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STEM教育关注学生创新精神和实践能力的培养,成为当今世界课程改革的新方向。越来越多的中小学校将STEM教育纳入学校的核心或拓展课程内容。然而,当前的教学实践中存在着较为严重的“实践有余、创新不足”的现象,减损了STEM教育在培养学生创新能力方面的重要价值。为什么STEM课程不能为学生的创新能力培养提供空间和思维路径?简单地说,教师自身缺乏相应储备,而当前的课程设计模式亦没有提供有效支持。以乐高教育为例,其4C课程设计模式在STEM教育中虽然有20余年的应用历史,但采用该模式设计出来的课程也较少支持创新思维的培养。同时,值得关注的是,设计思维,作为一种支持学习者创新思考和问题解决的方法论,拥有一套成熟的思维理念和工具方法,能够有效的弥补STEM课程中存在的不足。为此,本研究试图从STEM课程的设计模式入手,以乐高4C模式的优化为例,整合设计思维的研究与应用成果,构建新的STEM课程设计模式及配套资源包,助力解决创新思维培养的问题。本研究重点回答了以下几个问题:1.乐高4C模式在实际STEM教学中存在哪些问题挑战?2.如何运用设计思维优化重构STEM课程设计模式(乐高为例)?3.如何验证优化重构后的STEM课程设计模式的应用效果?基于此,本研究首先基于大量的文献研究,梳理STEM课程研究现状及设计思维在STEM教育中的应用等相关研究,分析设计思维在STEM教育中的作用点;其次,深度解析乐高课程理念及在教学实践中存在的问题,从而在设计思维理念的指导下重构乐高4C模式、设计配套资源工具包,并进行专家验证;最后,从教师、学生两个视角出发对新生成的课程模式及配套资源进行应用。研究结果表明,优化后的乐高CI4C双层模式及配套资源工具包对教师设计STEM教学及学生创新思维的培养具有必要性和指导价值。此外,基于乐高课程模式的优化过程、配套工具资源包的设计及对优化后模式的应用评价,总结出该课程模式在STEM教学中的应用建议,以最大化保证STEM课堂教学效果。本研究的主要研究成果在于从设计思维的视角出发,对STEM课程设计模式进行优化重构;根据优化生成CI4C双层模式,为教师提供配套的教学设计模板,有效弥补教师在创新教学上的储备不足,从而为更多STEM课程设计模式的建构及创新思维的培养提供参考。