基于認(rèn)知深度模型的STEM課程設(shè)計(jì)路徑研究

1、基于認(rèn)知深度模型的STEM課程設(shè)計(jì)路徑研究*摘要：進(jìn)行高質(zhì)量的STEM課程設(shè)計(jì)，是確保STEM教學(xué)實(shí)踐有效性的關(guān)鍵。文章基于認(rèn)知深度模型，針對(duì)STEM 課程案例進(jìn)行分析，挖掘不同年級(jí)STEM課程在設(shè)計(jì)思路、目標(biāo)定位、主題內(nèi)容、活動(dòng)設(shè)計(jì)、成果輸出等要素 設(shè)計(jì)中所處的認(rèn)知深度層級(jí)。文章指出，低年級(jí)（1、2年級(jí)）STEM課程設(shè)計(jì)強(qiáng)調(diào)學(xué)生通過(guò)感官體驗(yàn)以習(xí)得基 本知識(shí)和技能，處于認(rèn)知深度模型中的“回憶/重現(xiàn)”“技能/概念”層級(jí)；中年級(jí)（3、4年級(jí)）STEM課程設(shè)計(jì) 強(qiáng)調(diào)引導(dǎo)學(xué)生的發(fā)現(xiàn)、探究、問(wèn)題解決、方案設(shè)計(jì)，處于認(rèn)知深度模型中的策略性思維”層級(jí)；高年級(jí)（5 年級(jí)及以上）STEM課程設(shè)計(jì)強(qiáng)調(diào)基于復(fù)雜問(wèn)題

2、的解決、產(chǎn)品原型及創(chuàng)新產(chǎn)品設(shè)計(jì)，處于認(rèn)知深度模型中拓 展性思維”層級(jí)。面向不同年級(jí)STEM課程設(shè)計(jì)的路徑分析將為一線教師提供了支撐和指引，即低年級(jí)STEM 課程設(shè)計(jì)重在基于感官體驗(yàn)和動(dòng)手實(shí)踐形成初步認(rèn)知、中年級(jí)STEM課程設(shè)計(jì)重在基于科學(xué)實(shí)驗(yàn)和協(xié)作探究尋 求問(wèn)題解決方案、高年級(jí)STEM課程設(shè)計(jì)重在基于科學(xué)探究和工程思維進(jìn)行創(chuàng)新創(chuàng)造。關(guān)鍵詞：STEM課程；認(rèn)知深度模型；課程設(shè)計(jì)；低年級(jí)；中年級(jí)；高年級(jí)STEM教育關(guān)注不同學(xué)科之間的知識(shí)聯(lián)系，引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用跨學(xué)科思維解決現(xiàn)實(shí)生活中的真 實(shí)問(wèn)題，并以此培養(yǎng)包括科學(xué)探究、問(wèn)題解決、創(chuàng)新創(chuàng)造等在內(nèi)的系列高階思維能力。近年來(lái), STEM教育在我國(guó)蓬勃發(fā)展，相

3、關(guān)政策制定、學(xué)術(shù)研究均有明顯進(jìn)展，跨學(xué)科教學(xué)實(shí)踐也在深 入推進(jìn)。但也有研究發(fā)現(xiàn)，STEM教育存在部分一線教師對(duì)STEM教育的理解普遍囿于S、T、 E、M四個(gè)字母所代表的學(xué)科名稱、將STEM課程等同于創(chuàng)客類課程、STEM課程實(shí)踐停留于 項(xiàng)目式學(xué)習(xí)流程式教學(xué)等系列問(wèn)題1o STEM課程是學(xué)校開展STEM教學(xué)實(shí)踐的主要依據(jù)，一 線教師對(duì)STEM課程設(shè)計(jì)的掌握度直接影響教學(xué)實(shí)踐的有效性。目前，一線學(xué)校使用的STEM 課程及相關(guān)資源多從機(jī)構(gòu)購(gòu)買，教師缺少對(duì)STEM課程設(shè)計(jì)的整體把握和深度思考，使課程教 學(xué)實(shí)踐效果并未達(dá)到預(yù)期。本研究參考韋伯認(rèn)知深度模型，針對(duì)系列STEM課程案例進(jìn)行深入 分析，挖掘不同年

