中美合作STEAM課程的教學(xué)魅力

□ 丁建勇

一、關(guān)于STEAM教育核心概念的界定

STEAM是科學(xué) （Science）、 技術(shù)（Technology）、 工程（Engineering）、藝術(shù) （Arts） 和數(shù)學(xué) （Mathematics）五個(gè)學(xué)科的簡(jiǎn)稱。其中，“S”是指科學(xué)的概念，是開展STEM課程的基礎(chǔ)，因?yàn)闊o(wú)論課程主題是什么，都要圍繞一個(gè)科學(xué)概念來(lái)展開；“T”所代表的技術(shù)是學(xué)生在課程中操作工具、運(yùn)用材料等動(dòng)手能力；“E”即工程，是進(jìn)行問題分析、設(shè)計(jì)方案、建模、測(cè)試等解決問題的過程，這也通常是課程設(shè)計(jì)的主線；“A”即藝術(shù)，指廣泛的人文藝術(shù)科目，涵蓋社會(huì)研究、語(yǔ)言、形體、音樂、美學(xué)和表演等；“M”是數(shù)學(xué)和計(jì)算思維，是指學(xué)生和教師進(jìn)行數(shù)據(jù)解讀與分析的能力。STEAM教育支持學(xué)生通過整合學(xué)科知識(shí)并運(yùn)用這些知識(shí)認(rèn)識(shí)世界、改造世界，達(dá)到培養(yǎng)自身解決問題的創(chuàng)新能力。它要求學(xué)習(xí)者帶著問題學(xué)習(xí)，是基于項(xiàng)目式、情景式、探索式的學(xué)習(xí)。它要求教育者擁有多學(xué)科、跨學(xué)科、綜合性、多面性的知識(shí)，以趣味性、游戲性的教學(xué)方式去設(shè)計(jì)和開發(fā)STEAM課程。

STEAM教育由美國(guó)政府主導(dǎo)的STEM教育計(jì)劃演變而來(lái)。STEM教育研究最早起源于美國(guó)科技促進(jìn)協(xié)會(huì)在1985年發(fā)起的一項(xiàng)致力于改革美國(guó)科學(xué)、數(shù)學(xué)與科技教育的 “2061計(jì)劃”。STEM教育模式以項(xiàng)目為引領(lǐng)，強(qiáng)調(diào)在眾多孤立的學(xué)科中建立一個(gè)新的橋梁，為學(xué)生提供整體認(rèn)識(shí)世界的機(jī)會(huì)，以消除傳統(tǒng)教學(xué)中各學(xué)科知識(shí)割裂、不利于學(xué)生綜合解決實(shí)際問題的障礙，是一種大綜合的科學(xué)教育理念。后因部分學(xué)者主張，STEM只是 “理工科”的學(xué)習(xí)，不應(yīng)該只包含理工科知識(shí)，還需要有藝術(shù)、人文、社會(huì)、情感等學(xué)科的融入，所以應(yīng)該加上一個(gè)“A”， 即藝術(shù) （Arts）， 故而 STEM變成了STEAM。

國(guó)外STEAM教育主要集中在美國(guó)、英國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家。如美國(guó)的“項(xiàng)目引路”（PLTW）機(jī)構(gòu)在中學(xué)階段推出的STEAM課程的教學(xué)活動(dòng)多為基于項(xiàng)目或問題的學(xué)習(xí)，讓學(xué)生在產(chǎn)品研究、設(shè)計(jì)、測(cè)試中得到綜合訓(xùn)練。美國(guó)還建立了專門的STEAM中學(xué)，學(xué)生可以申請(qǐng)經(jīng)費(fèi)、得到專家的指導(dǎo)，學(xué)校為表現(xiàn)好的學(xué)生設(shè)立大學(xué)先修課程，大幅提高了學(xué)生在這些領(lǐng)域的知識(shí)及科研水平。

