基于4C/ID模型的STEAM學科融合項目設計與案例分析

于佳音 李新暉

摘? 要：國外在STEAM教育研究方面日趨成熟，我國在教育改革的道路上，不斷嘗試將優(yōu)秀理念融入于我國的教育中。研究表明，將STEAM教育的跨學科融合理念融于現有學科課程體系，可以促進學生高階思維能力的發(fā)展。本研究以基于整體設計方法的4C/ID模型為指導，構建基于STEAM理念的項目式教學設計模型，闡述了4C/ID模型的理論基礎，在此基礎上對基于STEAM理念的項目設計具體過程進行了探討，并給出了以高中通用技術為載體的具體案例。

關鍵詞：STEAM教育;項目式教學;4C/ID模型

Abstract：Foreign countries are becoming more and more mature in STEAM education research. On the road of education reform，our country constantly tries to integrate excellent ideas into our education. The research shows that integrating the idea of interdisciplinary integration of STEAM education into the existing curriculum system can promote the development of studentshigher-order thinking ability. Guided by the 4C/ID model based on the overall design method，this study constructs a project-based instructional design model based on STEAM concept，expounds the theoretical basis of the 4C/ID model，discusses the specific process of project design based on STEAM concept，and gives a specific case with high school general technology as the carrier.

Keywords：STEAM education;project-based teaching;4C/ID model

0? 引? 言

隨著時代的發(fā)展，人類社會對未來社會變革、工作特征和人才質量規(guī)格進行了系統(tǒng)的思考，更注重用綜合視角認識世界和解決復雜問題。STEAM教育作為美國培養(yǎng)未來社會創(chuàng)新人才、提升國家競爭力的戰(zhàn)略選擇，一直以來被國家高度重視。從2001年STEM作為專業(yè)術語第一次出現，再到2006年“藝術（Arts）”元素的加入，近年又有學者將其他學科與其整合形成了“STEM+”、STREAM等多種形式。無論是哪種形式，最終體現的核心思想理念是實現跨學科融合、提高知識綜合應用效果。

通過調查發(fā)現，我國在STEAM教育的實踐方面主要有幾種途徑，一是通過開設獨立的STEAM課程，二是將STEAM理念融入于中小學的綜合課程之中，多集中于中小學的科學課程與信息技術課程中，研究表明，以項目式開展教學是目前較為廣泛的實施方式[1]。如何將復雜的項目細化為可有效幫助學生發(fā)展的學習任務，針對這一問題本研究借助基于整體設計方法的4C/ID模型來實現項目設計。4C/ID模型強調在真實情境下設計整體學習任務，能夠為項目設計提供量尺和標準，本研究以通用技術課程中實施項目式STEAM課程為例，探索并設計以4C/ID模型為指導的項目式STEAM課程[2]。

1? 基于整體設計方法的4C/ID模型

在整體論思想和方法的影響下，4C/ID模型由麥里恩伯爾教授主持研發(fā)，為了培養(yǎng)學習者具備應對實際工作中復雜問題的能力，教授研究并開發(fā)出了基于整體設計法的四要素教學設計模型，這是一種面向復雜學習任務的整體性教學設計模型，旨在幫助學習者解決生活和實踐中復雜問題的一種教學設計方法[3]。

1.1? 4C/ID模型的理論基礎

（1）面向復雜學習理論。隨著社會對學生的要求越來越高，學校中情境高度簡單化的學習已經不能滿足學生的職業(yè)發(fā)展要求。麥里恩伯爾認為復雜技能的學習不僅僅是簡單技能的疊加，而是要協(xié)調各種基本技能，實現教學結果整體大于部分相加之和，因此他提出了基于整體性學習任務的四要素教學設計4C/ID模型，從而來實現復雜學習的教學設計模式。（2）聚焦真實情境，關注能力發(fā)展。培養(yǎng)學生在學習中形成各種能力是一個復雜的過程，需要通過源于生活或工作的整體任務來獲得，應該培養(yǎng)學生在面對現實生活的時候處于主動的狀態(tài)，4C/ID模型強調在情境中解決真實問題，從整體性出發(fā)培養(yǎng)學生的各方面能力[4]。（3）促進知識的整合與遷移。傳統(tǒng)的教學設計難以實現理論與實踐支持學生生活的遷移，很難將學到的知識整合為統(tǒng)一的知識結構，而4C/ID模型打破傳統(tǒng)提倡的“整體大于部分之和”的概念，把復雜的內容和任務分解為簡單技能要素，實現學生更高的能力目標和技能整合。

