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(kāi)展的STEM教育實(shí)踐，提出了一種適合區(qū)域開(kāi)展STEM教育的課程設(shè)計(jì)模型——“3SE”模型（包括情境導(dǎo)入、職業(yè)體驗(yàn)、科學(xué)探究、工程制作、匯報(bào)展示、評(píng)價(jià)反思六個(gè)環(huán)節(jié)）。該模型在鹽田區(qū)進(jìn)行了大范圍應(yīng)用，實(shí)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(mén)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(chēng)。STEM一詞的誕生，可以追溯到20世紀(jì)80-90年代美國(guó)政府對(duì)于國(guó)民科學(xué)素養(yǎng)培養(yǎng)方面的反思，即如何鼓勵(lì)更多的學(xué)習(xí)者在職業(yè)發(fā)展上選擇STEM的相關(guān)專(zhuān)業(yè)以及提高國(guó)民的科學(xué)素養(yǎng)。中國(guó)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(shí)和技能等方面所形成的價(jià)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(diǎn)。從國(guó)際經(jīng)驗(yàn)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(duì)中國(guó)在2030年躋身創(chuàng)新型國(guó)家的前列，2050年成為世界科技創(chuàng)新強(qiáng)國(guó)顯得尤為重要。問(wèn)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(guò)學(xué)生的直接操作，實(shí)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(gè)階段都是存在的，但由于缺少?lài)?guó)家戰(zhàn)略高度的頂層設(shè)計(jì)、社會(huì)聯(lián)動(dòng)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(shí)學(xué)習(xí)”、重“活動(dòng)形式”輕“科學(xué)精神”、重“學(xué)習(xí)結(jié)果”輕“學(xué)習(xí)過(guò)程”等問(wèn)題[3]，且目前各階段的內(nèi)容不連貫，沒(méi)有完整打通的整體框架設(shè)計(jì)。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(lái)，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(tái)政策文件，引導(dǎo)學(xué)校積極開(kāi)展STEM教育，并結(jié)合數(shù)學(xué)、科學(xué)、信息技術(shù)、綜合實(shí)踐活動(dòng)等學(xué)科內(nèi)容，開(kāi)展了一系列富有價(jià)值的課程教學(xué)創(chuàng)新。STEM教育成為推動(dòng)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(shí)，特別是在STEM課程建設(shè)上，很多地方往往采取全盤(pán)國(guó)外引進(jìn)，缺乏結(jié)合實(shí)際的自主開(kāi)發(fā)。區(qū)域開(kāi)展STEM教育一定要根據(jù)自己的實(shí)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?guó)家新時(shí)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(shí)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(píng)價(jià)導(dǎo)入為制度保障，通過(guò)課題組、實(shí)驗(yàn)校、專(zhuān)家顧問(wèn)、教科院領(lǐng)導(dǎo)、教研員、校長(zhǎng)和教師等各層面相關(guān)人員的通力合作，最終將未來(lái)教育理念落實(shí)在課題、課程、課堂等方面，以此推進(jìn)區(qū)域STEM教育的開(kāi)展，撬動(dòng)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(duì)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(kāi)展的STEM教育實(shí)踐，提出了一種適合區(qū)域開(kāi)展STEM教育的課程設(shè)計(jì)模型——“3SE”模型（圖1）。這一框架由六個(gè)環(huán)節(jié)構(gòu)成，分別是：情境導(dǎo)入（Scenario），職業(yè)體驗(yàn)（Experience），科學(xué)探究（Science），工程制作（Engineering），匯報(bào)展示（Showcase），評(píng)價(jià)反思（Evaluation）。