STEAM教育中國(guó)特色體系已初現(xiàn)端倪。2016年，《教育信息化“十三五”規(guī)劃》中指出，有條件的地區(qū)要積極探索信息技術(shù)在“眾創(chuàng)空間”、跨學(xué)科學(xué)習(xí)（STEAM教育）、創(chuàng)客教育等新的教育模式中的應(yīng)用。2017年，教育部印發(fā)的《中小學(xué)綜合實(shí)踐活動(dòng)課程指導(dǎo)綱要》明確將創(chuàng)意物化能力培養(yǎng)作為課程目標(biāo)，引導(dǎo)中小學(xué)開展STEAM教育。2018年1月，在新頒布的普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)中，很多學(xué)科也都明確滲透或倡導(dǎo)了STEAM教育思想。STEAM教育已成為我國(guó)進(jìn)一步深化課程教學(xué)改革、創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式和選拔模式、提升學(xué)生科學(xué)與創(chuàng)新素養(yǎng)的重要抓手。

二、中美合作STEAM課程項(xiàng)目教學(xué)實(shí)踐案例

2017—2018年，河北定州中學(xué)與美國(guó)加利福尼亞州奇諾谷學(xué)區(qū)開展項(xiàng)目合作，在河北省基礎(chǔ)教育領(lǐng)域率先嘗試了中美合作全英文STEAM課程項(xiàng)目，將學(xué)校課程體系與美國(guó)科學(xué)類、技術(shù)類、工程類、數(shù)學(xué)類、文學(xué)類、藝術(shù)類、外語(yǔ)類等課程對(duì)接和融合，圍繞學(xué)校特色綜合實(shí)踐類校本課程建設(shè)和特色拓展探究類校本課程建設(shè)展開研究與探索，并取得了一定實(shí)際效果，為推進(jìn)STEAM課程本土化和特色化研究與實(shí)踐提供了可行性范例，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和實(shí)踐價(jià)值。

（一） 關(guān)于《制作凈水設(shè)備》的課程案例

1.課程目標(biāo)

培養(yǎng)學(xué)生環(huán)保意識(shí)和創(chuàng)造理念，在世界范圍內(nèi)研究解決水污染問題的方法和策略，確保農(nóng)村水污染地區(qū)用水安全。制作一個(gè)多種類型的、易于使用的凈水設(shè)備，最終成品是學(xué)生做出的凈水系統(tǒng)，學(xué)生們以專題廣告形式和畫廊陳列模式來(lái)展示產(chǎn)品，進(jìn)行模擬商業(yè)銷售。

2.科目設(shè)置及授課內(nèi)容

該項(xiàng)目總學(xué)時(shí)30小時(shí)，包括英語(yǔ)語(yǔ)言文學(xué)、化學(xué)、數(shù)學(xué)、3D虛擬設(shè)計(jì)、工程 （3D實(shí)體模型）等五個(gè)科目教學(xué)內(nèi)容。英語(yǔ)課：閱讀關(guān)于水污染的研究文章，討論當(dāng)?shù)厮廴締栴}，并為凈水系統(tǒng)寫使用說明并作為銷售廣告。化學(xué)課：學(xué)習(xí)凈水系統(tǒng)的原理并對(duì)凈化前后的水進(jìn)行檢測(cè)。數(shù)學(xué)課：計(jì)算凈化出的純水占凈化之前的百分比，并計(jì)算出需要凈化多少水以供家庭使用。工程課：在電腦上設(shè)計(jì)凈化系統(tǒng)，并使用工程設(shè)計(jì)制法來(lái)制作模型。

授課期間，學(xué)生以合作小組形式人人參與，運(yùn)用英語(yǔ)進(jìn)行閱讀、寫作和交流，并設(shè)計(jì)、制定問題解決方案，同時(shí)反復(fù)論證、修改。活動(dòng)結(jié)束時(shí)，學(xué)生通過廣告設(shè)計(jì)、3D作品、實(shí)體模型等形式，展示設(shè)計(jì)思路和產(chǎn)品，并進(jìn)行模擬商業(yè)銷售。

（二）關(guān)于《衛(wèi)星和軌道航天器》的課程案例

1.課程目標(biāo)