1.2? 4C/ID模型的核心要素

通過4C/ID模型的理論基礎，我們了解到該模型通過設計模型中的四要素使學生在學習過程中獲得復雜的知識技能，在設計整體學習任務時，強調解決真實生活問題，鼓勵學生獲取過程性知識，注重認知能力在學習過程中的發(fā)展，這與STEAM教育理念恰好一致，如圖1所示。

（1）學習任務。學習任務是4C/ID模型中最首要的核心要素，是一系列基于真實情境而設計的整體性任務，在具體設計時可以通過多個相關聯的子任務從而獲得整體任務所需的復雜認知技能，促進學習者認知圖式的建構，減少學習者在學習過程中的焦慮心理和認知負荷，進一步促進知識與技能的有效遷移。（2）支持性信息。支持性信息主要是為復用技能提供信息支持，以推動圖示的建造或重構，在學習過程中，學習者會涉及到已有認知與新的認知之間的沖突[5]，這個時候支持性信息就像一座橋梁，將學習者的已有知識和將要習得的知識聯系起來，為學習者提供支持性信息，幫助學習者高效完成學習任務，實現知識與技能的遷移。（3）程序性信息。程序性信息是為重復性技能任務提供提示性的實時信息，它貫穿在每個具體的分任務學習中。它的作用是為學生完成學習任務的過程中提供指導的設計，向學生示范某一任務或解決某一問題的程序，也指明完成該任務或解決該問題所具備哪些知識，且在熟練程度增強的情況下程序性信息支持呈現減弱趨勢。（4）部分任務練習。主要是為實現復用學習技能任務達到高度自動化而設計的練習任務，一般是在介紹了整體學習任務之后開始進行練習，因此需要為復用性技能提供相應的分任務練習，這樣使學習者可以在一個富有意義的認識情景中開始其練習[6]。

2? 基于4C/ID的STEAM教育項目模型設計

本研究試圖以上述四要素教學設計4C/ID模型為指導，設計出如圖2所示的STEAM教育的項目設計過程模型，以期為項目式STEAM教育課程設計提供一定的參考。該模型以“項目主題的確定”開始，直至“項目評價設計”結束，最終設計出具有可實施性、整合性的STEAM教育項目，在整體性思想的方法指導下，STEAM教育項目的實施使學生在解決真實問題過程中，高階思維能力得到發(fā)展。模型中每一階段都發(fā)揮著不同的作用，現以“橋梁建造”項目為例，根據圖2模型中的各個步驟，完成在高中通用技術課堂的STEAM教育項目整體設計。

2.1? 項目目標確定和主題選取階段

在設計項目式STEAM課程時，目標的確定要根據學科的目標和STEAM素養(yǎng)設計目標，這就要求教師明確學科課程標準中的課程目標、內容標準等，并與相關的其他學科建立聯系，從而選擇和確定學習項目或活動圍繞的主題并展開活動[7]。以“橋梁建造”項目為例，結合高中通用技術的課程標準確定學科大概念，并依據解決“如何建造穩(wěn)定且能夠抵御臺風的橋梁結構”真實問題，形成了“概念建?！薄肮こ獭薄拔覀內绾翁剿鳌薄翱茖W探究”四個主題領域。

2.2? 項目內容選擇階段

基于STEAM理念的項目設計內容選擇來源于三個領域：學科領域、項目領域和綜合生活領域，同時項目內容的設計要具有一定的挑戰(zhàn)性和趣味性，保持重視學生的工程思維的培養(yǎng)，以期培養(yǎng)學生的高級思維能力[8]。如圖3所示為“橋梁建造”的學科知識地圖，以該圖中橋梁所涉及的知識領域作為參考確定項目內容。