4、級(jí)STEM課程在設(shè)計(jì)思路、目標(biāo)定位、主題內(nèi)容、活動(dòng)設(shè)計(jì)、成果輸出等課 程設(shè)計(jì)核心要素的認(rèn)知深度層級(jí)，以期為一線教師全方位設(shè)計(jì)STEM課程提供路徑支持。一 STEM課程設(shè)計(jì)路徑分析課程作為教育的專業(yè)實(shí)踐，是教育思想、教育目標(biāo)和教育內(nèi)容的主要載體，是學(xué)校教育教 學(xué)活動(dòng)的基本依據(jù)，直接影響人才培養(yǎng)質(zhì)量HL為有效推進(jìn)STEM課程教學(xué)實(shí)踐，國(guó)內(nèi)外研究 者圍繞STEM課程設(shè)計(jì)展開了系列探索，如Herschbach。提出了相關(guān)課程模式和廣域課程模式 相關(guān)課程模式將各學(xué)科仍保留為獨(dú)立學(xué)科，但各學(xué)科在教學(xué)內(nèi)容的安排上注重彼此之間的 聯(lián)系；廣域課程模式則打破了學(xué)科之間的界限，將所有學(xué)科教學(xué)內(nèi)容統(tǒng)整到一個(gè)新領(lǐng)域，在

5、此 基礎(chǔ)上形成有組織的課程結(jié)構(gòu)。而在我國(guó)，葉兆寧等4提出圍繞“大概念”，即基于學(xué)科領(lǐng)域中 的大概念（如科學(xué)領(lǐng)域中的“物質(zhì)”“能量”等），通過(guò)問(wèn)題引入、知識(shí)建構(gòu)、問(wèn)題解決環(huán)節(jié)設(shè) 計(jì)STEM課程；陳希等同提出采用6E設(shè)計(jì)型學(xué)習(xí)模式，基于工程設(shè)計(jì)思維對(duì)STEM課程進(jìn)行設(shè) 計(jì)；陳鵬6提出技術(shù)教育STEM整合課程的設(shè)計(jì)理念，引導(dǎo)學(xué)生基于真實(shí)的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)展開實(shí)踐, 歷經(jīng)“共情一定義一構(gòu)思一原型一測(cè)試”過(guò)程以發(fā)展核心素養(yǎng)；而王晶瑩等E從知識(shí)場(chǎng)域、活動(dòng) 設(shè)計(jì)、活動(dòng)類型、課程評(píng)價(jià)四個(gè)方面對(duì)中美STEM課例進(jìn)行比較分析，指出STEM課例內(nèi)容設(shè) 計(jì)集中于科學(xué)知識(shí)，活動(dòng)設(shè)計(jì)方面國(guó)外較多采用5E教學(xué)模式和設(shè)計(jì)型學(xué)習(xí)模式、

6、國(guó)內(nèi)則較多采 用傳統(tǒng)教學(xué)模式，活動(dòng)類型有小組討論、交流展示、實(shí)驗(yàn)探究、動(dòng)手實(shí)踐、調(diào)查研究、課堂游 戲、課堂觀察等，課程評(píng)價(jià)涉及知識(shí)、能力等多方面評(píng)測(cè)。綜上可知，STEM課程模式設(shè)計(jì)、 主題設(shè)計(jì)、教學(xué)模式、活動(dòng)類型等是研究者普遍關(guān)注的內(nèi)容，且從泛在層面為STEM課程設(shè)計(jì) 提供了指引。但不同年級(jí)的STEM課程設(shè)計(jì)存在一定的差異，且STEM課程設(shè)計(jì)是系統(tǒng)化工程, 目標(biāo)、內(nèi)容、活動(dòng)、評(píng)價(jià)等各要素設(shè)計(jì)具有一體性，其中課程標(biāo)準(zhǔn)是課程設(shè)計(jì)的重要依據(jù)，指 引課程各要素的設(shè)計(jì)。因此，本研究將基于認(rèn)知深度模型這一 STEM課程標(biāo)準(zhǔn)化工具，通過(guò)深 入分析系列STEM課程案例，挖掘不同年級(jí)STEM課程設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)思路、

7、目標(biāo)定位、主題內(nèi)容、 活動(dòng)設(shè)計(jì)、成果輸出等方面的一體化設(shè)計(jì)路徑。二認(rèn)知深度模型：STEM課程標(biāo)準(zhǔn)化工具認(rèn)知深度模型(Depth of Knowledge Model，DOK Model)由美國(guó)教育評(píng)價(jià)專家Webb開發(fā), 主要用于分析課程標(biāo)準(zhǔn)、課程任務(wù)、課程評(píng)價(jià)中的認(rèn)知深度，評(píng)測(cè)課程任務(wù)與課程標(biāo)準(zhǔn)、課程 評(píng)價(jià)之間的一致性叫即檢驗(yàn)課程任務(wù)的設(shè)計(jì)是否符合課程標(biāo)準(zhǔn)。該模型包括回憶/復(fù)述、技 能/概念、策略性思維和拓展性思維四個(gè)認(rèn)知深度層級(jí)，各層級(jí)認(rèn)知水平描述如表1所示。作為 STEM課程標(biāo)準(zhǔn)化工具，認(rèn)知深度模型為STEM課程設(shè)計(jì)提供了方向性指引。各認(rèn)知深度層級(jí) 均設(shè)有系列目標(biāo)達(dá)成性動(dòng)詞，與課程目標(biāo)相匹

