第二章STEM教學(xué)設(shè)計(jì)第二節(jié)STEM課程設(shè)計(jì)STEM課程內(nèi)容涉及領(lǐng)域廣泛，大到航天科技、星際觀測，小到微觀粒子、高分子材料，涉及最新科技成果，關(guān)注社會(huì)民生、環(huán)境安全等方方面面，其目的是培養(yǎng)學(xué)生正確世界觀、科學(xué)思維方式，提升解決實(shí)際問題的能力。STEM課程設(shè)計(jì)涵蓋宏觀、微觀、要素、角色等方面內(nèi)容。第二節(jié)STEM課程設(shè)計(jì)一、STEM課程分類STEM教育內(nèi)涵的理解，學(xué)者們一直存在爭議，主要存在兩類不同的理解。一種認(rèn)為STEM教育應(yīng)作為一門課程，是通過整合不同學(xué)科、有目的地融合以解決真實(shí)世界中問題的課程。STEM課程作為一個(gè)集合課程，是21世紀(jì)替代傳統(tǒng)核心課程的新的核心課程。另一種認(rèn)為STEM教育是一種學(xué)習(xí)方式和教學(xué)策略，所有教師，特別是科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)教師以整合的方式教學(xué)和學(xué)習(xí)，學(xué)科的專業(yè)內(nèi)容沒有分割，同時(shí)被視為動(dòng)態(tài)的和流動(dòng)的學(xué)習(xí)。STEM教育通過使用基于設(shè)計(jì)、問題解決發(fā)現(xiàn)、探索性學(xué)習(xí)策略等教學(xué)手段將STEM學(xué)科融合為整體的方法。這兩種觀點(diǎn)的共同之處在于：融合，科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)及其他相關(guān)學(xué)科之間融合為整體。第二節(jié)STEM課程設(shè)計(jì)一、STEM課程分類基于以上理解，從學(xué)科間不同整合方式來看，將STEM課程分為兩種類型。一是相關(guān)課程，各科目仍保留為獨(dú)立學(xué)科，但各科目教學(xué)內(nèi)容的安排注重彼此間的聯(lián)系，融入STEM教育理念，以主科目的課程內(nèi)容、知識(shí)為主開展融合式學(xué)習(xí)。這種模式與學(xué)校目前體制下的課程模式接近，需要不同學(xué)科之間的教師對課程安排進(jìn)行詳細(xì)、周密協(xié)調(diào)和計(jì)劃。二是廣域課程，取消學(xué)科間的界限，將科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)等內(nèi)容整合起來，形成結(jié)構(gòu)化的課程結(jié)構(gòu)，一般通過項(xiàng)目或者活動(dòng)形成連貫的、有組織的課程結(jié)構(gòu)，如目前的中小學(xué)科學(xué)課程、創(chuàng)客課程。第二節(jié)STEM課程設(shè)計(jì)二、STEM課程設(shè)計(jì)（一）課程設(shè)計(jì)原則美國著名的課程理論家泰勒提出的課程編制四個(gè)基本問題，適用于STEM課程宏觀設(shè)計(jì)：（1）課程目標(biāo)：試圖達(dá)到什么樣的教學(xué)目標(biāo)？（2）課程內(nèi)容：提供什么樣的教育內(nèi)容最有可能達(dá)到這些目標(biāo)？（3）課程實(shí)施：怎樣有效組織這些教育內(nèi)容？（4）課程評價(jià)：如何確定這些目標(biāo)正在得以實(shí)現(xiàn)？第二節(jié)STEM課程設(shè)計(jì)二、STEM課程設(shè)計(jì)（二）課程宏觀設(shè)計(jì)課程宏觀設(shè)計(jì)是課程的總體規(guī)劃，主要包括編選教材（含教學(xué)資源）、制定教學(xué)計(jì)劃、制定教學(xué)大綱、制定教學(xué)成效考核辦法等方面。1.選編教材。目前中小學(xué)STEM課程沒有統(tǒng)一教材，建議任課教師根據(jù)教學(xué)目標(biāo)編寫校本化教材及配套教學(xué)資源，以適應(yīng)不同校情、不同年級學(xué)生的教學(xué)需要。2.制定學(xué)習(xí)計(jì)劃與教學(xué)大綱。