STEM教育理念与跨学科整合模式
学习者中心取向整合模式强调创设学习者可以主动介入、研究与发现的丰富教育环境,让学生在蕴含丰富STEM知识的环境中进行交互、探究与发现,创造意义、学习知识,在建构性的环境设计中寻找蕴含STEM知识的整合点。
4.三种整合取向的共性问题及应对
上述三种课程整合取向代表了课程的知识属性、社会属性与人本属性的不同侧面,它们相互联系、相互补充,没有绝对的优劣,各有适合的领域与对象,在课程跨学科整合的实践中应该配合使用多种取向。
不管采用哪种取向的整合模式,将知识情境化与社会化都是其优势,但各学科原有知识体系结构的劣构化是它们面对的共性问题,容易造成学生学习知识结构的不均衡,可能某些知识掌握得较好,有些知识却没有触及(因为所学项目没有覆盖)。这种基础知识的结构性偏差对于中小学生是个很大的问题。创新精神与实践能力培养的可持续性,其根源还在于学习者有良好的知识结构,并能不断自我完善和发展。基础教育领域知识的结构性缺失,会给儿童一辈子的成长带来障碍。因此,STEM的跨学科整合,一方面要将分学科的知识按问题逻辑或项目逻辑进行跨学科重组,另一方面又要确保设计的问题和项目对所有学科基础性知识结构的全面、均衡的覆盖。设计和实施STEM跨学科整合的课程,要在学科知识的系统性与解决实际问题/项目中所获知识的随机性之间保持一定的张力和平衡,基于整体知识结构的系统性设计问题,使各问题之间包含的学习议题(如专业概念、原理等)多次地相互邻接和交叉重叠。
在此过程中,知识地图技术是很好的课程设计工具。知识地图可以对课程的核心知识及其关系予以可视化展示与管理。设计具体学习问题或项目时要对其涵盖知识进行分析,并与知识地图进行关联。当所有学习项目都与知识地图关联时,通过结构化的知识地图,学生可以清晰地了解每个知识点上学习项目覆盖的频次与强度,如果某知识点出现结构性缺失,可以通过定向覆盖的学习问题或项目设计进行平衡调节。
(三)跨学科整合的项目设计
STEM跨学科整合最核心、最重要的工作是项目或问题的设计,如果没有良好的结构化项目设计,会导致学习困难、效率不高、挫折感强、学习收获不大等系列问题。
STEM项目设计强调将知识蕴含于情境化的真实问题中,强调调动学生主动积极地利用各学科的相关知识设计解决方案,跨越学科界限提高学生解决实际问题的能力。
STEM教育建立在建构主义和认知科学的研究成果之上(Sanders,2009)。布鲁因(Bruning,2004)等人指出,STEM教育与认知科学的主张一致:1)学习是建构而不是接受的过程;2)动机和信念在认知过程中至关重要;3)社会性互动是认知发展的基础;4)知识、策略和专门技术是情境化的。由此可见,STEM教育是一种典型的建构主义教学实践:为学习者提供学习情境,让他们积极地建构知识,从而强化对知识的记忆和促进迁移;以小组为单位进行活动,为知识的社会建构提供优越条件(Sanders,2009)。因此,实践STEM教学模式首先要符合建构性学习所强调的探究、发现、协助等基本要求。
可以说,STEM教育是一种典型的建构主义教学实践,本文参照基于建构主义的教学设计模式(余胜泉等,2000)尝试提出一种STEM项目设计模式(见图2)。本模式在“教学分析”的基础上,以“项目或问题”为核心立足点,设计项目完成或问题解决过程中的学习资源与工具、学习活动过程、学习支架、学习评价等关键环节,同时关注项目完成后,学生获得知识的系统化与结构化迁移,并有相应的强化练习与总结提升。
1.教学分析
在教学设计前期,教师需要对以下三个方面进行细致分析:1)教学目标;2)学习者特征;3)跨学科知识地图(学习内容)。分析教学目标是为了确定学习主题,对课程的三维目标做具体描述。分析学习者特征是为了确保项目设计适合学生的能力与知识水平,对学习者的智力因素和非智力因素进行充分分析。STEM教育强调学习要完成真实情境中的任务,而要确保任务中包含教学目标,就需要对学习内容进行深入分析,明确所需学习的知识内容、知识内容间的结构关系和知识内容的类型。这可以通过绘制学习内容的知识地图,展示跨学科知识之间的关联,为整个课程知识均衡覆盖提供基础。
2.学习任务设计
学习任务是整个STEM教学设计模式的核心和立足点。STEM教学是基于现实情境的,需要学习者置身于真实、非良构的学习任务中。学生学习的过程就是解决实际问题和完成实际项目的过程,问题或项目构成了驱动学习的核心,而不像教师讲授那样充当概念、原理的例子。学习任务可以是问题或项目:它们均代表连续性的复杂问题,并要求学习者采取主动、建构、真实情境下的学习方式。
学习任务一定要放在特定情境中呈现,需要将设计的问题在特定情境中具体化。由于教科书中的知识是对现实生活的抽象和提炼,所以设计学习情景就要还原知识的背景,恢复其原来的生动性、丰富性,有时同一问题在不同情景中(不同的工作环境、社会背景)的表现是不同的。STEM教学要基于前面的教学分析结果,对学习情境进行设计,使得学习问题能够与真实学习情境相融合,不处于分离或勉强合成的状态。
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