8、配，其對(duì)應(yīng)的認(rèn)知水平反映學(xué)生需要完成的任務(wù)。表1認(rèn)知深度模型各認(rèn)知深度及其認(rèn)知水平描述層級(jí)認(rèn)知深度認(rèn)知水平描述1回憶/重現(xiàn)(Recall andReproduction)學(xué)生能夠回憶并且重現(xiàn)出所學(xué)的相關(guān)知識(shí)和技能。例如，學(xué)生能夠描述相關(guān) 概念、術(shù)語(yǔ)、細(xì)節(jié)等，能夠使用流程圖、概念圖等圖示化形式展現(xiàn)過(guò)程或描 述主題，能夠使用基本的公式、算法等。2技能/概念(Short-term Skills andConcepts)學(xué)生能夠基于已有知識(shí)進(jìn)一步思考，做出解釋說(shuō)明、比較、推理。例如，學(xué) 生能夠描述模型的外觀、解釋模型的工作原理；能夠闡明問(wèn)題發(fā)生的原因、 解釋發(fā)生的過(guò)程；能夠比較異同、對(duì)所學(xué)內(nèi)容進(jìn)行總結(jié)

9、概括等。3策略性思維(Strategic Thinking)學(xué)生能夠基于生活中的真實(shí)問(wèn)題尋求策略性解決方案。例如，學(xué)生能夠收集 信息為自己的觀點(diǎn)提供數(shù)據(jù)、證據(jù)支持，能夠發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、明確問(wèn)題并對(duì)問(wèn)題 進(jìn)行設(shè)計(jì)探究，能夠針對(duì)復(fù)雜的問(wèn)題進(jìn)行解釋說(shuō)明、模型構(gòu)建。4拓展性思維(Extended Thinking)學(xué)生能夠解決真實(shí)生活中的復(fù)雜問(wèn)題并對(duì)解決方案進(jìn)行反思、評(píng)價(jià)和調(diào)整。 例如，學(xué)生能夠分析和整合多源信息，能夠開展從提出問(wèn)題、到合作探究、 再到產(chǎn)品創(chuàng)造等全流程項(xiàng)目實(shí)踐，能夠運(yùn)用跨學(xué)科知識(shí)解決生活中的問(wèn)題。三基于認(rèn)知深度模型的STEM課程案例分析1研究目標(biāo)本研究針對(duì)基礎(chǔ)教育領(lǐng)域系列STEM主題式課程設(shè)

10、計(jì)案例進(jìn)行內(nèi)容分析，挖掘不同年級(jí) STEM課程在設(shè)計(jì)思路、目標(biāo)定位、主題內(nèi)容、活動(dòng)設(shè)計(jì)、成果輸出等要素中所凸顯的認(rèn)知深 度層級(jí)，分析不同年級(jí)STEM課程設(shè)計(jì)的差異性和側(cè)重性，并在此基礎(chǔ)上凝練STEM課程設(shè)計(jì) 路徑及其相應(yīng)的策略、方法。2研究方法本研究主要采用案例研究法和內(nèi)容分析法，通過(guò)分析系列STEM課例設(shè)計(jì)思路、目標(biāo)定位、 主題內(nèi)容、活動(dòng)設(shè)計(jì)、成果輸出等方面的特點(diǎn)，將其和認(rèn)知深度模型認(rèn)知深度層級(jí)所對(duì)應(yīng)的目 標(biāo)達(dá)成性動(dòng)詞與對(duì)應(yīng)的認(rèn)知水平進(jìn)行分析，挖掘不同年級(jí)STEM課程設(shè)計(jì)的路徑、策略和方法。3數(shù)據(jù)收集本研究遴選的案例主要有陳如平、李佩寧主編的美國(guó)STEM課程設(shè)計(jì)（小學(xué)卷）（含有 面向16年級(jí)

