STEM項目中整合性主題教學(xué)模式的教學(xué)研究

王蕾

教學(xué)現(xiàn)場

STEM主題活動經(jīng)常依托于傳統(tǒng)學(xué)科的教研，有的課基于科學(xué)學(xué)科，有的課基于綜合實踐課程，有的課基于信息技術(shù)學(xué)科。其中濃厚的原學(xué)科氛圍讓老師們不禁疑惑：STEM項目課程的典型形式是什么？在以上活動中，如果將其更名為學(xué)科教研可以嗎？STEM項目課程到底應(yīng)該從傳統(tǒng)學(xué)科中借鑒什么？

問題分析

對STEM項目教學(xué)模式的質(zhì)疑，來源于學(xué)科自身的發(fā)展過程。由于缺乏基礎(chǔ)師資的供給，所以STEM項目多依托基礎(chǔ)學(xué)科進行。基礎(chǔ)學(xué)科也為STEM項目提供了豐富的教學(xué)經(jīng)驗、組織形式和學(xué)習(xí)結(jié)構(gòu)，促進了STEM項目的橫向發(fā)展。但從現(xiàn)階段來說，STEM項目的教學(xué)需要自身的特征及學(xué)理實踐，以鞏固學(xué)科的認知定位。

● 整合性主題教學(xué)模式的理論界定與實施途徑

整合性主題教學(xué)模式的英文全稱是Integerated Thematic Instruction（簡稱ITI），是由美國學(xué)者蘇珊·J·克瓦列克及其研究會開發(fā)的頗具影響力的教育實踐模式，該模式將腦科學(xué)研究成果融入教育實踐中，在基礎(chǔ)教育領(lǐng)域具有一定的首創(chuàng)性。經(jīng)過二十多年的實踐與探索，ITI模式逐步成熟與完善，并被基礎(chǔ)教育領(lǐng)域大面積引入及推薦。

整合性主題教學(xué)模式認為：學(xué)習(xí)是大腦和身體相互協(xié)作進行的，情感是學(xué)習(xí)與認知的看門人，智能是通過經(jīng)驗而發(fā)展的，不同文化背景的人會使用多元智能來解決問題和創(chuàng)造產(chǎn)品，大腦對意義的搜尋是對有意義模型的搜尋，學(xué)習(xí)是對有用心智的獲得。

整合性主題教學(xué)模式的基本步驟包括：①強調(diào)主體性的課程設(shè)計與教學(xué)活動設(shè)計。②設(shè)置問題求解情境，以解惑為核心，融多學(xué)科于具體學(xué)習(xí)活動中，學(xué)生被浸潤在真實活動中，形成更加深刻的概念理解能力、語言能力以及對知識的遷移能力。③強調(diào)多元智能理論的介入，讓學(xué)生可以借助具有整體性的主題，完成多種能力的綜合提升。

● STEM項目教學(xué)的研究現(xiàn)狀與主要問題

在當(dāng)前的基礎(chǔ)教育領(lǐng)域中，STEM項目教學(xué)已經(jīng)成為中小學(xué)的必修內(nèi)容之一。但是根據(jù)研究實際情況來看，STEM項目教學(xué)仍然處于傳統(tǒng)的科學(xué)課、信息技術(shù)課等學(xué)科的教學(xué)范疇，各自為政的情況導(dǎo)致項目缺少可調(diào)控性質(zhì)素，以至于STEM項目具有的高度融合屬性難以發(fā)揮，甚至陷入“有口號、無實踐”的窘境。

上述情況的產(chǎn)生，其問題的核心是缺乏必要的項目支持。來自不同學(xué)科的一線教師，如果進行沒有必要的整合性主題引導(dǎo)，容易引發(fā)教學(xué)目標(biāo)的偏頗。因此，需要對STEM項目主題進行必要的調(diào)整，通過汲取相關(guān)的元素，進行改造，保障教學(xué)效能。