發(fā)掘?qū)W生的創(chuàng)造潛能，開發(fā)學(xué)生想象力和動(dòng)手操作能力，增強(qiáng)社會(huì)實(shí)踐能力；陶冶學(xué)生的語(yǔ)言、文學(xué)、美術(shù)、健體等藝術(shù)修養(yǎng)，提升學(xué)生的跨文化語(yǔ)言交際能力；引領(lǐng)學(xué)生了解自身興趣愛好、性格特征，提高學(xué)生對(duì)未來(lái)進(jìn)行職業(yè)規(guī)劃的能力。學(xué)生以繪畫藝術(shù)、電腦設(shè)計(jì)、實(shí)體模型來(lái)展示衛(wèi)星、機(jī)器人和宇宙飛船圖案，并通過實(shí)際操作演示宇宙飛船著陸。

2.科目設(shè)置及授課內(nèi)容

本項(xiàng)目總學(xué)時(shí)30小時(shí)，包括以下科目：《工程Engineering》：工程建造、評(píng)估和重新設(shè)計(jì)模擬發(fā)射衛(wèi)星；工程設(shè)計(jì)和建造減震系統(tǒng)以運(yùn)輸宇宙飛船?！端囆g(shù)欣賞Art Appreciation》：行星藝術(shù)品，學(xué)習(xí)藝術(shù)元素——形狀、線、顏色、明暗度、紋理?！犊茖W(xué)Science》回顧和注釋與衛(wèi)星和航天器有關(guān)的文章?！稊?shù)學(xué)探究 Mathematical Inquiry》：制定一個(gè)幾何機(jī)器人，送入太空；制定和草擬衛(wèi)星設(shè)計(jì)?！洞髮W(xué)/職業(yè)規(guī)劃 College/Career Readiness》：使用計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室探究自己感興趣的領(lǐng)域和職業(yè)?！睹绹?guó)歷史American History》： 馬丁·路德·金及美國(guó)黑人運(yùn)動(dòng)史等?！扼w育運(yùn)動(dòng)Physical Education》：美式橄欖球、排球、籃球、跳繩等。

在完成項(xiàng)目的過程中，學(xué)生發(fā)揮想象力和創(chuàng)造力，設(shè)計(jì)外形美觀的衛(wèi)星和機(jī)器人模型。通過力學(xué)裝置，將物理力學(xué)、建筑學(xué)和藝術(shù)審美有機(jī)結(jié)合起來(lái)。項(xiàng)目任務(wù)不僅涉及了物理、工程等基礎(chǔ)知識(shí)，而且還從團(tuán)隊(duì)協(xié)作、數(shù)學(xué)探究、職業(yè)規(guī)劃、藝術(shù)修養(yǎng)、人文歷史及強(qiáng)健體魄等綜合角度全方位讓學(xué)生體驗(yàn)不同專業(yè)學(xué)科領(lǐng)域常識(shí)。

三、中美合作STEAM課程項(xiàng)目的運(yùn)作流程、主要特征及其教學(xué)魅力

中美合作STEAM課程項(xiàng)目基于 “一個(gè)核心”（課程的核心或立足點(diǎn)基于要解決的問題或項(xiàng)目），圍繞 “兩個(gè)循環(huán)”開展 （教師的教學(xué)設(shè)計(jì)和學(xué)生的學(xué)習(xí)活動(dòng)圍繞 “探究學(xué)習(xí)循環(huán)”和 “設(shè)計(jì)制作循環(huán)”），呈現(xiàn) “六個(gè)特征”（即課程具有 “跨學(xué)科學(xué)習(xí)、跨文化交流、工程設(shè)計(jì)主導(dǎo)、學(xué)生動(dòng)手操作、團(tuán)隊(duì)共同參與、成果多元開放”的主要特征），凸顯 “六個(gè)魅力”（即創(chuàng)新魅力、人文魅力、思維魅力、實(shí)踐魅力、合作魅力、個(gè)性魅力）。