11、的50個(gè)課例）和培生集團(tuán)面向幼兒園至八年級(jí)研發(fā)的18個(gè)STEM課例。4數(shù)據(jù)分析本研究將18年級(jí)劃分為低年級(jí)（1、2年級(jí)）、中年級(jí)（3、4年級(jí)）、高年級(jí)（5年級(jí)及以 上）三個(gè)階段，并基于認(rèn)知深度模型，分別從設(shè)計(jì)思路、目標(biāo)定位、主題內(nèi)容、活動(dòng)設(shè)計(jì)、成 果輸出等維度對(duì)各年級(jí)STEM課例進(jìn)行深入分析。表2三個(gè)階段STEM課例的設(shè)計(jì)思路和對(duì)應(yīng)的認(rèn)知深度層級(jí)階段設(shè)計(jì)思路認(rèn)知深度層級(jí)低年級(jí)感官體驗(yàn)/觀察真實(shí)生活現(xiàn)象一發(fā)現(xiàn)物體的特 點(diǎn)、規(guī)律一設(shè)計(jì)簡(jiǎn)易產(chǎn)品，把握物體的性質(zhì)回憶/重現(xiàn)、技能/概念：描述事物現(xiàn)象、物體特點(diǎn)、 描述事物發(fā)生的過(guò)程、解釋事物發(fā)生的結(jié)果中年級(jí)設(shè)計(jì)科學(xué)實(shí)驗(yàn)一觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象一發(fā)現(xiàn)物體的特 點(diǎn)、規(guī)

12、律一設(shè)計(jì)解決真實(shí)生活問(wèn)題的產(chǎn)品一尋 求問(wèn)題解決的策略、方案策略性思維：描述、解釋說(shuō)明實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、闡明物體 的特點(diǎn)和規(guī)律、明確設(shè)計(jì)產(chǎn)品要解決的問(wèn)題、對(duì)問(wèn) 題進(jìn)行探究、尋求問(wèn)題的解決方案、設(shè)計(jì)產(chǎn)品模型高年級(jí)真實(shí)生活中的問(wèn)題一小組合作探究設(shè)計(jì)問(wèn)題解 決方案一設(shè)計(jì)與制作能夠解決問(wèn)題的產(chǎn)品一方 案與產(chǎn)品的修正、完善、創(chuàng)新、優(yōu)化拓展性思維：提出問(wèn)題、設(shè)計(jì)問(wèn)題解決方案、統(tǒng)整 與分析多維信息、設(shè)計(jì)產(chǎn)品原型、制作產(chǎn)品、修正 與完善方案、創(chuàng)新與優(yōu)化產(chǎn)品1）設(shè)計(jì)思路低、中、高年級(jí)三個(gè)階段STEM課例的設(shè)計(jì)思路和對(duì)應(yīng)的認(rèn)知深度層級(jí)如表2所示，可以 看出：低年級(jí)STEM課程設(shè)計(jì)主要是讓學(xué)生通過(guò)感官體驗(yàn)和對(duì)真實(shí)現(xiàn)象進(jìn)行觀察

13、，以形成對(duì) 物體特點(diǎn)、規(guī)律的初步認(rèn)知，并以此設(shè)計(jì)簡(jiǎn)易產(chǎn)品，達(dá)成知識(shí)和技能的淺層次應(yīng)用。例如，“紙 的立體造型一一STEM課程之初識(shí)材料與受力”通過(guò)讓學(xué)生直觀感受木頭、塑料、金屬、玻璃 等各種材料，了解材料性質(zhì)，觀察和記錄不同材料的受力表現(xiàn)（如拉伸、壓縮、彎折等），初步 認(rèn)知物體力學(xué)性質(zhì)，并以此為基礎(chǔ)利用紙和膠帶設(shè)計(jì)一個(gè)立體造型。中年級(jí)STEM課程設(shè)計(jì) 主要是讓學(xué)生通過(guò)設(shè)計(jì)科學(xué)實(shí)驗(yàn)，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象形成對(duì)物體特點(diǎn)和規(guī)律的認(rèn)知，并以此設(shè)計(jì)面 向真實(shí)問(wèn)題解決的產(chǎn)品，尋求解決策略方案。例如，“聲音可以移動(dòng)一一STEM課程之聲音的定 向傳播”讓學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)了解聲音傳播的規(guī)律，通過(guò)小組合作設(shè)計(jì)一個(gè)聲音傳播裝置