● 整合性主題教學(xué)模式的教學(xué)過程

1.基于生源的主體性課程設(shè)計

STEM項目教學(xué)注重各相關(guān)學(xué)科的多維度融合，為學(xué)生提供符合其認知發(fā)展需要的多層次知識供給，完成項目優(yōu)化，提升學(xué)生的綜合素養(yǎng)。在整合性主題教學(xué)模式中，STEM項目教學(xué)強調(diào)教師從具體生源的特性出發(fā)，設(shè)置符合學(xué)生認知特點、學(xué)習(xí)動機強烈的形式進行合理的教學(xué)。教學(xué)過程中，嘗試以間接的、隱喻的方法來提升學(xué)生學(xué)習(xí)力。

（1）原設(shè)計

《我的城堡》一課是STEM項目中的常見內(nèi)容，教學(xué)目標(biāo)是利用積木搭建姿態(tài)豐富的各類城堡。傳統(tǒng)的教學(xué)思路一般包括兩種：其一以美術(shù)學(xué)科為基礎(chǔ)，在紙質(zhì)材料上，繪制草圖，再通過計算機軟件進行建模，包括基本圖形繪制→臨摹范例→畫筆勾邊→掃描進入軟件→計算機建模等常規(guī)教學(xué)過程;其二是以數(shù)學(xué)學(xué)科為基礎(chǔ)，通過基本形狀拼搭城堡，包括實體概念化→圖形選擇→基本搭建→補漏拆重→完整建設(shè)等常規(guī)教學(xué)過程。

（2）思考焦點

在以上教學(xué)過程中，數(shù)學(xué)思想或美術(shù)思維是本課的教學(xué)重點，教學(xué)組織形式延續(xù)傳統(tǒng)的學(xué)科教學(xué)思路，基本認知內(nèi)容分散，不利于學(xué)生建構(gòu)具有整體性思維的概念，因此，不符合STEM項目教學(xué)要求。

（3）改進型設(shè)計

在基于整合性主題教學(xué)模式的設(shè)計中，STEM項目任務(wù)基于具體的生源而設(shè)置，將學(xué)生的主體性作為課程安排的主要動因，幫助學(xué)生建立整體性思維建構(gòu)模型。建議教學(xué)設(shè)計如下：

課前準(zhǔn)備：3D建模軟件、各地城堡照片、實體積木。

課程性質(zhì)：實踐課。

課時安排：1課時。

教學(xué)過程：

①教師出示各種建筑風(fēng)格的圖片，帶領(lǐng)學(xué)生歸納城堡的主要特點。

②展示《喜羊羊與灰太狼》中狼堡的圖片，讓學(xué)生嘗試分析它們由哪些基本形狀組成。

③學(xué)生歸納出主要建筑類型：半圓形、球形、長方形、圓柱形……

④教師用APP把狼堡照片進行像素化，形成概念模型圖。

⑤學(xué)生在紙質(zhì)材料上設(shè)計自己的城堡草圖。

⑥學(xué)生再嘗試用木質(zhì)積木搭建之前自己繪制的城堡，并調(diào)整相應(yīng)的位置，再次修改自己的草圖。

⑦教師對學(xué)生進行點評，指導(dǎo)學(xué)生優(yōu)化自己的作品。

⑧打開3D建模軟件，利用“基本實體”模塊實踐草圖，繪制出具有3D結(jié)構(gòu)的狼堡;教師引導(dǎo)學(xué)生利用三視圖觀察城堡各個角度的基本情況，并提出優(yōu)化的策略。

⑨在3D建模軟件中，為城堡搭建配套的設(shè)施，如圍墻、吊橋等，形成完整的城堡外圍結(jié)構(gòu)立體圖。

⑩通過3D打印機，將建模圖打印出來，舉辦相應(yīng)的展示活動;對比三種不同介質(zhì)的城堡——3D打印實體、3D建模、積木城堡，歸納出不同建模介質(zhì)的組合方式和結(jié)構(gòu)。

