核心素養(yǎng)視域下創(chuàng)客與STEAM融合課程實(shí)施模型研究

【摘要】創(chuàng)客教育和STEAM教育作為智能時(shí)代面向未來(lái)人才培養(yǎng)的重要方式，在快速發(fā)展過(guò)程中也面臨著諸多困境，兩者的融合可實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，更好地為培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力、跨學(xué)科問(wèn)題解決能力、批判性思維、協(xié)作能力等賦能。本文基于逆向設(shè)計(jì)理論，構(gòu)建了素養(yǎng)導(dǎo)向、證據(jù)先行、活動(dòng)育人的創(chuàng)客與STEAM融合課程實(shí)施模型，通過(guò)迭代優(yōu)化，助力創(chuàng)客與STEAM有機(jī)融合。在模型的指導(dǎo)下，本研究設(shè)計(jì)了“機(jī)器人走迷宮”課例，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的參與度，協(xié)力整合多學(xué)科知識(shí)，以理解促成高通路遷移?！娟P(guān)鍵詞】創(chuàng)客教育；STEAM教育；融合課程實(shí)施模型；逆向設(shè)計(jì)一、引言智能時(shí)代對(duì)未來(lái)人才培養(yǎng)提出了新要求，也為教育的建構(gòu)重組提供了有利環(huán)境。人們?cè)絹?lái)越意識(shí)到，創(chuàng)新能力、跨學(xué)科問(wèn)題解決能力、批判性思維、協(xié)作能力等已成為應(yīng)對(duì)未來(lái)真實(shí)、復(fù)雜挑戰(zhàn)的不可或缺的能力要素。在這樣的背景下，輔以技術(shù)的普及與推動(dòng)，創(chuàng)客教育和STEAM教育在國(guó)內(nèi)外開(kāi)展得如火如荼，越來(lái)越多的學(xué)者和一線教師開(kāi)始關(guān)注創(chuàng)客教育和STEAM教育實(shí)踐。然而，目前中小學(xué)教師在開(kāi)展創(chuàng)客教育與STEAM教育的過(guò)程中，教學(xué)設(shè)計(jì)方面的策略、方法并不明確，課程開(kāi)展流于形式，亟待有效、可落地的理論研究與實(shí)踐探索。二、創(chuàng)客教育與STEAM教育的發(fā)展困境和融合優(yōu)勢(shì)（一）創(chuàng)客教育與STEAM教育的異同及發(fā)展困境創(chuàng)客教育與STEAM教育作為教育變革的關(guān)鍵力量，在理論基礎(chǔ)、活動(dòng)類型、課程載體等方面都存在異同［1］（見(jiàn)表1）。STEAM教育起源于國(guó)家需求，最先是美國(guó)為提升國(guó)家競(jìng)爭(zhēng)力提出來(lái)的，企圖通過(guò)打破學(xué)科壁壘，有機(jī)整合科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)、藝術(shù)等學(xué)科，提升學(xué)生的學(xué)科素養(yǎng)和跨學(xué)科思維能力。STEAM的核心是跨學(xué)科整合，通過(guò)創(chuàng)設(shè)真實(shí)的問(wèn)題情境，引導(dǎo)學(xué)生在問(wèn)題解決的過(guò)程中主動(dòng)建構(gòu)對(duì)多學(xué)科知識(shí)的綜合理解而非割裂的認(rèn)知。雖然STEAM教育近年來(lái)逐漸在我國(guó)推廣，但教師在一線教學(xué)中存在很多困惑：（1）缺乏著力點(diǎn)，導(dǎo)致教學(xué)停留在理念層面。我國(guó)目前分科培養(yǎng)的教育體系導(dǎo)致學(xué)科間的相互滲透和結(jié)合不夠，具有跨學(xué)科背景的專業(yè)師資力量也尤為匱乏。STEAM課程由誰(shuí)開(kāi)和如何開(kāi)是亟待解決的問(wèn)題，STEAM教育找不到合適的著力點(diǎn)，缺乏明晰的培養(yǎng)路徑。