14、。高年 級(jí)STEM課例主要是面向真實(shí)生活問(wèn)題的解決，讓學(xué)生通過(guò)頭腦風(fēng)暴、小組合作、調(diào)查研究、 實(shí)驗(yàn)論證等方式完成問(wèn)題解決方案設(shè)計(jì)與產(chǎn)品創(chuàng)作。例如，“保護(hù)雞蛋一一STEM課程之工程設(shè) 計(jì)中的冗余與容錯(cuò)”讓學(xué)生了解各類高空墜落（如高空拋物、降落傘等）現(xiàn)象、思考高空墜落 帶來(lái)的損害以及生活中如何防止損害發(fā)生，在此基礎(chǔ)上通過(guò)小組合作設(shè)計(jì)緩沖方式與結(jié)構(gòu)。（2）目標(biāo)定位低、中、高年級(jí)三個(gè)階段STEM課例的目標(biāo)定位和對(duì)應(yīng)的認(rèn)知深度層級(jí)如表3所示，可以 看出：低年級(jí)STEM課程設(shè)計(jì)的目標(biāo)定位主要是通過(guò)各種感官體驗(yàn)與動(dòng)手實(shí)踐等，幫助學(xué)生 習(xí)得基本知識(shí)和技能。例如，“仔細(xì)聽咚咚響一一STEM課程之初探振動(dòng)發(fā)生的規(guī)

15、律”讓學(xué)生 通過(guò)體驗(yàn)不同類型的聲音，形成對(duì)聲音概念、類型、原理的基本認(rèn)知。中年級(jí)STEM課程設(shè) 計(jì)的目標(biāo)定位主要是通過(guò)科學(xué)實(shí)驗(yàn)，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、探尋問(wèn)題產(chǎn)生的原因并尋求問(wèn)題解決 方案。例如，“撞上之前停下來(lái)STEM課程之探索減速運(yùn)動(dòng)”通過(guò)科學(xué)實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生深入理 解摩擦力和減速運(yùn)動(dòng)的概念和原理。高年級(jí)STEM課程設(shè)計(jì)的目標(biāo)定位主要是面向真實(shí)生活 中的復(fù)雜問(wèn)題，關(guān)注學(xué)生問(wèn)題解決能力、創(chuàng)新思維、創(chuàng)新能力等的培養(yǎng)。例如，“防震高塔一一 STEM課程之地震和建筑設(shè)計(jì)探究”通過(guò)頭腦風(fēng)暴的形式，讓學(xué)生習(xí)得地震基本知識(shí)、地震振 動(dòng)臺(tái)基本原理，在此基礎(chǔ)上遴選防震材料、畫出設(shè)計(jì)圖、制作防震高塔并進(jìn)行防震測(cè)試。表

16、3三個(gè)階段STEM課例的目標(biāo)定位和對(duì)應(yīng)的認(rèn)知深度層級(jí)階段目標(biāo)定位認(rèn)知深度層級(jí)低年級(jí)感知、觀察、語(yǔ)言表達(dá)、溝通、問(wèn)題識(shí)別、類比、歸納總結(jié)、初 步具有科學(xué)思維意識(shí)、初步能夠進(jìn)行科學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)回憶/重現(xiàn)、技能/概念：強(qiáng)調(diào)認(rèn)知 過(guò)程中的初步理解和技能習(xí)得中年級(jí)掌握一定的科學(xué)知識(shí)、具有一定的科學(xué)思維、能夠設(shè)計(jì)科學(xué)實(shí)驗(yàn)、 發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、工程思維、合作交流、動(dòng)手實(shí)踐策略性思維：強(qiáng)調(diào)認(rèn)知過(guò)程中的 問(wèn)題發(fā)現(xiàn)和問(wèn)題解決高年級(jí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、明確問(wèn)題、制定方案、復(fù)雜問(wèn)題解決、創(chuàng)新思維、創(chuàng) 新能力、創(chuàng)新產(chǎn)品設(shè)計(jì)、溝通協(xié)作、合作探究、知識(shí)遷移拓展性思維：強(qiáng)調(diào)認(rèn)知過(guò)程中的 復(fù)雜問(wèn)題解決和產(chǎn)品創(chuàng)作（3）主題內(nèi)容低、中、高年級(jí)三個(gè)階段S

