学习为本的STEM课程开发:价值、设计与策略

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  “学习为本”亦称“学本”,强调学生学习过程的重要性。近年来,主动学习、互动参与等带有“学本”属性的要素成为STEM课程设计的重要元素,并被证实有利于学生在STEM学习中的表现与成功率[1]。国内外已有学者从“学习力[2]”“深度学习[3]”与“学习生态[4]”等角度对STEM课程中学生的学习过程及其内在机制进行探讨。学习为本的STEM课程开发正悄然兴起。
  一、学习为本和学本课程
  “学生中心”是杜威教育思想中的重要部分,在课程改革的历史上发挥了重要作用。但随着课程改革的不断深入,“学生中心”逐渐显现出“形式化、娱乐化”等弊端[5]。事实上,只有活动中的学生才是真正意义上的学生,“学习”成为更重要的命题,教育理念应从“生本”向“学本”深化[6]。
  “学习为本”即以学习者的学习为中心[7],强调学习者学习的过程及其本质[8]。学本理念起源于19世纪末的美国进步主义运动,以素质教育思想、终身学习理论和建构主义学习论等为基础,并以促进学习者和谐成长和全面发展为目的。
  学习为本的课程,简称“学本课程”,是指设计以促进积极学习过程为重点的课程[9]。以学习为本的方法规划课程,有助于教师和学生之间建立对话,并在学习结果和教学方法及评估目标之间建立一致性[10]。学本课程具有学术、道德与社会三方面的意义。其学术意义在于:使学生作为知识的主动建构者,在嵌入的项目与问题中学习多种知识与技能,并转化为一系列的能力;道德意义在于:发展学生的自我调节能力与责任感;社会意义在于:分享探索的权利、专业知识与责任,使共同体(community)建设成为学生知识建设的一部分[11]。“学本课程”这一概念,突出了课程的学习取向和促学意蕴[12]。
  二、学习为本视域下STEM课程的价值探析
  STEM教育作为一种跨学科的教育形式,具有基于真实问题情境、强调学生的亲身体验、注重小组合作探究等学本特征,能有力地促进学生的发现学习、具身学习与合作学习。
  1.基于真实问题,促进发现学习。STEM课程本质上是一种基于建构主义的情境化学习模式[13],学生在课程中主动建构问题背后的新知识,并运用新知识来解决问题,具有“问题导学”式的学本特征:以问题发现、问题生成与问题解决为主线,学生围绕问题开展自主合作探究学习活动[14],有利于学生的发现学习。
  2.强调亲身体验,促进具身学习。STEM课程不以讲授和笔记为主,而更重视学生与现实世界的联系,注重学生的探究经历与动手体验,体现了更强的“具身性”。一是调动身体多感官的参与,有利于对知识进行多层次的加工与吸收;二是与同伴或教师的互动可刺激脑中的镜像神经元,有利于向他人学习,改变自身行为,提高动手操作能力。促进具身学习的STEM课程,体现了学习为本的深刻内涵。
  3.调动多元主体,促进合作学习。在多元主體参与的STEM课程中,学生需要就知识内涵或产品设计等与教师、同伴、家长或专业人员进行交流。这种交流不仅能促进大脑皮层语言功能区与语言环路的发展,更能通过与他人的合作来实现任务导向下相互促进的学习[15]。它改变了以往学生独自学习的方式,体现了学本理念下知识的合作建构。
  三、学习为本的STEM课程设计
  1.课程目标设计。STEM课程在发展中形成了两种价值取向:作品开发取向与科学探索取向。作品开发取向强调形成物化成果,如3D打印作品等;科学探索取向强调知识性成果的生成,如调查报告或解决方案[16]。这两种取向与“知识创造型”学习中人造物和新知识的创造有较为一致的内涵[17]。学本STEM课程开发可围绕这两种取向设置课程总目标,结合学生实际情况设置分目标,具体维度包括思维、知识、能力、创新与价值观等。
  2.课程内容设计。STEM课程是多学科融合的产物,内容常围绕某个项目或主题呈现。学本STEM课程要推动学生的发现学习与高效学习,在内容设计方面要注意三点。一是应紧密联系学生生活,以促进学生的发现创造;二是应符合学生的兴趣、需要与身心发展规律;三是跨学科内容之间应有紧密的逻辑关系,便于学生的迁移与应用。
  3.学习活动设计。学习活动是整个课程开发的核心,也是落实STEM课程目标的载体[18]。在我国学者提出的FFS学本课堂模式中,学习活动的思路是问题发现(Findings)、问题生成(Form)、问题解决(Solve),最后进行问题拓展[19]。STEM课程较多采用基于项目的模式(Project-based Model),即STEM PBL模式,其中体验式、实践式及学生主导式的项目更容易使学生获得STEM知识[20]。STEM PBL模式以项目为驱动,学生在项目实践与合作学习中发现和解决复杂问题,与FFS模式具有一致的内在追求。在基于FFS模式的学本STEM课程中,项目选择应该由学生自主完成,其前提则是核心问题的发现。实际上,项目选择常由教师决定,缺少学生“问题发现”的环节。虽然学生在项目实施中仍会不断发现和解决问题,但都与最初的“问题发现”不同,即没有从一个更大的框架中去领悟生活中的真正需求。为此,学本STEM课程应依照“真实情境—项目选择—项目计划与实施—项目评价”的过程进行,增加真实情境中的问题发现、项目选择与评价等环节,与FFS模式一致(见图1)。