（2）重知識(shí)探究，輕動(dòng)手實(shí)現(xiàn)，導(dǎo)致成果模式化，缺乏創(chuàng)新。部分中小學(xué)在校本課程中開(kāi)展STEAM教育，鼓勵(lì)學(xué)生基于探究提出方案，制作海報(bào)分享交流，但問(wèn)題的解決過(guò)程和成果呈現(xiàn)模板化，缺乏創(chuàng)意和對(duì)可行性的驗(yàn)證。創(chuàng)客教育是社會(huì)驅(qū)動(dòng)的結(jié)果，傳統(tǒng)DIY運(yùn)動(dòng)、3D打印、激光切割、開(kāi)源軟硬件、互聯(lián)網(wǎng)社區(qū)等新技術(shù)的發(fā)展，催生了創(chuàng)客活動(dòng)和創(chuàng)客教育。伴隨著“大眾創(chuàng)新，萬(wàn)眾創(chuàng)業(yè)”的口號(hào)，創(chuàng)客教育在我國(guó)中小學(xué)的普及甚至比STEAM教育更早。創(chuàng)客教育的關(guān)鍵詞為“造物”，秉承“做中學(xué)”的理念，融入創(chuàng)造情境，鼓勵(lì)動(dòng)手操作，鼓勵(lì)創(chuàng)新，強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)成果實(shí)物化、可視化。近十年，創(chuàng)客教育看似發(fā)展繁榮卻又問(wèn)題凸顯：（1）被技術(shù)“牽著”鼻子走，缺乏對(duì)科學(xué)原理的關(guān)注。部分創(chuàng)客課程局限于具體產(chǎn)品的教學(xué)，只教軟硬件的使用，奔著某一比賽的單一目標(biāo)前進(jìn)，換一個(gè)比賽換一批設(shè)備，換一批設(shè)備換一批課程，對(duì)科學(xué)概念與原理關(guān)注不足，導(dǎo)致學(xué)生知其然不知其所以然，遷移能力弱。（2）缺乏教學(xué)策略方法的指引，空心化、泡沫化、形式化問(wèn)題嚴(yán)重。學(xué)生看似參與度高，實(shí)則模仿跟做、無(wú)效試錯(cuò)，缺乏對(duì)問(wèn)題的分析和對(duì)解決過(guò)程的深入探究，導(dǎo)致學(xué)生流于表面動(dòng)手，缺乏深度理解，產(chǎn)出的作品粗糙。（二）創(chuàng)客教育與STEAM教育的融合優(yōu)勢(shì)及必要雖然創(chuàng)客教育和STEAM教育在一線教學(xué)實(shí)踐中常表現(xiàn)出你中有我、我中有你的特征，但從表1中可以看出，兩者各有側(cè)重。如果能將創(chuàng)客教育與STEAM教育有機(jī)整合在一起，實(shí)現(xiàn)創(chuàng)客與STEAM融合教學(xué)，那么兩者可以實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，在一定程度上解決各自面臨的困境：一方面，STEAM教育的跨學(xué)科理念和基于項(xiàng)目學(xué)習(xí)的典型教學(xué)方法，有利于改善創(chuàng)客教育缺乏系統(tǒng)學(xué)科知識(shí)體系支撐和缺乏科學(xué)培養(yǎng)模式可借鑒的現(xiàn)狀；另一方面，創(chuàng)客教育立足于技術(shù)環(huán)境與“做中學(xué)”理論，在“造物”過(guò)程中深度綜合應(yīng)用不同學(xué)科知識(shí)，實(shí)現(xiàn)創(chuàng)造性思維與創(chuàng)新實(shí)踐能力的培養(yǎng)，是實(shí)施STEAM教育的一種有效方式。［2］實(shí)際上，創(chuàng)客教育和STEAM教育的整合是存在一定必然性的，符合人才培養(yǎng)的內(nèi)在發(fā)展需求。目前有關(guān)創(chuàng)客教育與STEAM教育融合的課程建構(gòu)研究、教學(xué)實(shí)施研究也取得了一定進(jìn)展。Bevan提出了創(chuàng)客與STEAM整合路徑，基于科學(xué)實(shí)踐與數(shù)學(xué)概念開(kāi)展工程實(shí)踐，在過(guò)程中將技術(shù)工具與計(jì)算實(shí)踐結(jié)合起來(lái)。