17、TEM課例的主題內(nèi)容和對(duì)應(yīng)的認(rèn)知深度層級(jí)如表4所示，可以 看出：低年級(jí)STEM課程設(shè)計(jì)注重借助生活中可直接感知的物體，引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)感官體驗(yàn)發(fā) 現(xiàn)物體特征、性能和狀態(tài)。例如，“制作輪子一一STEM課程之探索身邊現(xiàn)象的本質(zhì)”讓學(xué)生觀 察車輪的形狀、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，了解車輪組成部分與車輪運(yùn)動(dòng)原理。中年級(jí)STEM課程設(shè)計(jì)強(qiáng)調(diào) 基于生活中值得探究的問(wèn)題現(xiàn)象，組織學(xué)生開展科學(xué)實(shí)驗(yàn)，設(shè)計(jì)科學(xué)實(shí)驗(yàn)、記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、感 悟?qū)嶒?yàn)過(guò)程、發(fā)現(xiàn)事物規(guī)律，并以此進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制作。例如，“漂浮的胡蘿卜一一STEM課 程之浮力及其應(yīng)用”通過(guò)實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生觀察不同物體在不同溶液中的漂浮狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)物體漂浮規(guī) 律，并以此制作懸浮的胡蘿卜。高

18、年級(jí)STEM課程設(shè)計(jì)聚焦面向生活中真實(shí)問(wèn)題解決的綜合 作品創(chuàng)作，學(xué)生小組針對(duì)真實(shí)問(wèn)題設(shè)計(jì)解決方案、開展協(xié)作探究、設(shè)計(jì)與創(chuàng)作作品，并對(duì)方案、 產(chǎn)品進(jìn)行修正、完善、創(chuàng)新和優(yōu)化。例如，“像工程師一樣思考一一STEM課程之懸臂設(shè)計(jì)與制 作”針對(duì)塔吊吊起重物這一真實(shí)問(wèn)題，引出懸臂概念，并讓學(xué)生使用膠帶、吸管等材料制作懸 臂結(jié)構(gòu)；而“小工具與大問(wèn)題一一STEM課程之精確量具的設(shè)計(jì)、制作和標(biāo)定”讓學(xué)生知悉密 度和鹽度概念、鹽度和密度的關(guān)系，小組合作制作測(cè)量液體密度裝置。表4三個(gè)階段STEM課例的主題內(nèi)容和對(duì)應(yīng)的認(rèn)知深度層級(jí)階段主題內(nèi)容認(rèn)知深度層級(jí)低年級(jí)基于生活中學(xué)生能夠直接接觸的物體、常見的現(xiàn)象，依托學(xué)生的

19、感 官體驗(yàn)（觸覺、視覺、嗅覺、味覺、聽覺），挖掘物體特征、性能和 狀態(tài)。例如，各種形式的液體、固體、氣體、動(dòng)物、植物、天氣等。回憶/重現(xiàn)、技能/概念：生活 中常見的現(xiàn)象、可直接接觸的 物體中年級(jí)基于生活中學(xué)生熟悉的現(xiàn)象，提出問(wèn)題，開展科學(xué)實(shí)驗(yàn)，設(shè)計(jì)科學(xué) 實(shí)驗(yàn)、記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、感悟?qū)嶒?yàn)過(guò)程、發(fā)現(xiàn)物體規(guī)律。例如，水的 狀態(tài)、各種形式的力、聲音的現(xiàn)象和規(guī)律等。策略性思維：生活中值得探究 的問(wèn)題現(xiàn)象高年級(jí)基于真實(shí)生活中復(fù)雜問(wèn)題的解決，引入科學(xué)探究和工程思維，制定 解決方案、創(chuàng)新產(chǎn)品設(shè)計(jì)。例如，造橋、造船、建造抗震設(shè)置等。拓展性思維：生活中的復(fù)雜問(wèn) 題表5三個(gè)階段STEM課例的主要活動(dòng)/支架設(shè)計(jì)和對(duì)應(yīng)的認(rèn)

20、知深度層級(jí)階段主要活動(dòng)/支架設(shè)計(jì)認(rèn)知深度層級(jí)低年級(jí)活動(dòng)：感官體驗(yàn)、動(dòng)手操作、觀點(diǎn)表達(dá)、小組研討、 分享交流、總結(jié)展示；支架：?jiǎn)栴}清單、評(píng)價(jià)量規(guī)。回憶/重現(xiàn)、技能/概念：是什么（真實(shí)生活現(xiàn) 象）、為什么（感官體驗(yàn)）、怎么做（簡(jiǎn)易產(chǎn) 品創(chuàng)作）中年級(jí)活動(dòng)：發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、尋求解決方案、制定實(shí)驗(yàn)計(jì)劃、執(zhí) 行實(shí)驗(yàn)任務(wù)（觀察、記錄、結(jié)論）、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、小組 研討、分享交流、總結(jié)反思；支架：?jiǎn)栴}清單、評(píng)價(jià)量規(guī)、項(xiàng)目任務(wù)單。策略性思維：是什么（真實(shí)生活問(wèn)題）、為什 么（科學(xué)實(shí)驗(yàn)探究）、怎么做（解決方案+產(chǎn) 品創(chuàng)作）高年級(jí)活動(dòng)：引入真實(shí)生活復(fù)雜問(wèn)題、制定解決方案、設(shè)計(jì) 原型、創(chuàng)作產(chǎn)品、小組研討、分享交流、總結(jié)反思； 支