教學(xué)計(jì)劃中要合理安排學(xué)生有效學(xué)習(xí)的課程數(shù)量、學(xué)習(xí)活動(dòng)、課時(shí)分配（包括課堂教學(xué)與實(shí)踐），以保證教學(xué)的正常有效實(shí)施。教學(xué)大綱中要明確教學(xué)中所需要傳遞的知識(shí)、技能、策略要求。3.制定教學(xué)成效考核辦法。了解教學(xué)目標(biāo)大成度，有效調(diào)整改進(jìn)今后的教學(xué)內(nèi)容及計(jì)劃安排。第二節(jié)STEM課程設(shè)計(jì)二、STEM課程設(shè)計(jì)（二）課程宏觀設(shè)計(jì)廣域STEM課程，在設(shè)計(jì)上要體現(xiàn)兩點(diǎn)：一是必須設(shè)計(jì)“動(dòng)手環(huán)節(jié)”，因?yàn)閯?dòng)嘴、動(dòng)耳都不一定動(dòng)腦，但動(dòng)手一定動(dòng)腦；二是必須設(shè)計(jì)有足夠的，或想象、或挑戰(zhàn)、或創(chuàng)新、或創(chuàng)造的課程環(huán)節(jié)，目的是讓學(xué)生將所學(xué)快速轉(zhuǎn)化，學(xué)以致用。相關(guān)STEM課程，在設(shè)計(jì)上要體現(xiàn)兩點(diǎn)：一是工程設(shè)計(jì)循環(huán)，反復(fù)探討如何解決問題，認(rèn)證解決方案；二是科學(xué)實(shí)驗(yàn)流程，不斷建立假設(shè)，認(rèn)證假設(shè)，發(fā)現(xiàn)問題。第二節(jié)STEM課程設(shè)計(jì)二、STEM課程設(shè)計(jì)（三）STEM課程微觀設(shè)計(jì)課程微觀設(shè)計(jì)主要針對一個(gè)教學(xué)單元或一個(gè)具體教學(xué)項(xiàng)目（活動(dòng)），包括6個(gè)步驟：（1）確定教學(xué)目標(biāo)。教學(xué)目標(biāo)是學(xué)生學(xué)習(xí)的預(yù)期結(jié)果，是一切教學(xué)活動(dòng)的依據(jù)，也是教學(xué)結(jié)束時(shí)所要達(dá)到的狀態(tài)。現(xiàn)代教學(xué)設(shè)計(jì)要求每次課教師現(xiàn)將教學(xué)目標(biāo)告知學(xué)生，然后按目標(biāo)要求安排不同的教學(xué)（2）學(xué)情分析。了解學(xué)生的年齡、認(rèn)知特點(diǎn)，原有知識(shí)水平，按照學(xué)生不同狀況和條件制定不同的目標(biāo)、安排不同的活動(dòng)。（3）確定教學(xué)程序計(jì)劃。安排教學(xué)過程、內(nèi)容，確定教學(xué)的組織形式，選擇教學(xué)的方式、方法及傳遞經(jīng)驗(yàn)的媒體。（4）設(shè)計(jì)教學(xué)活動(dòng)。組織具體教學(xué)活動(dòng)內(nèi)容，實(shí)施步驟及注意點(diǎn)。（5）確定考核內(nèi)容及方式。根據(jù)教學(xué)目標(biāo)設(shè)計(jì)課程單元或教學(xué)活動(dòng)的多主體、多樣化評價(jià)方式，設(shè)計(jì)評價(jià)量表。（6）對教學(xué)成效進(jìn)行預(yù)評價(jià)，對教學(xué)設(shè)計(jì)進(jìn)行完善。對制定的教學(xué)設(shè)計(jì)方案的可行性進(jìn)行預(yù)評價(jià)，以改進(jìn)完善計(jì)劃。為教學(xué)實(shí)施做準(zhǔn)備。第二節(jié)STEM課程設(shè)計(jì)二、STEM課程設(shè)計(jì)（三）STEM課程微觀設(shè)計(jì)STEM課程微觀設(shè)計(jì)要考慮以下六個(gè)要點(diǎn)：（1）知識(shí)的傳授不是最重要的，最重要的是所學(xué)知識(shí)如何應(yīng)用于現(xiàn)實(shí)并解決實(shí)際問題；（2）工程主題和科學(xué)主題的STEM課程，其流程設(shè)計(jì)建議參照塞耶模型；（3）必須設(shè)計(jì)評價(jià)量規(guī)進(jìn)行綜合評價(jià)，而不是單純以完成最終任務(wù)為唯一評價(jià)指標(biāo)；（4）必須設(shè)計(jì)實(shí)質(zhì)的總結(jié)反思環(huán)節(jié)，如有必要，課程要重復(fù)上；（5）要向?qū)W生提出一系列問題，其設(shè)計(jì)要參照布魯姆教學(xué)目標(biāo)分類法（從簡單逐漸發(fā)展到復(fù)雜）；（6）體現(xiàn)學(xué)生核心素養(yǎng)的培養(yǎng)要求。