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摘要：随着全球经济与科学技术的快速发展，STEM教育已成为世界各国科技创新人才培养和教育教学改革的重要战略和途径。探索STEM教育应用模式，开发跨学科融合的STEM课程，是推动STEM教育开展的关键。为促进我国STEM教育课程设计与开发，该研究以美国斯坦福大学教育学院与设计学院合作的d.loft STEM Learning项目中的STEM课程为例进行案例研究，在详细介绍课程整体结构、课程活动设计及实施的基础上，分析并总结归纳该课程的特点。主要包括：基于设计思维培养学生核心技能与STEM素养，课程活动目标与美国《下一代科学教育标准》相对应，以真实问题与项目为载体实现跨学科整合，提供丰富的学习支架与工具促进有效學习的发生。在此基础上，围绕STEM教育与设计思维的核心理念，从学生能力培养出发，构建了基于设计思维的跨学科STEM课程模型，并提出相关实施建议，为STEM教育实践提供有价值的借鉴。
关键词：STEM教育;STEM课程;设计思维;跨学科整合
中图分类号：G434 文献标识码：A
随着全球经济和科学技术的飞速发展，创新已成为国家核心竞争力必不可少的组成部分，科技创新人才培养是实施创新驱动发展战略，推动工业4.0时代创造强国建设的关键和重要着力点。从1986年美国政府发布《本科的科学、数学和工程教育》（Undergraduate Science，Mathematics and Engineering Education提出STEM教育理念，到2018年的《制定成功路线：美国STEM教育战略》（Charting a Course for Success：America’s Strotegy for STEM Education），美国历届政府出台了一系列相关政策和政府报告。大力发展STEM教育，培养科技创新人才已成为美国维持全球经济领先地位的直接动力，STEM教育也成为世界各国推进课程教学改革和创新人才培养的重要战略。
当前STEM概念从原来分学科的理解逐步转向整合，研究者认为其是有目的地、融合科学、技术、工程和数学学科知识以解决真实情境中问题的整合式课程;也有研究者超越内容层面提出STEM教育是一种教学策略、教学方法与思路或教学哲学，关注学科之间的相互作用，重视学生整合式思维过程和技能。无论将STEM理解为课程还是教学策略或方式，其内涵都是指科学、技术、工程和数学的融合，目标是培养学习者的STEM素养，发展学生具备沟通协作能力、批判性思维、问题解决能力、创新能力等21世纪技能。
我国STEM教育研究起步较晚，其研究内容主要涵盖STEM课程整合理念，STEM教育发展背景，STEM教育与创客教育的关系以及教学实践研究等。相比较国外研究，政策介绍解读、理论探讨较多，实践研究相对较少。目前我国的STEM课程主要在中小学综合实践课、信息技术课或创客活动中实施，以3D打印、可视化编程、机器人设计、科学小制作等为课程主题，以探究式学习、项目式学习、设计型学习为主要教学模式，采用如工程设计方法、5E/6E探究流程、设计双循环模式等指导学生实践。可以看到目前较多的STEM课程把技术教育、工程教育作为整合课程的关键点，关注多学科知识的学习和运用，注重学生的参与和体验，但也存在一些问题和不足。首先，STEM教育没有形成系统的、完整的课程标准，没有规范的教材，以及我国长期以来的分科模式和课程结构、对工程类课程的教育价值的忽视，导致不同人对STEM教育的认识各不相同，难以较好地开展STEM跨学科整合型课程的设计与实施，STEM教育成效甚微。其次，STEM课程主要以单次课为主，贯穿一学期的课程设计和实践案例较少，短期、不连贯和缺乏系统性设计的教学内容难以促进学生深度学习、实现思维能力发展。再次，缺乏教学理论指导，学校现有STEM课程通常重视在教学形式上的整合、或技术工具的使用来制作作品，未能真正实现学生跨学科知识与能力的整合、真实问题解决能力的提升，以及学生创造力的发展。
作为以人为本的创新方法论，设计思维从理解人的需求出发，综合应用多学科知识，形成创新解决方案。“以人为中心的设计”的理论已经影响了诸多全球500强将其作为企业创新的主要方法，其孕育的“创造性思维于行动中”使它受到越来越多的教育界人士的青睐，并认为将设计思维引入教育系统能解决教育的许多根本问题。众多国际著名高校纷纷以设计思维为核心开设相关课程或项目，越来越多的研究者尝试将设计思维应用在K12课堂。设计思维关注来自真实情境的问题解决，通过一定的方法和工具，综合运用多学科知识，最终产生创新性的解决方案，其真实性、综合性、创新性等特点为STEM教育注重学科课程之间的融合、学生对知识的应用提供了新路径。研究者将设计思维理念与方法融入到STEM课程中，认为设计思维是促进STEM教育和创客教育深度融合的合适方法，利用设计思维提出相应的STEM探究模式，使得设计活动过程较工程设计更有趣简单。
斯坦福大学设计学院（d.school）是全球设计思维研究最有代表性机构之一，它提出的设计思维模型在全球受到了广泛关注与应用，其以设计思维为核心的相关课程，更是全球创新人才培养中理论与实践完美结合的典范。本研究以斯坦福大学设计学院与教育研究生院（Stanford Graduate School of Education）合作开发的、基于设计思维的d.Loft STEM Learning课程为例，详细分析课程的整体设计、活动设计以及教学实施等，以期为当前我国跨学科整合型STEM课程的开发提供借鉴和启发。