教學(xué)評析：在本課的設(shè)計中，強調(diào)了建模思維的過程，重視學(xué)生從平面思維到立體思維的轉(zhuǎn)換，將城堡的設(shè)計理念根植于學(xué)生的個性設(shè)計中。這樣的設(shè)計方式，重視了學(xué)生的主體性，將學(xué)生的自我認知要求作為學(xué)習(xí)的重點，是符合STEM項目風(fēng)格的設(shè)計方式。

2.基于真實情境的認知訴求

整合性主題教學(xué)模式認為：優(yōu)質(zhì)的情境式浸潤式教學(xué)，能最大限度地調(diào)動學(xué)生多元感官的參與，創(chuàng)造低壓力、高挑戰(zhàn)的學(xué)習(xí)環(huán)境，使得學(xué)生在真實參與的過程中，形成更加豐富的心理練習(xí)與意義構(gòu)建。落實在STEM項目中，具體呈現(xiàn)為具有現(xiàn)實意義的環(huán)境構(gòu)建，需要為學(xué)生搭建符合已有經(jīng)驗基礎(chǔ)的學(xué)習(xí)目標(biāo)?；趯W(xué)生可控性的操作工具和學(xué)情基礎(chǔ)，進行基于真實情境的教學(xué)活動。

（1）原設(shè)計

《POP海報》一課是近年常見的STEM主題。該課的教學(xué)目標(biāo)是：通過設(shè)計、制作、修正具有一定主題的海報，并利用一定的媒介進行發(fā)布，培養(yǎng)學(xué)生通過信息化操作手段，掌握公告性的文本格式，并利用適宜的工具完成主題性設(shè)計。在傳統(tǒng)課程中，一般會將其定位為信息技術(shù)學(xué)科的“電子小報”或美術(shù)學(xué)科的“版面設(shè)計”課，注重兩者的技能訓(xùn)練，缺乏對海報自身的需求供給。

（2）思考焦點

在傳統(tǒng)的學(xué)科教學(xué)中，學(xué)科各自為政，注重本學(xué)科的認知內(nèi)容：信息技術(shù)學(xué)科的“電子小報”基于文檔編輯的操作基礎(chǔ)，課程組織圍繞插入藝術(shù)字、調(diào)整圖片環(huán)繞方式等內(nèi)容進行;美術(shù)學(xué)科的“版面設(shè)計”基于公告類的宣傳作品的構(gòu)圖基礎(chǔ)，課程組織圍繞圖文混合方式、海報構(gòu)圖技巧等內(nèi)容進行。由此可見，基于學(xué)科內(nèi)容的《POP海報》認知內(nèi)容割裂，忽視真實情境的應(yīng)用原則，并不能給學(xué)生提供完善的STEM項目體驗，不利于學(xué)生整體性思維的建構(gòu)。

（3）改進型設(shè)計

在基于整合性主題教學(xué)模式的設(shè)計中，STEM項目任務(wù)基于情境設(shè)置，創(chuàng)設(shè)具有現(xiàn)實意義的任務(wù)場景，幫助學(xué)生領(lǐng)會活動要求，感受活動方向，提升信息處理加工能力，并能在真實的環(huán)境中對學(xué)習(xí)作品進行檢驗，完善提升作品的質(zhì)量。建議教學(xué)過程如下：

課前準(zhǔn)備：Pad、圖片處理APP、真實海報、無線網(wǎng)絡(luò)。

課程性質(zhì)：實踐課。

課時安排：1課時。

教學(xué)過程：

①教師出示學(xué)校藝術(shù)節(jié)、科學(xué)節(jié)活動的照片。提出問題：如何能讓更多的人知道節(jié)日的盛況（引出“海報”主題）;帶領(lǐng)學(xué)生根據(jù)實例，分析海報的基本組成元素：文字+圖片。提出任務(wù)：海報我能秀。