第二節(jié)STEM課程設(shè)計(jì)三、STEM課程設(shè)計(jì)流程課程教學(xué)單元的整體設(shè)計(jì)包含以下六個(gè)部分：一是明確任務(wù)或問題，確定引入情境。問題或任務(wù)是否來自現(xiàn)實(shí)世界；采用怎樣的方式引入問題或任務(wù)；要研究的問題或完成的任務(wù)是什么；有哪些具體要求。二是分析對象和目標(biāo)。課程在哪個(gè)年級實(shí)施；這個(gè)年級的學(xué)生對所涉及的概念有哪些認(rèn)識(shí)；哪些是錯(cuò)誤的認(rèn)識(shí)，在技能方面有哪些缺失；根據(jù)這些基礎(chǔ)，確定課程的教學(xué)目標(biāo)有哪些。第二節(jié)STEM課程設(shè)計(jì)三、STEM課程設(shè)計(jì)流程課程教學(xué)單元的整體設(shè)計(jì)包含以下六個(gè)部分：三是分析學(xué)習(xí)內(nèi)容與要求。學(xué)生研究該問題或完成該任務(wù)的過程是怎樣的；涉及哪些學(xué)科探究的內(nèi)容；活動(dòng)可以有哪些順序；這些順序可以如何分配。四是列出工具與資源。學(xué)生需要用哪些工具；工具的使用方法和注意事項(xiàng)有哪些；哪些可能給學(xué)生造成危險(xiǎn)或傷害；如何提示和防范；學(xué)生需要哪些學(xué)習(xí)資源做補(bǔ)充，從哪里能找到這些資源，以哪種方式呈現(xiàn)資源。第二節(jié)STEM課程設(shè)計(jì)三、STEM課程設(shè)計(jì)流程課程教學(xué)單元的整體設(shè)計(jì)包含以下六個(gè)部分：五是設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)活動(dòng)過程和教學(xué)支持。研究問題的探究過程是怎樣的；如何引導(dǎo)學(xué)生思考問題；如何幫助學(xué)生解決問題。六是設(shè)計(jì)評價(jià)方案。學(xué)生的學(xué)習(xí)成果有哪些；如何進(jìn)行定性或定量評價(jià)；哪些評價(jià)需要與學(xué)生共同討論并制定；如何從評價(jià)中獲得信息以判斷學(xué)生的理解和發(fā)展?fàn)顩r；如何給予適當(dāng)?shù)闹笇?dǎo)和幫助。第二節(jié)STEM課程設(shè)計(jì)四、STEM課程角色設(shè)計(jì)1.學(xué)生從幼兒園到大學(xué)各年級的學(xué)生都可以有效地參與到STEM項(xiàng)目式學(xué)習(xí)中。每個(gè)年級的學(xué)生都在學(xué)習(xí)如何收集和應(yīng)用知識(shí)，使自己成為終身學(xué)習(xí)者。在發(fā)展和執(zhí)行項(xiàng)目式學(xué)習(xí)中，學(xué)生有關(guān)鍵的任務(wù)。建議讓學(xué)生參與項(xiàng)目的整個(gè)過程，也就是從項(xiàng)目的開發(fā)到最后的評估。大多數(shù)學(xué)生是在傳統(tǒng)講座式教學(xué)的環(huán)境中接受教育，他們習(xí)慣了教師作為知識(shí)傳播者的角色。讓他們在學(xué)習(xí)過程中承擔(dān)更多自主學(xué)習(xí)的角色，可能會(huì)讓他們覺得有壓力。牢記一點(diǎn)很重要，那就是項(xiàng)目式學(xué)習(xí)不一定要完全取代傳統(tǒng)教學(xué)方法，有些時(shí)候可能需要講座式教學(xué)，尤其是在教師和學(xué)生對項(xiàng)目教學(xué)法都感覺陌生的時(shí)候。第二節(jié)STEM課程設(shè)計(jì)四、STEM課程角色設(shè)計(jì)2.教師從幼兒園到大學(xué)的每個(gè)年級的各科教師(如：科學(xué)、數(shù)學(xué)、科學(xué))都可以在他們的課堂上開展項(xiàng)目式學(xué)習(xí)。項(xiàng)目式學(xué)習(xí)可能對很多教師來說是嶄新的教學(xué)方法。