（一）中美合作STEAM課程的目標(biāo)、核心或立足點(diǎn)基于要解決的問題或項(xiàng)目

STEAM課程強(qiáng)調(diào)在看似雜亂無(wú)章的學(xué)習(xí)情境中發(fā)展學(xué)生的問題設(shè)計(jì)能力和問題解決能力。學(xué)生學(xué)習(xí)的過程就是解決實(shí)際問題和完成實(shí)際項(xiàng)目的過程，是對(duì)傳統(tǒng)的分學(xué)科教學(xué)中教師 “講授原理”“舉例說明”“鞏固訓(xùn)練”等慣性教學(xué)方式和學(xué)習(xí)方式的一種顛覆和革命。因此，基于現(xiàn)實(shí)情境的真實(shí)問題或項(xiàng)目的解決構(gòu)成了驅(qū)動(dòng)學(xué)習(xí)的任務(wù)目標(biāo)、核心因素和關(guān)鍵點(diǎn)位。

（二）教學(xué)始終圍繞“探究學(xué)習(xí)循環(huán)”和“設(shè)計(jì)制作循環(huán)”進(jìn)行

STEAM項(xiàng)目研究過程包括了“探究學(xué)習(xí)”和 “設(shè)計(jì)制作”兩個(gè)并行或串行展開基本循環(huán)。在STEAM課堂上，學(xué)生圍繞問題或項(xiàng)目，根據(jù)個(gè)人的興趣及學(xué)習(xí)中的困惑和疑問，開展 “探究學(xué)習(xí)”和 “設(shè)計(jì)制造”活動(dòng)，主動(dòng)搜集資料、分析數(shù)據(jù)，并設(shè)計(jì)、測(cè)試和改進(jìn)問題的解決方案，同時(shí)不斷與合作伙伴交流、分享研究成果，進(jìn)而提高學(xué)生對(duì)科學(xué)概念的理解，充分發(fā)展學(xué)生的實(shí)踐與創(chuàng)新能力。

（三）中美合作STEAM課程的主要特征及其教學(xué)魅力

與傳統(tǒng)分學(xué)科教學(xué)相比，中美合作STEAM課程具有鮮明的跨學(xué)科、跨文化、體驗(yàn)性、情境性、協(xié)作性、設(shè)計(jì)性、藝術(shù)性、趣味性、實(shí)證性和技術(shù)增強(qiáng)性等特點(diǎn)，尤其凸顯了 “跨學(xué)科學(xué)習(xí)、跨文化交流、工程設(shè)計(jì)主導(dǎo)、學(xué)生動(dòng)手操作、團(tuán)隊(duì)共同參與、成果多元開放”等主要特征，并在 “創(chuàng)新性、人文性、實(shí)踐性、工程思維、合作學(xué)習(xí)、學(xué)生個(gè)性發(fā)展”等方面展現(xiàn)出獨(dú)特的教學(xué)魅力。

1.跨學(xué)科學(xué)習(xí)展現(xiàn)STEAM課程的創(chuàng)新魅力

STEAM課程的跨學(xué)科學(xué)習(xí)是一種現(xiàn)代教育哲學(xué)，具有方法論意義。它不是把科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)和數(shù)學(xué)等知識(shí)進(jìn)行簡(jiǎn)單疊加，而是在解決實(shí)際問題中使各門學(xué)科有目的、有意識(shí)地有機(jī)融合。

首先，對(duì)中國(guó)教師來(lái)說，跨學(xué)科學(xué)習(xí)促使其跳出基于標(biāo)準(zhǔn)化考試的傳統(tǒng)教育思維定式，使其勇于以融合多種學(xué)科的視角積極探索，在教育理念、教學(xué)方式和教學(xué)內(nèi)容上不斷革故鼎新。其次，對(duì)中國(guó)學(xué)生來(lái)說，不僅在跨越學(xué)科界限、綜合運(yùn)用多種學(xué)科知識(shí)設(shè)計(jì)解決方案的過程中，逐步形成跨學(xué)科的思維習(xí)慣和學(xué)習(xí)習(xí)慣，而且在對(duì)一個(gè)個(gè)模糊不確定的課題的一次次鍥而不舍的探究過程中，會(huì)進(jìn)一步啟迪求異思維，發(fā)掘創(chuàng)造潛質(zhì)，生成創(chuàng)新意識(shí)、創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力。再次，對(duì)中國(guó)學(xué)校來(lái)說，課程項(xiàng)目本身最直接、最重要的價(jià)值就是引發(fā)對(duì)校本課程體系的改革創(chuàng)新。