21、架：?jiǎn)栴}清單、評(píng)價(jià)量規(guī)、項(xiàng)目任務(wù)單。拓展性思維：是什么（真實(shí)生活復(fù)雜問(wèn)題）、 怎么做（解決方案+原型設(shè)計(jì)+產(chǎn)品創(chuàng)作）（4）活動(dòng)設(shè)計(jì)低、中、高年級(jí)三個(gè)階段STEM課例的主要活動(dòng)/支架設(shè)計(jì)和對(duì)應(yīng)的認(rèn)知深度層級(jí)如表5所 示，可以看出：低年級(jí)STEM課程設(shè)計(jì)的主要活動(dòng)有基于感官的實(shí)踐體驗(yàn)、動(dòng)手操作、個(gè)人 觀點(diǎn)表達(dá)、小組合作研討和全班分享交流。例如，“黑暗中的藝術(shù)品一一STEM課程之感知世界 的觸覺”讓學(xué)生感受玻璃、砂紙、橡皮、石塊、肥皂泡、沙子等不同物體特征及受力，闡明自 己觀點(diǎn)，小組合作制作數(shù)字盲文、臉部模型等并在全班進(jìn)行分享交流。中年級(jí)STEM課程設(shè) 計(jì)的主要活動(dòng)為科學(xué)實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)，小組合作發(fā)現(xiàn)問(wèn)

22、題、制定實(shí)驗(yàn)計(jì)劃、執(zhí)行實(shí)驗(yàn)任務(wù)、得出 實(shí)驗(yàn)結(jié)論，設(shè)計(jì)面向生活真實(shí)問(wèn)題解決的產(chǎn)品。例如，“遮風(fēng)擋雨一一STEM課程之材料性能測(cè) 試”讓學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)了解繪圖紙、報(bào)紙、織物、蠟紙等材料透水性，選擇最佳材料制作雨傘。 高年級(jí)STEM課程設(shè)計(jì)的主要活動(dòng)為面向真實(shí)生活復(fù)雜問(wèn)題解決的產(chǎn)品設(shè)計(jì)，包括制定解決 方案、原型設(shè)計(jì)、產(chǎn)品創(chuàng)作等。例如，“風(fēng)力使者一一STEM課程之我是小創(chuàng)客”針對(duì)目前不可 再生能源枯竭，如何利用新能源這一真實(shí)生活問(wèn)題，制作一個(gè)利用風(fēng)力驅(qū)動(dòng)的能打水的轆轤。（5）成果輸出低、中、高年級(jí)三個(gè)階段STEM課例的主題成果輸出和對(duì)應(yīng)的認(rèn)知深度層級(jí)如表6所示， 可以看出：低年級(jí)STEM課程的成果輸出主

23、要有學(xué)生闡明觀點(diǎn)、表達(dá)想法、比較異同、基于 觀察過(guò)程數(shù)據(jù)記錄形成觀察表或觀察報(bào)告，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)易產(chǎn)品等。例如，“舌尖上的色彩一一STEM 課程之視覺、味覺的感知與創(chuàng)造”讓學(xué)生觀察、品嘗不同顏色食物形成觀察表，基于不同顏色 食物汁制作出不同顏色并形成相應(yīng)配方表等。中年級(jí)STEM課程設(shè)計(jì)強(qiáng)調(diào)學(xué)生能夠像科學(xué)家 一樣思考，注重習(xí)得科學(xué)知識(shí)、實(shí)驗(yàn)方法，能夠記錄、分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)并形成實(shí)驗(yàn)報(bào)告，設(shè)計(jì)面 向真實(shí)生活問(wèn)題解決的策略方案并創(chuàng)作相應(yīng)產(chǎn)品等。例如，“太陽(yáng)科學(xué)家一一STEM課程之對(duì)照 試驗(yàn)的設(shè)計(jì)與實(shí)施”讓學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)家進(jìn)行實(shí)驗(yàn)、精確測(cè)量數(shù)據(jù)、記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。 高年STEM課程設(shè)計(jì)關(guān)注面向真實(shí)問(wèn)題解決的產(chǎn)