2009年奥巴马政府致力于优先发展科学、技术、工程和数学（STEM）教育，发起了“创新教育”运动，以提高美国学生在STEM领域的参与度和表现。这项运动引发不仅包括联邦政府在STEM上的投入，也有很多全球顶尖企业、慈善基金会、非营利组织和科学与工程学会等加入进来，以期提高全美年轻人在数学、技术、科学和工程领域的出类拔萃。 在美国国家科学基金会（National Science Foundation）ITEST项目的资助下，斯坦福大学教育研究生院和设计学院合作成立了REDlab（Research in Education
关键词：STEM教育;STEM课程;设计思维;跨学科整合
中图分类号：G434 文献标识码：A
一、引言
随着全球经济和科学技术的飞速发展，创新已成为国家核心竞争力必不可少的组成部分，科技创新人才培养是实施创新驱动发展战略，推动工业4.0时代创造强国建设的关键和重要着力点。从1986年美国政府发布《本科的科学、数学和工程教育》（Undergraduate Science，Mathematics and Engineering Education提出STEM教育理念，到2018年的《制定成功路线：美国STEM教育战略》（Charting a Course for Success：America’s Strotegy for STEM Education），美国历届政府出台了一系列相关政策和政府报告。大力发展STEM教育，培养科技创新人才已成为美国维持全球经济领先地位的直接动力，STEM教育也成为世界各国推进课程教学改革和创新人才培养的重要战略。
当前STEM概念从原来分学科的理解逐步转向整合，研究者认为其是有目的地、融合科学、技术、工程和数学学科知识以解决真实情境中问题的整合式课程;也有研究者超越内容层面提出STEM教育是一种教学策略、教学方法与思路或教学哲学，关注学科之间的相互作用，重视学生整合式思维过程和技能。无论将STEM理解为课程还是教学策略或方式，其内涵都是指科学、技术、工程和数学的融合，目标是培养学习者的STEM素养，发展学生具备沟通协作能力、批判性思维、问题解决能力、创新能力等21世纪技能。
我国STEM教育研究起步较晚，其研究内容主要涵盖STEM课程整合理念，STEM教育发展背景，STEM教育与创客教育的关系以及教学实践研究等。相比较国外研究，政策介绍解读、理论探讨较多，实践研究相对较少。目前我国的STEM课程主要在中小学综合实践课、信息技术课或创客活动中实施，以3D打印、可视化编程、机器人设计、科学小制作等为课程主题，以探究式学习、项目式学习、设计型学习为主要教学模式，采用如工程设计方法、5E/6E探究流程、设计双循环模式等指导学生实践。可以看到目前较多的STEM课程把技术教育、工程教育作为整合课程的关键点，关注多学科知识的学习和运用，注重学生的参与和体验，但也存在一些问题和不足。首先，STEM教育没有形成系统的、完整的课程标准，没有规范的教材，以及我国长期以来的分科模式和课程结构、对工程类课程的教育价值的忽视，导致不同人对STEM教育的认识各不相同，难以较好地开展STEM跨学科整合型课程的设计与实施，STEM教育成效甚微。其次，STEM课程主要以单次课为主，贯穿一学期的课程设计和实践案例较少，短期、不连贯和缺乏系统性设计的教学内容难以促进学生深度学习、实现思维能力发展。再次，缺乏教学理论指导，学校现有STEM课程通常重视在教学形式上的整合、或技术工具的使用来制作作品，未能真正实现学生跨学科知识与能力的整合、真实问题解决能力的提升，以及学生创造力的发展。
作为以人为本的创新方法论，设计思维从理解人的需求出发，综合应用多学科知识，形成创新解决方案。“以人为中心的设计”的理论已经影响了诸多全球500强将其作为企业创新的主要方法，其孕育的“创造性思维于行动中”使它受到越来越多的教育界人士的青睐，并认为将设计思维引入教育系统能解决教育的许多根本问题。众多国际著名高校纷纷以设计思维为核心开设相关课程或项目，越来越多的研究者尝试将设计思维应用在K12课堂。设计思维关注来自真实情境的问题解决，通过一定的方法和工具，综合运用多学科知识，最终产生创新性的解决方案，其真实性、综合性、创新性等特点为STEM教育注重学科课程之间的融合、学生对知识的应用提供了新路径。研究者将设计思维理念与方法融入到STEM课程中，认为设计思维是促进STEM教育和创客教育深度融合的合适方法，利用设计思维提出相应的STEM探究模式，使得设计活动过程较工程设计更有趣简单。
斯坦福大学设计学院（d.school）是全球设计思维研究最有代表性机构之一，它提出的设计思维模型在全球受到了广泛关注与应用，其以设计思维为核心的相关课程，更是全球创新人才培养中理论与实践完美结合的典范。本研究以斯坦福大学设计学院与教育研究生院（Stanford Graduate School of Education）合作开发的、基于设计思维的d.Loft STEM Learning课程为例，详细分析课程的整体设计、活动设计以及教学实施等，以期为当前我国跨学科整合型STEM课程的开发提供借鉴和启发。
二、斯坦福大学d.loft STEM项目课程的背景
2009年奥巴马政府致力于优先发展科学、技术、工程和数学（STEM）教育，发起了“创新教育”运动，以提高美国学生在STEM领域的参与度和表现。这项运动引发不仅包括联邦政府在STEM上的投入，也有很多全球顶尖企业、慈善基金会、非营利组织和科学与工程学会等加入进来，以期提高全美年轻人在数学、技术、科学和工程领域的出类拔萃。 在美国国家科学基金会（National Science Foundation）ITEST项目的资助下，斯坦福大学教育研究生院和设计学院合作成立了REDlab（Research in Education