②教師幫助學(xué)生回顧在“WPS文字”中插入圖片的過程，再請學(xué)生觀看兩幅作品，提出喜歡哪一幅（一般圖片及帶有邊框的圖片）。

③學(xué)生分析兩幅海報的不同，提出自己的選擇項目;教師通過課件分析“如何用圖片來填充形狀”。

④教師演示如何在“WPS文字”中加入帶有邊框的個性圖片;學(xué)生完成任務(wù)：海報任我秀。

⑤教師出示多種海報范例：帶有背景的海報;帶有“形狀”裝飾的海報;帶有更多文字內(nèi)容的海報;帶有更多圖形組合的海報。讓學(xué)生提出自我規(guī)劃。

⑥學(xué)生選擇符合自我認知習(xí)慣的作品形式，進行海報的制作。

選擇a：打印電腦矢量圖，在海報上張貼圖文。

選擇b：在Pad上拼接素材，完成海報的整體設(shè)計。

選擇c：完全在紙質(zhì)材料上撰寫主體文檔，再繪制插圖。

⑦組織全班海報展覽，投票選出心儀的海報作品。

⑧教師根據(jù)學(xué)生的分析，提煉評價標(biāo)準(zhǔn)：“如何評價一張海報是否符合要求”→“主題突出、圖文協(xié)調(diào)、內(nèi)容合理”。

⑨教師展示部分有問題的海報：顏色不夠醒目、海報信息不全、畫面過于花哨等。學(xué)生結(jié)合評價標(biāo)準(zhǔn)，說明選擇優(yōu)秀作品的理由。

⑩教師引導(dǎo)學(xué)生反思自我的設(shè)計過程，提出海報作品的一般設(shè)計思路。

教學(xué)評析：在以上教學(xué)過程中，基于真實的海報情境，不再限制材料，將對海報自身的宣傳效能作為難點進行教學(xué)，讓學(xué)生利用已經(jīng)經(jīng)過部分加工處理的素材支架進行個性化的選擇，通過加入具有個性化邊框的海報，讓學(xué)生能夠自我選擇，找到自己心儀的海報類型。學(xué)生自我評價后的調(diào)整階段，是對已經(jīng)完成基本操作的海報進行豐富個性的效果提升。通過“解構(gòu)→重構(gòu)→再構(gòu)”的過程，通過這一具象的解析，讓學(xué)生完成作品的反思與深度理解。

3.基于多元智能的活動方式

20世紀(jì)80年代哈佛大學(xué)認知心理學(xué)家加德納所提出的多元智能理論已經(jīng)得到了教育界的廣泛認可，多元智能包括語言智能、邏輯-數(shù)理智能、空間智能、運動智能、音樂智能、人際交往智能、內(nèi)省智能、自然觀察智能。整合性主題教學(xué)模式中的評價與多元智能本位評價一脈相承，它擴展了STEM項目中對學(xué)習(xí)效能評估的標(biāo)準(zhǔn)。因此，基于整合性主題教學(xué)模式的設(shè)計過程，可以基于擴展學(xué)生的多元智能水平展開。

（1）原設(shè)計

《智能澆花器》是小學(xué)STEM項目的常見主題，在常規(guī)教學(xué)設(shè)計中，一般采用以下的教學(xué)流程：

活動1：認識我的花壇，種植花朵需要哪些步驟→活動2：設(shè)計自己的花壇，畫出草圖，選擇材料制作花壇→活動3：探索玫瑰花的外形和習(xí)性，制作花朵并進行種植花壇（動手），展示制作的花壇→活動4：研究怎么給花朵澆水，探索所種植花的生長條件、土壤濕度等，在花壇上安裝濕度傳感器，小組展示。

（2）思考焦點

在以上教學(xué)過程中，教學(xué)時間遠不止一課時，在實際上課過程中，難以保證教學(xué)效果;在每個活動中，學(xué)生認知的內(nèi)容單一：活動1停留在規(guī)劃設(shè)計狀態(tài)，活動2停留在模擬建模狀態(tài)，活動3動手實踐，活動4再次進入模擬建模狀態(tài)。由此可見，學(xué)生的多元智能并不能得到整體性的提升，缺乏有效的關(guān)聯(lián)要素，因此不能滿足STEM項目主題的需要。