2.3? 項目任務設計階段

（1）學習任務。第一步是設計整體學習任務。在進行項目設計之前，首先要明確通過這次項目學習者可以從中學到什么，明確項目的價值所在[9];第二步是任務組排序。在確定了整體任務之后，將整體任務分解為任務組并排列分類，任務組的設計可采取簡化性假設、建立知識級數方法，例如在“橋梁建造”項目中，學習任務可以聚焦橋梁的安全問題或穩(wěn)定性問題;復雜的任務組比簡單的任務組要求更細和更多的知識，建立知識級數的方法是通過建立模型級數?！皹蛄航ㄔ臁钡捻椖咳蝿赵O計如表1所示。（2）設計支持性信息。為了順利完成“橋梁建造”的學習任務，為各個任務提供了大量的支持性信息，并將這些支持性信息貫穿于通用技術課程之中，如關于橋梁的案例講解、有效的心智模式分析、認知反饋和學習者特征分析。（3）設計程序性信息。為了使學習者順利完成任務，需要為學習者提供學習重復性技能的行為規(guī)范以及應用重復性技能的規(guī)則和標準?！皹蛄航ㄔ臁彼璧某绦蛐孕畔槊總€任務組提供必要的支持，其中包括學習者必須掌握的項目流程說明，針對學生利用軟件工具制作橋梁模型圖的指導。（4）設計部分任務練習。為了確保學生對結構的理解以及涉及到的其他學科的知識能夠順利地遷移，最大程度地達到復用技能的自動化水平，在“橋梁建造”項目中，部分任務練習主要設計為模擬任務和測試任務，按照簡單到復雜的順序來安排，在每一個技能的習得之后立即設計相應的練習，促使其達到高度自動化。

2.4? 項目評價設計階段

項目評價設計應采用多元評價方式，評價的內容應該注重學科知識的遷移與應用能力[10]。本研究的項目評價采用過程性評價與總結性評價，評價方式包括教師評價、學生互評以及學生自評?！皹蛄航ㄔ臁边@一項目制定評價指標體系對學生的STEAM素養(yǎng)進行評價[11]，評價學生在項目實施過程中STEAM技能的表現。學生在項目實施過程中和結束時根據實際情況填寫評價表，主要是為了讓學生能夠對自己在課程中的表現進行反思，進一步認識自己，在反思中不斷進步。

3? “橋梁建造”項目教學案例分析

“結構與設計”是蘇教版《高中通用技術課程（必修二）》第一單元的內容，教材局限于對結構這一抽象知識的介紹，雖然教材中會有大量與生活結合的案例，但學生沒有真正的實踐操作使學生缺失感受生活中的結構本質。

本研究將STEAM理念融入于高中通用技術課程教學進行了案例分析——以F市的45名高一學生為研究對象，以項目式為教學方式，在高一通用技術課堂中實施，以“人人都是建筑師”為項目主題，項目的設計是以上述基于整體設計方法的4C/ID模型為指導，讓學生動手制造可以抵御臺風的橋梁，具體教學案例如表2所示。

“橋梁建造”不同于傳統(tǒng)的教學方式，在學生了解結構相關知識后，轉換學生的思路，嘗試著利用自己學過的相關學科知識去解決身邊出現的問題，學生會主動尋求所需知識，從工程師的角度思考橋梁建造的問題，按照工程設計的過程完成項目，這也是融入STEAM教育理念后的課程與傳統(tǒng)通用技術課程之間最大的不同，以項目式開展教學，更能吸引學生參與到學習中，從而引導學生在解決問題中達成學習目標。

4? 結? 論

本研究初次將STEAM理念融入于高中階段的通用技術課程中，項目式教學與4C/ID模型的核心思想都旨在提升學生有效遷移知識的能力，在項目實施過程中，避免機械記憶和重復練習，綜合運用各學科知識，在創(chuàng)造性地解決問題的過程中發(fā)展自身能力。

在教學實踐過程中還發(fā)現有一些問題存在，一是學生方面，由于項目式教學尚未在學校中實施過，學生的認知水平處于快速的發(fā)展階段，在項目任務完成階段，學生不能很好地理解，影響學習知識的內化與遷移;二是設計STEAM教育項目設計模型仍舊需要進一步細化，模型還是不具有普適性，在其他學科課堂中運用該模型還是具有一定的局限性;三是本研究的教學評價方面，評價部分應注重對于學生的STEAM素養(yǎng)進行全面的評價，由于研究樣本、項目內容等原因，研究評價不夠有力，項目的評價有效性仍需要進一步教學研究的考證。

參考文獻：

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作者簡介：于佳音（1995.05-），女，漢族，吉林松原人，碩士研究生，研究方向：STEAM教育、創(chuàng)客教育。