  4.学习环境设计。学习环境是由多个不同要素构成的复杂系统,包括物理环境与社会心理环境。从广义来说,物理学习环境设计包括设施环境、自然环境和时空环境。社会心理环境则包括班风与课堂氛围等[21]。物理环境如美国麻省理工学院的STEM教室,配有网络教学系统、3D立体视觉仿真图形与个人实时反馈系统等设施,以促进学生知识的吸收、转化与回馈[22]。在重视技术环境的同时,学本STEM课堂还要营造一个充满爱与关照意味的民主化学习环境。一要给学生提供必要的学习资源,并有教师的指导与关心;二要给学生充分的自由,如自由组队、发表想法等;三要形成学习共同体,营造乐于分享、互帮互助的氛围。   四、学习为本的STEM课程开发策略
  1.课堂记录工具的开发与使用。在FFS模式的学本课程中,研究者开发了多种问题学习工具单,如“问题发现评价单”与“问题生成评价单”等[23]。这些学习工具的使用是评价嵌入学习过程的体现。一方面,学生可以及时发现自己的疑惑;另一方面,教师可以利用这些工具了解学情及课程效果。在学本STEM课程中,可以开发相似的工具,与课堂的不同环节相对应,由学生自主反思填写,教师及时予以指导,师生可根据记录的情况改进实践,从而共建高效课堂。同时,课堂学习记录工具可与大数据相结合,在提高评价效率的同时,了解学生自我认知的偏差,培养学生的自主学习与元认知能力。
  2.课堂实践成果的交流与分享。在学本STEM课程中,应注重项目成果的交流与分享。典型的案例是美国和谐公立学校的STEM学生登台秀模式(STEM Student On the Stage,简称STEM SOS)。该模式中,学生可将自己的项目用故事的形式进行数字化演示,并上傳至YouTube频道或Google Drive;同时,学校会定期举办科学挑战赛、STEM博览会或网页设计大赛[24],学生可以设计与发表自己的项目手册,并在这些活动中与他人交流分享经验。交流与分享可促进学生与同伴、人造物以及共同体之间的交互,使学习空间扩大到教室以外的更大环境,营造“爱学习、爱创造”的校园文化。
  3.现代智能技术的使用与融合。技术作为学习三元模型的重要中介,在学习者的学习中起着脚手架的作用,有利于扩大学习者知识获取的范围,拓展学习共同体的人员构成和互动时空[25]。信息技术与教育正在迅速结合,如3D立体视觉仿真技术、智能黑板、高清音视频交互技术、多种传感技术与远程课堂同步技术等,在智能引导、自适应学习环境创设、学生学习情况实时记录追踪与反馈、资源推荐与知识共享等方面对课堂产生了重要影响[26]。STEM课程的开发与多种技术相结合,可帮助学生实现深度学习。
  4.教师专业知识的丰富与深化。学本STEM课程以学习为本的探究式学习的属性要求教师知识的多样化,米什拉(Mishra,P.)等提出的整合技术的学科教学知识(Technological Pedagogical Content Knowledge,简称TPACK)理论框架显得格外重要[27]。即STEM教师应该具备TPACK框架下的技术知识、教法知识及学科知识。为此,学校与教育主管部门应积极组织教师参与STEM研习会或技术培训,以扩展自身的学科内容知识与技术手段;要组织教师之间的课堂观摩与学习,提高教师的STEM教学技能;教师也可以自主组队负责某个STEM项目,通过实践、交流、分享与评价,提高自身的综合素养。
  五、总结
  综上所述,学习为本的STEM课程开发具有如下特点。一是课程目标依据STEM课程的价值取向与学生的具体情况设计,主宰着课程开发的方向;二是学习活动是课程的核心,可在STEM课程已有活动模式的基础上,结合FFS模式进行创新;三是课程内容设计与学习环境的创设是学习活动的两翼,要在跨学科特点的基础上融入学本理念,推动学习活动有效进行;四是通过工具优化、活动优化、技术优化与人员优化等策略,推动学本STEM课程向深度发展。
  在学本理念的关照下,STEM课程彰显出更大的生命力与更强的时代价值,勾勒出学习型社会建设中感性与理性彼此碰撞融合的图景。
  参考文献
  [1]Chen B,Bastedo K,Howard W. Exploring Design Elements for Online STEM Courses: Active Learning,Engagement
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