情境導(dǎo)入：這一環(huán)節(jié)由指導(dǎo)教師從真實(shí)情境出發(fā)引出問(wèn)題，引發(fā)學(xué)生思考。3SE模型中的問(wèn)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(wèn)題的某些方面。職業(yè)體驗(yàn)：這一部分內(nèi)容可以提供在情境導(dǎo)入階段沒(méi)有獲得或無(wú)法獲得的信息，從真實(shí)的職業(yè)出發(fā)，幫助學(xué)生獲得問(wèn)題的同理心，為設(shè)計(jì)真實(shí)的解決方案做準(zhǔn)備?？茖W(xué)探究：科學(xué)探究作為一個(gè)問(wèn)題解決的過(guò)程，讓學(xué)生可以建立真實(shí)問(wèn)題與學(xué)科知識(shí)之間的連接。學(xué)生將以探究過(guò)程中獲得的事實(shí)證據(jù)來(lái)解釋情境中的問(wèn)題，從而闡明解決問(wèn)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(lái)制作工程項(xiàng)目，以人工制品來(lái)解決真實(shí)境脈中的問(wèn)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(bào)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(shí)技能和解決問(wèn)題的方法。評(píng)價(jià)反思：這一環(huán)節(jié)將支持教師和學(xué)生對(duì)課程中的個(gè)人表現(xiàn)進(jìn)行反思與評(píng)價(jià)。學(xué)生需要思考并評(píng)價(jià)自己是否在充分的協(xié)商與交流過(guò)程中完成了知識(shí)建構(gòu)。在“情境導(dǎo)入”和“職業(yè)體驗(yàn)”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(duì)于問(wèn)題的好奇心和主動(dòng)性;組建學(xué)習(xí)共同體，并引入專(zhuān)業(yè)性資源和社會(huì)協(xié)商，促進(jìn)學(xué)生的社會(huì)性知識(shí)建構(gòu)。在“科學(xué)探究”和“工程制作”階段，開(kāi)展探究活動(dòng)，進(jìn)行專(zhuān)業(yè)知識(shí)收集和建構(gòu)性互動(dòng)，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(wèn)題。在“匯報(bào)展示”和“評(píng)價(jià)反思”階段，學(xué)生呈現(xiàn)作品，根據(jù)自我評(píng)價(jià)和獲得的他人反饋對(duì)學(xué)習(xí)的過(guò)程和取得的結(jié)果進(jìn)行反思;另外，教師自己對(duì)于課程設(shè)計(jì)過(guò)程，以及是否將工程設(shè)計(jì)的系統(tǒng)概念和過(guò)程（如澄清問(wèn)題、建模與可行性分析等）融入STEM項(xiàng)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(kāi)展“科學(xué)探究”再進(jìn)行“工程制作”的流程基礎(chǔ)上展開(kāi)的。這一模型的適用場(chǎng)景是：學(xué)生針對(duì)問(wèn)題本身，開(kāi)展科學(xué)方面的探究與發(fā)現(xiàn)，得到相關(guān)問(wèn)題的科學(xué)結(jié)論;并以結(jié)論為依據(jù)，針對(duì)某一工程問(wèn)題進(jìn)行分析，設(shè)計(jì)解決方案并進(jìn)行原型設(shè)計(jì)。在某些真實(shí)場(chǎng)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(jì)思路，在此不再一一贅述。3SE模型的案例應(yīng)用我們以“圖書(shū)館保衛(wèi)計(jì)劃”為例，介紹基于3SE模型的STEM課程設(shè)計(jì)思路與實(shí)施流程。“圖書(shū)館保衛(wèi)計(jì)劃”是深圳市鹽田區(qū)云海學(xué)校師生開(kāi)發(fā)的一門(mén)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(rùn)，獨(dú)特的地理位置和氣候條件在帶來(lái)優(yōu)美校園風(fēng)景的同時(shí)，也對(duì)學(xué)校設(shè)施設(shè)備的存儲(chǔ)特別是圖書(shū)館書(shū)籍維護(hù)提出了更高要求。針對(duì)圖書(shū)館書(shū)籍容易受潮發(fā)霉的問(wèn)題，學(xué)生們提出假設(shè)，展開(kāi)探究并設(shè)計(jì)方案嘗試解決，通過(guò)STEM模式學(xué)習(xí)完成知識(shí)建構(gòu)和能力發(fā)展。