24、品設(shè)計(jì)和制作，小組合作設(shè)計(jì)真實(shí)問(wèn)題解決 方案，并在此基礎(chǔ)上通過(guò)建模的形式創(chuàng)作出產(chǎn)品以解決真實(shí)生活問(wèn)題。例如，“我是醫(yī)生一一 STEM課程之接骨手術(shù)”基于生活中運(yùn)動(dòng)跌倒骨折這一真實(shí)問(wèn)題，組織學(xué)生運(yùn)用外科移植技術(shù) 和生物材料學(xué)知識(shí)，以小組的形式設(shè)計(jì)一個(gè)修復(fù)股骨的手術(shù)方案并進(jìn)行手術(shù)的模擬實(shí)踐操作。表6三個(gè)階段STEM課例的主題成果輸出和對(duì)應(yīng)的認(rèn)知深度層級(jí)階段主題成果輸出認(rèn)知深度層級(jí)低年級(jí)表達(dá)觀點(diǎn)、回答問(wèn)題、觀察表或觀察報(bào)告、簡(jiǎn)易產(chǎn)品回憶/呈現(xiàn)、技能/概念：概念、觀點(diǎn)、 想法、原因、原理、結(jié)論、技能中年級(jí)記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的數(shù)據(jù)報(bào)告，面向真實(shí)問(wèn)題解決的策略性方案、產(chǎn)品策略性思維：原理、解決方案、產(chǎn)品高年級(jí)面

25、向真實(shí)生活中問(wèn)題解決的方案、產(chǎn)品制作拓展性思維：解決方案、產(chǎn)品四基于認(rèn)知深度模型的STEM課程設(shè)計(jì)路徑分析認(rèn)知深度模型從課程標(biāo)準(zhǔn)、課程任務(wù)、課程評(píng)價(jià)等相一致性的視角，為STEM課程設(shè)計(jì)提 供了指引。本研究基于認(rèn)知深度模型，針對(duì)系列STEM課程案例進(jìn)行深入分析，挖掘不同年級(jí) STEM課程在設(shè)計(jì)思路、目標(biāo)定位、主題內(nèi)容、活動(dòng)設(shè)計(jì)、成果輸出等課程設(shè)計(jì)各要素中的異 同，提出了各年級(jí)的STEM課程設(shè)計(jì)路徑：1低年級(jí)STEM課程設(shè)計(jì)：基于感官體驗(yàn)和動(dòng)手實(shí)踐形成初步認(rèn)知低年級(jí)（1、2年級(jí)）STEM課程各要素設(shè)計(jì)處于認(rèn)知深度模型中的“回憶/重現(xiàn)” “技能/概 念”層級(jí)；課程目標(biāo)定位在學(xué)生基礎(chǔ)科學(xué)知識(shí)和基本技能

26、的習(xí)得；主題內(nèi)容傾向于真實(shí)生活中 學(xué)生能夠直接接觸的物體、常見的現(xiàn)象等；課程活動(dòng)主要有學(xué)生通過(guò)各種感官體驗(yàn)來(lái)了解物體 的特征、性能和狀態(tài)，以獲得對(duì)物體的初步認(rèn)知，并在此基礎(chǔ)上通過(guò)動(dòng)手操作實(shí)踐制作簡(jiǎn)易產(chǎn) 品；成果輸出主要包括學(xué)生個(gè)體或小組觀點(diǎn)闡明、想法表達(dá)、感官體驗(yàn)過(guò)程數(shù)據(jù)記錄表或觀察 報(bào)告、簡(jiǎn)易產(chǎn)品設(shè)計(jì)等。2中年級(jí)STEM課程設(shè)計(jì)：基于科學(xué)實(shí)驗(yàn)和協(xié)作探究尋求問(wèn)題解決方案中年級(jí)（3、4年級(jí)）STEM課程各要素設(shè)計(jì)處于“策略性思維”層級(jí)；課程目標(biāo)定位在學(xué) 生能夠發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并尋求問(wèn)題的解決方案；主題內(nèi)容傾向于真實(shí)生活中學(xué)生熟悉的、值得探究的 問(wèn)題現(xiàn)象；課程活動(dòng)主要有學(xué)生能以小組的形式開展科學(xué)實(shí)驗(yàn)，習(xí)得科學(xué)原理，發(fā)現(xiàn)事物規(guī)律, 尋得問(wèn)題解決的策略性方案，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行相應(yīng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)；成果輸出主要包括科