将项目所有环节凝聚于最终的成果中，促进学习者主动学习。在成果交流环节，由学习者自发组织项目式学习汇报展示，小组成员共同准备，向全班汇报小组活动安排、设计创意、成员分工、项目成果等，在现代信息技术手段的支持下，汇报的形式不再局限于PPT演示或口头陈述，而是借助多种媒体设备，多角度展示本小组的学习成果，并与其他小组成员互相交流取长补短，进一步修改完善本组作品。

2.项目活动评价

STEAM教育方式侧重于发掘和培养学生将学科知识迁移至生活情境中解决问题的能力，因此对于项目活动的评价较之现行的评价体系也应当有所提升。首先，在评价目的上应由理念决定目的——评价学生和小组的能力进步情况，监控和调整项目进度，实现学习目标。在评价的原则上，基于学科重构的项目式STEAM课程应当注重评价体系的激励性、主体性、真实性，形成性评价与终结性评价相结合。评价的要素主要包含评价的主体、内容、工具和方式。项目活动的评价内容除了知识内容建构外，还要有协作能力、思维发展以及信息素养；评价主体从学生自身扩展至小组整体和教师，活动过程如需家长辅助则应同时涵盖家长；面对更丰富的评价主体，评价方式也相应地更加多元，学生自我评价、组间互评与教师评价相结合，对项目活动过程以及成果表现进行充分客观地评价；信息技术支持下的评价工具也要更新，要更多使用基于量规的评价、基于概念图的评价、基于电子档案袋的评价等工具，针对不同能力的培养与迁移和与学习结果得出个性化的评价结论，有助于学生进行反思与总结。

3.反馈与调整

在这一环节，一方面是学习者需要根据成果展示交流和项目评价两个环节中收集到的反馈信息来修改项目活动方案或产品设计，另一方面是项目式教学领域研究人员、一线教师与STEAM课程设计专家三方需要综合项目开发、项目实施、项目评估的整体课程设计与开发流程，进一步调整下一步的教育目标、问题情景设置、学习策略设计、成果评价方式以及学习资源和支架的搭建方式。基于学科重构的项目式 STEAM课程设计与开发流程是一个在探索和实践中不断修改、进步的过程,在项目任务当中整合学科知识、原理以及思维方法，通过使学生创造性地解决真实问题，从多个层面促进学生的全面发展。

三、基于学科课程项目化重构的小学STEAM课程开发实践

根据上述讨论，考虑到小学阶段学生的知识储备与认知能力，本文课程开发案例选取小学三年级学生为实验对象，根据项目任务以小组形式进行，每组3-4人，学习时间约为45分钟。人数过少会增加任务难度，人数过多则不利于组内交流与合作。项目案例主题为《坚固的家》，以培养学生动手搭建能力为主要培养目标，在项目完成过程中将涉及数学、科学、工程学、美术、信息技术等学科知识。

（一）案例介绍

本案例通过使用吸管、胶带、剪刀等简易的材料来搭建一个又稳又高的简易建筑模型，引导学生联系生活实际进行动手实践，在制作过程中深入理解并运用工程和技术、数学与艺术的知识。孩子们在老师的指导下团结协作，积极探索，搭建模型的同时也激发孩子们的创新意识，课程设计与开发具体流程如下表所示。

1、课程设计

项目化重构后的课程与现行学科课程之间的知识点整合在STEAM知识体系中主要有几方面的体现。其一，设计模型前需绘制图纸，体现工程学（Engineering）知识和艺术（Arts）知识，项目过程中虽未有直接的知识点应用，但在学习过程中工程方面的素养提升对学生的知识与能力建构都有一定的帮助；其二，模型搭建阶段，需考虑的立方体的基本特性和结构稳定性的影响因素属于科学领域（Science）知识和技术领域（Technology）知识，这样的知识在现行学科课程中暂时没有涉及，主要依靠学习者的生活经验，在此基础上加入学习者自行探索的设计；其三，模型的评价涉及长度的测量与参照物比较方法，属于数（Mathematics）学科知识的直接应用，在项目活动过程中实现知识迁移，培养其动手操作与问题解决能力。详细内容见表2：