在“情境導(dǎo)入”環(huán)節(jié)，學(xué)生通過(guò)查閱資料，了解圖書(shū)館的基礎(chǔ)知識(shí)，并對(duì)圖書(shū)館書(shū)籍受潮情況進(jìn)行實(shí)地考察;結(jié)合實(shí)地考察所產(chǎn)生的疑問(wèn)，進(jìn)一步查找相關(guān)資料進(jìn)行問(wèn)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(yàn)”環(huán)節(jié)，教師帶領(lǐng)學(xué)生走訪(fǎng)和探究鹽田區(qū)圖書(shū)館，了解全世界著名圖書(shū)館的現(xiàn)狀和歷史;帶領(lǐng)學(xué)生體驗(yàn)圖書(shū)管理員工作，并了解大型圖書(shū)館的防潮措施;邀請(qǐng)氣象局專(zhuān)家與學(xué)生分享天氣濕度的相關(guān)知識(shí)，鼓勵(lì)各研究小組根據(jù)自己的研究問(wèn)題進(jìn)行自由提問(wèn);通過(guò)自我體驗(yàn)與專(zhuān)業(yè)資源幫助學(xué)生對(duì)問(wèn)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(guò)程、通過(guò)自我探究建構(gòu)科學(xué)知識(shí)并得出問(wèn)題解決的方法。學(xué)生通過(guò)開(kāi)展實(shí)驗(yàn)探究濕度對(duì)書(shū)籍的影響，總結(jié)出低濕度、高濕度的優(yōu)缺點(diǎn)，以及最適宜保存書(shū)籍的濕度范圍;討論測(cè)量環(huán)境濕度的方法和原理，比較多種濕度計(jì)在圖書(shū)館環(huán)境下使用的優(yōu)缺點(diǎn)，同時(shí)從幾個(gè)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(kāi)展實(shí)驗(yàn)，對(duì)比其性能并制作濕度計(jì)以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的濕度計(jì)。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(guò)的編程知識(shí)和建模與激光切割等技術(shù)，學(xué)生實(shí)現(xiàn)制作本地顯示、云端監(jiān)測(cè)、自動(dòng)報(bào)警的圖書(shū)館環(huán)境濕度監(jiān)測(cè)裝置。制作過(guò)程具體包括六個(gè)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(shí)地應(yīng)用場(chǎng)景設(shè)計(jì)并制作圖書(shū)館環(huán)境濕度監(jiān)測(cè)裝置的外觀;（3）構(gòu)思對(duì)于裝置的控制方案，結(jié)合探究結(jié)論編寫(xiě)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(cè)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(shū)、制作無(wú)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(bào)展示”環(huán)節(jié)，學(xué)生自行設(shè)計(jì)并表演了舞臺(tái)劇“向新同學(xué)介紹云海圖書(shū)館”，分享項(xiàng)目的開(kāi)展過(guò)程及自己獲得的知識(shí)與技能。教師總結(jié)了項(xiàng)目實(shí)施中對(duì)于STEM課程設(shè)計(jì)的理解和自己的教學(xué)實(shí)踐及反思。在“評(píng)價(jià)反思”環(huán)節(jié)，教師出示了總結(jié)性的評(píng)價(jià)量表，學(xué)生以小組為單位通過(guò)“教師評(píng)價(jià)+小組互評(píng)+組員自評(píng)”的評(píng)價(jià)方式完成對(duì)項(xiàng)目開(kāi)展過(guò)程中學(xué)生知識(shí)技能和關(guān)鍵能力的評(píng)價(jià)。學(xué)生將結(jié)合評(píng)價(jià)結(jié)果，回顧自己的項(xiàng)目式學(xué)習(xí)過(guò)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(diǎn)，筆者在鹽田區(qū)組織開(kāi)展了基于3SE模型的STEM課程設(shè)計(jì)活動(dòng)。經(jīng)過(guò)三年多的實(shí)踐，取得顯著效果。鹽田區(qū)緊緊抓住項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的核心要義，堅(jiān)持面向真實(shí)生活，在長(zhǎng)期實(shí)踐中構(gòu)建了體現(xiàn)項(xiàng)目特色的區(qū)域課程體系及項(xiàng)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(jiǎn)稱(chēng)ASR-STEM模式，并針對(duì)每一種模式研發(fā)出具體