（3）改進型設(shè)計

在基于整合性主題教學(xué)模式的設(shè)計中，STEM項目的思考焦點是人在特定情境中解決問題并有所創(chuàng)造的能力。教學(xué)過程應(yīng)該是具有多元智能綜合實踐質(zhì)素的集合，能夠幫助學(xué)生在有效的課時內(nèi)完成整體思維的建構(gòu)過程。建議教學(xué)過程如下：

課前準(zhǔn)備：建模軟件、實物花盆、濕度傳感器、xDing軟件。

課程性質(zhì)：實踐課。

課時安排：1課時。

教學(xué)過程：

①觀察實物花盆的結(jié)構(gòu)，在建模軟件中做出具體的模型。

②根據(jù)前期的《鳳仙花觀察筆記》（蘇科版《信息技術(shù)》4年級教材內(nèi)容），歸納出花朵需要的溫度、濕度，整理出需要澆花的頻率（隨溫度而變，溫度越高，澆花越頻繁）。

③在學(xué)習(xí)單上繪制過程圖，并標(biāo)明程序數(shù)值。

④在建模軟件中，安裝溫度傳感器、濕度傳感器、舵機和水槽等澆花工具。

⑤打印出花盆實物，在其中安裝上述傳感器。

⑥在編程軟件中，編寫相應(yīng)的腳本，控制傳感器及舵機。

⑦放入鳳仙花，實驗?zāi)_本效果，并記錄下實際的數(shù)據(jù)。

⑧調(diào)整傳感器的位置，完善腳本，優(yōu)化相關(guān)程序及結(jié)構(gòu)。

⑨小組交流，展示花盆，評價作品。

教學(xué)評析：在以上教學(xué)過程中，調(diào)動了學(xué)生的語言智能、邏輯-數(shù)理智能、空間智能、運動智能、人際交往智能、內(nèi)省智能、自然觀察智能等，有效地控制了過于冗長的課時，讓學(xué)生能夠在有效的時間內(nèi)，提升多元智能。在實際授課中，該課達成率較高，廣受好評。

● 整合性主題教學(xué)模式的教學(xué)反思

今天我們研究的整合性主題教學(xué)模式是從其學(xué)習(xí)對象的需求角度來進行討論的，在基于整合性主題教學(xué)模式的教學(xué)過程中，并非所有的STEM項目教學(xué)均可使用，在教學(xué)過程中，具體要注意以下幾個細節(jié)：

首先，“真?zhèn)巍闭闲缘恼鐒e?；谡闲灾黝}教學(xué)模式是為提升學(xué)習(xí)STEM項目的教學(xué)效能而設(shè)計的，其目的明確指向為學(xué)習(xí)者。主題的整合是為了化繁為簡，提升教學(xué)效益，根據(jù)學(xué)生的需要為他們提供幫助。所以在使用學(xué)習(xí)之前，務(wù)必核實該設(shè)計是否符合基于整合性主題教學(xué)模式的概念，切勿為了錦上添花而導(dǎo)致過猶不及。

其次，避免“過度”整合。基于整合性主題教學(xué)模式的使用形式較多，在設(shè)計中，應(yīng)遵循因需而設(shè)的原則，幫助學(xué)習(xí)者在適宜的情況下使用基于可整合性的主題。但是如果STEM項目內(nèi)容可以有更為簡易的形式，應(yīng)采用更具性價比的方式整合，切勿走入為了整合而整合的誤區(qū)。過度的整合會削弱教學(xué)的深度，影響學(xué)生的深度學(xué)習(xí)效能。

最后，選擇最佳整合形式?；谡闲灾黝}教學(xué)模式本身的形態(tài)非常豐富，其外延可借鑒多種形式進行，可學(xué)科整合，可故事整合，也可任務(wù)整合等，具體采用哪一種形式，應(yīng)根據(jù)實際的學(xué)情進行選擇。追求教學(xué)效率最大化、學(xué)習(xí)成本最小化的整合性主題教學(xué)，是符合STEM項目要求的良好模式，教師應(yīng)根據(jù)具體情況，及時調(diào)整教學(xué)模式。