2.跨文化交流彰顯STEAM課程的人文魅力

跨文化交流為學(xué)生搭建了平臺(tái)，提供了機(jī)會(huì)，增強(qiáng)了學(xué)生的人文情懷、藝術(shù)修養(yǎng)和語(yǔ)言修為。一是為幫助學(xué)生樹立人類命運(yùn)共同體意識(shí)和多元文化意識(shí)，形成開放包容的態(tài)度創(chuàng)造了條件，為學(xué)生未來(lái)適應(yīng)經(jīng)濟(jì)全球化和社會(huì)信息化奠定了基礎(chǔ)。二是通過美術(shù)、音樂、健體等藝術(shù)課程人文素養(yǎng)浸潤(rùn)，培養(yǎng)學(xué)生高尚的審美情操和藝術(shù)鑒賞品位。三是地道的英語(yǔ)口語(yǔ)教學(xué)和英美文學(xué)增強(qiáng)了學(xué)生的語(yǔ)言、文學(xué)修養(yǎng)，提升學(xué)生的跨文化語(yǔ)言交際能力。四是職業(yè)規(guī)劃課程學(xué)習(xí)，引領(lǐng)學(xué)生了解自身興趣愛好、性格特征、擅長(zhǎng)的學(xué)科，進(jìn)一步提高對(duì)未來(lái)進(jìn)行職業(yè)規(guī)劃的能力。

3.工程設(shè)計(jì)主導(dǎo)透視STEAM課程的思維魅力

工程始終是STEAM課程的主導(dǎo)或主線，能夠在有意義的情境中整合，強(qiáng)化科學(xué)、技術(shù)、藝術(shù)、數(shù)學(xué)等學(xué)科學(xué)習(xí)和應(yīng)用。工程的關(guān)鍵是在工程設(shè)計(jì)和研究過程中要形成工程思維。工程思維是一種籌劃性、系統(tǒng)性的思維，是運(yùn)用各種知識(shí)解決工程實(shí)踐問題的核心，關(guān)系到提出問題的時(shí)機(jī)、工作的排序與調(diào)整、形成有效的思維模式、如何判斷工作成果優(yōu)劣等程序和方法。通常包括以下步驟：一是確定需要解決的問題和需要達(dá)成的目標(biāo)；二是研究和制定解決問題的方案；三是根據(jù)已有知識(shí)與目標(biāo)制作模型；四是對(duì)模型進(jìn)行評(píng)估，選擇最優(yōu)方案；五是如果沒有達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，則重新定義問題設(shè)計(jì)步驟。

當(dāng)前高中學(xué)校的教學(xué)方式多以認(rèn)知型思維為主。STEAM課程將工程思維引入課堂教學(xué)，是一種思維方式的變革。工程思維能夠使學(xué)生完整地經(jīng)歷提出問題、規(guī)劃方案、修訂方案、解決問題、形成成果、展示交流、評(píng)價(jià)改進(jìn)的各個(gè)階段，使學(xué)生的知識(shí)與技能、實(shí)踐應(yīng)用能力、遷移創(chuàng)新能力、跨領(lǐng)域合作溝通能力等不斷發(fā)展，對(duì)學(xué)生思維方法、心智模式、統(tǒng)籌能力的形成具有重要意義。

4.學(xué)生動(dòng)手操作體現(xiàn)STEAM課程的實(shí)踐魅力

STEAM教室與傳統(tǒng)教室不同，是一個(gè)布置著木板、銼刀、畫筆、電線、電路板、芯片、3D打印機(jī)以及各種教育科技產(chǎn)品的工作坊或操作間。學(xué)生的認(rèn)知與學(xué)習(xí)，是通過動(dòng)手操作活動(dòng)這一中介體完成的。在做中學(xué)，在學(xué)中做。用互聯(lián)網(wǎng)查詢資料、構(gòu)想可行性方案、動(dòng)手制作產(chǎn)品等一系列實(shí)踐活動(dòng)，由此激發(fā)學(xué)生無(wú)窮的創(chuàng)造潛能，這就是STEAM教育的實(shí)踐魅力。

