基于3SE模型的STEM教育區(qū)域發(fā)展模式探索

【摘要】STEM教育區(qū)域推廣是促進(jìn)區(qū)域教育公平、提升區(qū)域教育質(zhì)量的根基。筆者結(jié)合在深圳市鹽田區(qū)開展的STEM教育實踐，提出了一種適合區(qū)域開展STEM教育的課程設(shè)計模型——“3SE”模型（包括情境導(dǎo)入、職業(yè)體驗、科學(xué)探究、工程制作、匯報展示、評價反思六個環(huán)節(jié)）。該模型在鹽田區(qū)進(jìn)行了大范圍應(yīng)用，實踐效果顯著?！娟P(guān)鍵詞】3SE模型;STEM教育;區(qū)域發(fā)展模式STEM是四門學(xué)科Science（科學(xué)）、Technology（技術(shù)）、Engineering（工程）和Mathematics（數(shù)學(xué)）的英文單詞首字母的統(tǒng)稱。STEM一詞的誕生，可以追溯到20世紀(jì)80-90年代美國政府對于國民科學(xué)素養(yǎng)培養(yǎng)方面的反思，即如何鼓勵更多的學(xué)習(xí)者在職業(yè)發(fā)展上選擇STEM的相關(guān)專業(yè)以及提高國民的科學(xué)素養(yǎng)。中國學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)要求學(xué)生在學(xué)習(xí)、理解、運(yùn)用科學(xué)知識和技能等方面所形成的價值標(biāo)準(zhǔn)、思維方式和行為表現(xiàn)[1]，具體包括理性思維、批判質(zhì)疑、勇于探究等基本要點。從國際經(jīng)驗中，我們可以看出STEM教育作為培養(yǎng)學(xué)生探究能力、批判思維能力以及與人溝通的能力的載體，具有非常好的效果[2]。STEM教育對中國在2030年躋身創(chuàng)新型國家的前列，2050年成為世界科技創(chuàng)新強(qiáng)國顯得尤為重要。問題的提出隨著政策推進(jìn)、教育理論和信息技術(shù)的發(fā)展，STEM教育逐漸走進(jìn)校園。STEM教育具有明顯的跨學(xué)科特征，注重通過學(xué)生的直接操作，實現(xiàn)深度學(xué)習(xí)，雖然僅從內(nèi)容上看，STEM教育目前從幼兒園到高中，每一個階段都是存在的，但由于缺少國家戰(zhàn)略高度的頂層設(shè)計、社會聯(lián)動機(jī)制不健全等客觀原因，STEM教育容易出現(xiàn)重“技能培養(yǎng)”輕“知識學(xué)習(xí)”、重“活動形式”輕“科學(xué)精神”、重“學(xué)習(xí)結(jié)果”輕“學(xué)習(xí)過程”等問題[3]，且目前各階段的內(nèi)容不連貫，沒有完整打通的整體框架設(shè)計。有學(xué)者也嘗試提出一些中小學(xué)STEM課程模型或教育模式，但較少涉及區(qū)域性整體推進(jìn)模式。STEM教育區(qū)域推廣是STEM教育得以普及與發(fā)展的基礎(chǔ)，是促進(jìn)區(qū)域教育公平、提升區(qū)域教育質(zhì)量的根基[4]。近年來，浙江、江蘇、山東、河南以及北京海淀區(qū)、廣東深圳市等地陸續(xù)出臺政策文件，引導(dǎo)學(xué)校積極開展STEM教育，并結(jié)合數(shù)學(xué)、科學(xué)、信息技術(shù)、綜合實踐活動等學(xué)科內(nèi)容，開展了一系列富有價值的課程教學(xué)創(chuàng)新。STEM教育成為推動區(qū)域教育高質(zhì)量發(fā)展的重要引擎和有力抓手。但區(qū)域推進(jìn)STEM教育往往重安排部署輕落細(xì)落實，特別是在STEM課程建設(shè)上，很多地方往往采取全盤國外引進(jìn)，缺乏結(jié)合實際的自主開發(fā)。區(qū)域開展STEM教育一定要根據(jù)自己的實際情況，從所處地域、城鄉(xiāng)環(huán)境、區(qū)域特色、學(xué)校規(guī)模、師資情況等因素加以考慮。要在STEM課程本土化、校本化上做足工作。區(qū)域推進(jìn)STEM教育既要有先進(jìn)理念支撐，又要根植于家鄉(xiāng)大地，找到適合自己發(fā)展的教育土壤?；趪倚聲r代基礎(chǔ)教育改革發(fā)展新要求，根據(jù)STEM教育的核心內(nèi)涵和實踐要求，深圳市鹽田區(qū)以學(xué)校特色發(fā)展、教學(xué)方式變革、綜合素養(yǎng)培養(yǎng)等方面的需求為導(dǎo)向，以政策文件、配套經(jīng)費(fèi)、師資培訓(xùn)、評價導(dǎo)入為制度保障，通過課題組、實驗校、專家顧問、教科院領(lǐng)導(dǎo)、教研員、校長和教師等各層面相關(guān)人員的通力合作，最終將未來教育理念落實在課題、課程、課堂等方面，以此推進(jìn)區(qū)域STEM教育的開展，撬動區(qū)域?qū)W習(xí)方式的漸進(jìn)變革、整體變革、系統(tǒng)變革。