剛?cè)腴T的新教師和有經(jīng)驗(yàn)的教師都可以在一定程度上在自己的課堂上實(shí)施項(xiàng)目式學(xué)習(xí)，或者應(yīng)用其基礎(chǔ)性概念和觀點(diǎn)。在STEM項(xiàng)目式學(xué)習(xí)中，教師更多的是協(xié)助者、導(dǎo)師或教練，而非只是知識(shí)的傳播者。他們通過有效的提問來指引學(xué)生的學(xué)習(xí)過程，支持學(xué)生反思這些問題，而不是給學(xué)生提供直接的信息和答案。教師應(yīng)該問學(xué)生一些耐人尋味的問題，來推動(dòng)學(xué)生的想象力并增強(qiáng)他們的學(xué)習(xí)動(dòng)力。教師應(yīng)該給學(xué)生提供探究的空間，并且讓學(xué)生提出具有驅(qū)動(dòng)力的問題。教師應(yīng)該通過監(jiān)控學(xué)生的作用和參與并讓學(xué)生參與個(gè)性化的合作性學(xué)習(xí)，來促進(jìn)學(xué)習(xí)，鼓勵(lì)學(xué)生對概念形成更深刻、更有意義的理解。教師也應(yīng)該為學(xué)生的項(xiàng)目提供向公眾進(jìn)行展示的機(jī)會(huì)，因?yàn)閷W(xué)生來說，對公眾所做的展示要比僅僅對同班同學(xué)和教師所做的展示更有意義。第二節(jié)STEM課程設(shè)計(jì)四、STEM課程角色設(shè)計(jì)3.學(xué)習(xí)伙伴學(xué)生間合作是STEM課程的重要組成部分，通過小組合作共同完成任務(wù)來實(shí)現(xiàn)。在合作學(xué)習(xí)的過程中，引導(dǎo)學(xué)生積極交流、相互支持、尊重每一個(gè)成員在集體中的貢獻(xiàn)。學(xué)習(xí)能力處于不同水平的學(xué)生相互合作對每個(gè)人都有幫助，因?yàn)樗麄儍A注多種觀點(diǎn)和經(jīng)驗(yàn)來實(shí)現(xiàn)一個(gè)共同的小組目標(biāo)。在分組時(shí)，需要考慮到為每個(gè)組員分配角色，這能夠使任務(wù)簡化，并能有效促進(jìn)任務(wù)完成的效率和質(zhì)量。小組的基本角色框架如下：組長：領(lǐng)導(dǎo)和指引組員各司其職。指導(dǎo)員：嚴(yán)格把握任務(wù)完成的步驟、進(jìn)度，并適當(dāng)給予鼓勵(lì)。材料員：收集、組織、指導(dǎo)資料的正確使用。報(bào)告員：記錄團(tuán)隊(duì)的想法并向全班展示最終成果。第二節(jié)STEM課程設(shè)計(jì)四、STEM課程角色設(shè)計(jì)4.師生共同體STEM項(xiàng)目式學(xué)習(xí)要求教師和學(xué)生共同控制學(xué)習(xí)環(huán)境。這種角色的變化對習(xí)慣傳統(tǒng)教學(xué)方法的教師來說可能有點(diǎn)困難。教師不知道如何設(shè)計(jì)和使用項(xiàng)目教學(xué)法實(shí)施跨學(xué)科內(nèi)容教學(xué)。教育管理人員在采納項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的過程中占有很重要的地位，他們要給教師提供專業(yè)發(fā)展的機(jī)會(huì)，幫助教師為開展自己的教學(xué)項(xiàng)目做好準(zhǔn)備，在自己的課堂上實(shí)施項(xiàng)目式學(xué)習(xí)，營造自學(xué)的環(huán)境，并通過多項(xiàng)評估模式來評估項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的不同結(jié)果。除了專業(yè)發(fā)展，教師還可以利用那些能夠幫助他們發(fā)展并實(shí)施項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的網(wǎng)絡(luò)資源。這些網(wǎng)絡(luò)資源包括已經(jīng)發(fā)展完善且在課堂上付諸實(shí)施的項(xiàng)目。在開展項(xiàng)目式學(xué)習(xí)時(shí)，教師們也可以通過不同的網(wǎng)站來分享自己的經(jīng)驗(yàn)，并從其他教師的知識(shí)和洞察力獲益。第二節(jié)STEM課程設(shè)計(jì)四、STEM課程角色設(shè)計(jì)4.師生共同體所有學(xué)科領(lǐng)域的教師都可以在自