2.课程实施

按照实施步骤分为问题引入、活动探究、作品展示与成果评价、方案调整与再设计四个阶段。第一阶段教师设置情境，激发学生兴趣，引导学生联系生活经验，回忆日常生活中的建筑样式；第二阶段学生根据教师展示的图纸讨论搭建方案并绘制草图，而后在保证安全的情况下观察、模仿操作建筑模型的搭建，教师则扮演引导、辅助的角色，协助进度落后的小组解决制作过程中出现的问题并设置奖励，促使学生有意识地考虑如何合理分配使用材料，有助于促进小组合作和培养团队协作意识；第三阶段，教师引导学生综合使用各种方法比较模型作品的高度、稳定性和美观程度，与学生一起分析项目成效，通过亲自动手操作加深对知识内容的理解与内化，并培养一定的审美情趣；第四阶段，加深对STEAM知识整合内涵的理解，从STEAM角度改进设计，并在原作品基础上再次进行模型设计和制作。详细内容见表3：

3.课程评价

在“坚固的家”项目中，对项目式学习效果的评价十分注重多元性，评价形式包括自我评价量表、组间投票、学习过程记录单以及教师评价与总结，评价内容多样，涵盖团队协作情况、作品设计方案、整体学习过程等，具体内容见表4：

（二）案例实施效果总结

案例的实施在以下方面产生了实际效果：

1.促使不同学科教师基于项目的合作更加频繁

针对目前的小学阶段的数学、科学、自然等学科课程，适当开展基于项目的合作可以为不同学科的一线教师提供交流合作的平台，鉴于教师的学科背景和整合能力会对STEAM课程的教学效果产生深远影响，基于项目化重构的平台能够着重培养其多学科的知识背景，以及知识整合、技术整合的能力，同时为培养学习者团队协作意识和创造性思维提供机会，帮助其在商讨中完成任务，在灵活应用知识解决问题中完成跨学科知识体系的建构。

2.改善学科知识碎片化的现状

学科划分设置的模式发展至今，每一个学科都已经形成了相对独立的课程体系，发展了独特的逻辑结构和表述方式，而这样的模式也导致了学科知识过于碎片化，学习者难以在各个学科内容之间建立直观的网络联结，或是形成知识体系，也就更加难以将知识点与生活实际联系，基于学科课程项目化重构的STEAM课程在小学阶段的实施则能够改善这一知识与应用之间“脱节”的现状，通过项目合作的形式在各个学科之间架起桥梁，在学习者的学习风格尚未完全定型的阶段培养其跨学科的知识整合能力。

3.有助于促进学生的个性化发展

通过了解学生对STEAM课程的兴趣，以及针对学生特征的能力发展需要帮助学生将STEAM知识与技能和其本身的兴趣结合起来，可以极大地提高学生的学习兴趣，激发内在学习动力。为了开展个性化教学，教师针对不同的项目任务和学习者特征采取有针对性的教学策略，在本案例中，采取成绩评比、设置奖励机制等方式，为学生提供更加积极的情感体验，因材施教，促进学习者个性化发展达到更好的教学效果。

四、小结

虽然STEAM教育理念已经开始在我国逐渐推广开来，很多中小学也开展了机器人、少儿编程、创客等一系列STEAM活动，取得了一定的效果，但我国仍然处于STEAM教育改革的起步阶段。在小学阶段开设基于学科课程项目式重构的STEAM课程既是未来素质教育课程设置的趋势，也是一种教学模式的改革。STEAM模式下的项目化课程对于培养学生的综合能力以及核心素养具有得天独厚的的优势，也对教师的能力提出了更高的要求。因此，除了参考当前的课程设计与开发模型之外，基础学科教师与教学研究人员应当通力合作，发挥各自的优势，共同促进STEAM理念融入本土课程实施过程，设计出更加符合中国小学阶段学生认知水平的STEAM课程，促进学生创造性思维培养、问题解决能力提高及个性化发展。

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基金项目：全国教育科学规划国家一般课题“基于项目的中小学steam教育应用模式研究”（编号BCA170081）。

作者简介：袁磊，博士，广西师范大学教育学部教授，博士生导师；王健博乐，东北师范大学信息科学与技术学院硕士研究生。

转载自：《 现代远距离教育》第2期 总第182期

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