3SE模型的內(nèi)涵結(jié)合前面對于STEM教育模式和課程模型的理論探討，筆者結(jié)合在深圳市鹽田區(qū)開展的STEM教育實踐，提出了一種適合區(qū)域開展STEM教育的課程設(shè)計模型——“3SE”模型（圖1）。這一框架由六個環(huán)節(jié)構(gòu)成，分別是：情境導(dǎo)入（Scenario），職業(yè)體驗（Experience），科學(xué)探究（Science），工程制作（Engineering），匯報展示（Showcase），評價反思（Evaluation）。情境導(dǎo)入：這一環(huán)節(jié)由指導(dǎo)教師從真實情境出發(fā)引出問題，引發(fā)學(xué)生思考。3SE模型中的問題是概念不完整或結(jié)構(gòu)不完整（劣構(gòu)）的，并且能夠使學(xué)生發(fā)現(xiàn)或者定義問題的某些方面。職業(yè)體驗：這一部分內(nèi)容可以提供在情境導(dǎo)入階段沒有獲得或無法獲得的信息，從真實的職業(yè)出發(fā)，幫助學(xué)生獲得問題的同理心，為設(shè)計真實的解決方案做準(zhǔn)備?？茖W(xué)探究：科學(xué)探究作為一個問題解決的過程，讓學(xué)生可以建立真實問題與學(xué)科知識之間的連接。學(xué)生將以探究過程中獲得的事實證據(jù)來解釋情境中的問題，從而闡明解決問題的途徑。工程制作：學(xué)生將在這一部分內(nèi)容中使用技術(shù)工具和資源來制作工程項目，以人工制品來解決真實境脈中的問題。這部分中可以使用的技術(shù)工具涵蓋但不限于信息技術(shù)、人工智能、機(jī)械加工等范圍。匯報展示：學(xué)生將以不同形式在這一部分中展示自己在課程中獲得的知識技能和解決問題的方法。評價反思：這一環(huán)節(jié)將支持教師和學(xué)生對課程中的個人表現(xiàn)進(jìn)行反思與評價。學(xué)生需要思考并評價自己是否在充分的協(xié)商與交流過程中完成了知識建構(gòu)。在“情境導(dǎo)入”和“職業(yè)體驗”階段，為學(xué)生創(chuàng)設(shè)以學(xué)生為中心的學(xué)習(xí)環(huán)境，激發(fā)學(xué)生對于問題的好奇心和主動性;組建學(xué)習(xí)共同體，并引入專業(yè)性資源和社會協(xié)商，促進(jìn)學(xué)生的社會性知識建構(gòu)。在“科學(xué)探究”和“工程制作”階段，開展探究活動，進(jìn)行專業(yè)知識收集和建構(gòu)性互動，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)并理解科學(xué)原理，幫助學(xué)生分析并解決工程問題。在“匯報展示”和“評價反思”階段，學(xué)生呈現(xiàn)作品，根據(jù)自我評價和獲得的他人反饋對學(xué)習(xí)的過程和取得的結(jié)果進(jìn)行反思;另外，教師自己對于課程設(shè)計過程，以及是否將工程設(shè)計的系統(tǒng)概念和過程（如澄清問題、建模與可行性分析等）融入STEM項目學(xué)習(xí)也需要進(jìn)行反思。目前的“3SE”模型是建立在先開展“科學(xué)探究”再進(jìn)行“工程制作”的流程基礎(chǔ)上展開的。這一模型的適用場景是：學(xué)生針對問題本身，開展科學(xué)方面的探究與發(fā)現(xiàn)，得到相關(guān)問題的科學(xué)結(jié)論;并以結(jié)論為依據(jù)，針對某一工程問題進(jìn)行分析，設(shè)計解決方案并進(jìn)行原型設(shè)計。在某些真實場景下，需要以工程制作的制品支撐科學(xué)探究，或需要經(jīng)歷多輪的科學(xué)探究與工程制作。這些做法從理念上，都符合“3SE”模型框架的設(shè)計思路，在此不再一一贅述。3SE模型的案例應(yīng)用我們以“圖書館保衛(wèi)計劃”為例，介紹基于3SE模型的STEM課程設(shè)計思路與實施流程?！皥D書館保衛(wèi)計劃”是深圳市鹽田區(qū)云海學(xué)校師生開發(fā)的一門STEM課例。課例基于云海學(xué)校的地理環(huán)境背景：學(xué)校依山傍海而建，常年氣候濕潤，獨特的地理位置和氣候條件在帶來優(yōu)美校園風(fēng)景的同時，也對學(xué)校設(shè)施設(shè)備的存儲特別是圖書館書籍維護(hù)提出了更高要求。