5.團(tuán)隊(duì)共同參與凸顯STEAM課程的合作魅力

STEAM課程凸顯了教學(xué)過程中溝通、互動(dòng)、交往和合作的本質(zhì)。傳統(tǒng)教學(xué)中的學(xué)習(xí)方式為“孤獨(dú)學(xué)”或“單一學(xué)”，而STEAM 為 “對(duì)學(xué)”或 “群學(xué)”。傳統(tǒng)教學(xué)中的信息傳遞方式為“一對(duì)多”，而STEAM課程中實(shí)現(xiàn)了多元化，既有 “一對(duì)多”，也有“多對(duì)一”，更有 “一對(duì)一”和 “多對(duì)多”。

一是在達(dá)成團(tuán)隊(duì)目標(biāo)的過程中，通過個(gè)體發(fā)言、同位商討、小組討論、同學(xué)辯論、教師點(diǎn)評(píng)等多維互動(dòng)方式展示不同的觀點(diǎn)和經(jīng)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)課上互學(xué)、課下互助、師生互動(dòng)、生生合作的多邊活動(dòng)形態(tài)，有利于項(xiàng)目順利開展。二是通過合作學(xué)習(xí)、質(zhì)疑爭(zhēng)辯，增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，為學(xué)生提供更多參與課堂的機(jī)會(huì)，融洽同學(xué)之間的合作關(guān)系，進(jìn)而提高課堂教學(xué)活力。三是在反思、改進(jìn)的過程中，提高學(xué)生接受反饋、與同伴對(duì)話、反思改進(jìn)的能力，主動(dòng)糾正錯(cuò)誤，享受學(xué)習(xí)愉悅，感受成長(zhǎng)幸福，有助于學(xué)生創(chuàng)造生命力的生成、持續(xù)和延展。

6.成果多元開放釋放STEAM課程中學(xué)生的個(gè)性魅力

成果的多元開放是STEAM教育的真正魅力所在。在進(jìn)行工程設(shè)計(jì)時(shí)，學(xué)生們或分析歸納，或聯(lián)想想象，或發(fā)散收斂，或探索批評(píng)，常會(huì)提出一些出乎教師意料的充滿奇思妙想和個(gè)性思維的設(shè)計(jì)思路，在思維靈活性、聯(lián)想和創(chuàng)新能力等方面表現(xiàn)出風(fēng)格迥異的個(gè)性特點(diǎn)和魅力。

當(dāng)然，學(xué)生的探究結(jié)果有可能與教師預(yù)期結(jié)論并不相同，也可能是失敗的，但STEAM課程允許挫折、彎路和失敗。事實(shí)上，創(chuàng)新就是一個(gè)試錯(cuò)的過程，基于失敗作品的重新研制也是正常且必要的，對(duì)失敗的反思、重新設(shè)計(jì)與制作的過程，就是一個(gè)再認(rèn)識(shí)、再思考和再創(chuàng)造的過程。尊重差異，允許失敗，發(fā)掘?qū)W生的聰明才智和創(chuàng)新潛質(zhì)，綻放學(xué)生個(gè)性發(fā)展的魅力之花！

四、結(jié)語(yǔ)

新時(shí)代，新思維，新課程。在當(dāng)前推進(jìn)中國(guó)學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)落地、加強(qiáng)創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的大背景下，學(xué)校課程建設(shè)要主動(dòng)作為，把培育學(xué)生積極的人生態(tài)度、價(jià)值取向、創(chuàng)新意識(shí)和關(guān)鍵能力有機(jī)整合為課程目標(biāo)，積極借鑒國(guó)外STEAM教育優(yōu)質(zhì)資源，加強(qiáng)STEAM教育的本土化、特色化探索，讓科學(xué)與創(chuàng)新深入每一個(gè)孩子的心田，進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生的家國(guó)情懷、國(guó)際視野和人類命運(yùn)共同體意識(shí)，努力寫好高中新課程改革的奮進(jìn)之筆！