針對圖書館書籍容易受潮發(fā)霉的問題，學(xué)生們提出假設(shè)，展開探究并設(shè)計方案嘗試解決，通過STEM模式學(xué)習(xí)完成知識建構(gòu)和能力發(fā)展。在“情境導(dǎo)入”環(huán)節(jié)，學(xué)生通過查閱資料，了解圖書館的基礎(chǔ)知識，并對圖書館書籍受潮情況進(jìn)行實地考察;結(jié)合實地考察所產(chǎn)生的疑問，進(jìn)一步查找相關(guān)資料進(jìn)行問題溯源與思考;結(jié)合小組的思考，討論并且盡可能多地提出相關(guān)假設(shè)，使用思維導(dǎo)圖進(jìn)行整理，初步構(gòu)建可行的解決方案。在“職業(yè)體驗”環(huán)節(jié)，教師帶領(lǐng)學(xué)生走訪和探究鹽田區(qū)圖書館，了解全世界著名圖書館的現(xiàn)狀和歷史;帶領(lǐng)學(xué)生體驗圖書管理員工作，并了解大型圖書館的防潮措施;邀請氣象局專家與學(xué)生分享天氣濕度的相關(guān)知識，鼓勵各研究小組根據(jù)自己的研究問題進(jìn)行自由提問;通過自我體驗與專業(yè)資源幫助學(xué)生對問題進(jìn)行更加完整的定義。在“科學(xué)探究”環(huán)節(jié)，教師帶領(lǐng)學(xué)生經(jīng)歷科學(xué)探究的一般過程、通過自我探究建構(gòu)科學(xué)知識并得出問題解決的方法。學(xué)生通過開展實驗探究濕度對書籍的影響，總結(jié)出低濕度、高濕度的優(yōu)缺點，以及最適宜保存書籍的濕度范圍;討論測量環(huán)境濕度的方法和原理，比較多種濕度計在圖書館環(huán)境下使用的優(yōu)缺點，同時從幾個方面比較濕度傳感器與干濕球的性能、電容式濕敏元件和電阻式濕敏元件的性能，收集相關(guān)信息并開展實驗，對比其性能并制作濕度計以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的濕度計。在“工程制作”環(huán)節(jié)，基于調(diào)查研究和科學(xué)探究得出的結(jié)論，結(jié)合已經(jīng)學(xué)過的編程知識和建模與激光切割等技術(shù)，學(xué)生實現(xiàn)制作本地顯示、云端監(jiān)測、自動報警的圖書館環(huán)境濕度監(jiān)測裝置。制作過程具體包括六個步驟：（1）了解和掌握CocoMod電子元件（主控模組、WIFI模組、環(huán)境模組、屏幕模組、轉(zhuǎn)接模組）以及CocoBlockly編程工具的使用方法;（2）結(jié)合實地應(yīng)用場景設(shè)計并制作圖書館環(huán)境濕度監(jiān)測裝置的外觀;（3）構(gòu)思對于裝置的控制方案，結(jié)合探究結(jié)論編寫程序?qū)崿F(xiàn)設(shè)置的功能;（4）收集材料，完成原型制作;（5）分享作品，交流心得;（6）進(jìn)行原型測試與裝置改進(jìn)。除了制作關(guān)鍵作品，學(xué)生們還集思廣益，提出了多元化的解決方案，如增加電子圖書、制作無酸紙盒，以及與傳統(tǒng)文化相關(guān)的蕓香草精油噴霧等。在“匯報展示”環(huán)節(jié)，學(xué)生自行設(shè)計并表演了舞臺劇“向新同學(xué)介紹云海圖書館”，分享項目的開展過程及自己獲得的知識與技能。教師總結(jié)了項目實施中對于STEM課程設(shè)計的理解和自己的教學(xué)實踐及反思。在“評價反思”環(huán)節(jié)，教師出示了總結(jié)性的評價量表，學(xué)生以小組為單位通過“教師評價+小組互評+組員自評”的評價方式完成對項目開展過程中學(xué)生知識技能和關(guān)鍵能力的評價。學(xué)生將結(jié)合評價結(jié)果，回顧自己的項目式學(xué)習(xí)過程，思考自己今后的學(xué)習(xí)行為。3SE模型的區(qū)域?qū)嵺`效果結(jié)合區(qū)域特色和學(xué)校特點，筆者在鹽田區(qū)組織開展了基于3SE模型的STEM課程設(shè)計活動。經(jīng)過三年多的實踐，取得顯著效果。鹽田區(qū)緊緊抓住項目式學(xué)習(xí)的核心要義，堅持面向真實生活，在長期實踐中構(gòu)建了體現(xiàn)項目特色的區(qū)域課程體系及項目學(xué)習(xí)的區(qū)域?qū)嵺`模式[5]。我們研發(fā)出了基于學(xué)科（Academic）、情境（Scenario）、生活（Real-life）的STEM教育區(qū)域?qū)嵺`模式，簡稱ASR-STEM模式，并針對每一種模式研發(fā)出具體