［3］Kim等提出了“基于創(chuàng)客的STEAM教育”這一概念，并構(gòu)建了發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、設(shè)計(jì)工件、開(kāi)發(fā)原型、共享造物、深化反思的五步教學(xué)法。［4］在教學(xué)層面推進(jìn)創(chuàng)客教育與STEAM教育的整合協(xié)調(diào)發(fā)展，關(guān)鍵之一在于提供一套與之匹配的教學(xué)設(shè)計(jì)策略，并在實(shí)踐中不斷迭代優(yōu)化。本研究即從構(gòu)建實(shí)施模型出發(fā)，旨在實(shí)現(xiàn)核心素養(yǎng)導(dǎo)向下創(chuàng)客教育與STEAM教育的融合。三、基于逆向設(shè)計(jì)理論的創(chuàng)客與STEAM融合（一）逆向設(shè)計(jì)理論逆向設(shè)計(jì)（BackwardDesign）是美國(guó)課程與教學(xué)領(lǐng)域的專家GrantWiggins和JayMctighe在1998年提出的一種教學(xué)設(shè)計(jì)模式，意指將課程的終點(diǎn)（學(xué)習(xí)目標(biāo)）作為課程設(shè)計(jì)的起點(diǎn)。［5］逆向設(shè)計(jì)包含三個(gè)階段：階段一，明確預(yù)期的結(jié)果。在這個(gè)階段，教師需要對(duì)照課程標(biāo)準(zhǔn)、核心素養(yǎng)，確定學(xué)習(xí)目標(biāo)。通常情況下有較多的內(nèi)容需要抉擇，因此可以通過(guò)以下篩選明晰哪些內(nèi)容是值得學(xué)習(xí)的：（1）概念、主題或過(guò)程在多大程度上屬于大概念并在課堂之外具有持久的價(jià)值；（2）概念、主題或過(guò)程在多大程度上屬于學(xué)科核心概念；（3）概念、主題或過(guò)程在多大程度上沒(méi)有被教學(xué)覆蓋；（4）概念、主題或過(guò)程在多大程度上能夠吸引學(xué)生。階段二，確定預(yù)期結(jié)果達(dá)到的證據(jù)。逆向設(shè)計(jì)主張?jiān)谠O(shè)計(jì)之前提前思考如何確定學(xué)生是否達(dá)到了預(yù)期的目標(biāo)，根據(jù)學(xué)習(xí)證據(jù)設(shè)計(jì)課程。鑒于逆向設(shè)計(jì)是面向理解的設(shè)計(jì)，課程應(yīng)以表現(xiàn)任務(wù)或顯性作品為基礎(chǔ)，即這些任務(wù)或作品提供了證據(jù)，證明學(xué)生在情境中運(yùn)用知識(shí)、達(dá)成目標(biāo)。階段三，安排學(xué)習(xí)活動(dòng)和教學(xué)活動(dòng)。在明確了預(yù)期的結(jié)果和學(xué)習(xí)證據(jù)后，教師需要設(shè)計(jì)課程的細(xì)節(jié)，如教學(xué)方法、課程順序和資源材料的選擇等。教學(xué)是達(dá)到目標(biāo)的手段，要考慮以下幾個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題：（1）學(xué)生需要什么樣的知識(shí)（事實(shí)、概念、原則）和技能才能有效學(xué)習(xí)并達(dá)到預(yù)期的效果；（2）什么活動(dòng)能使學(xué)生具備所需的知識(shí)和技能；（3）根據(jù)目標(biāo)，需要教授什么以及如何更好地教授；（4）什么材料和資源有助于實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)；（5）整體設(shè)計(jì)是否連貫有效。在常規(guī)的教學(xué)設(shè)計(jì)中，教師基于教材內(nèi)容，根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)來(lái)設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)活動(dòng)和組織課程。而逆向設(shè)計(jì)關(guān)注學(xué)生的學(xué)習(xí)過(guò)程，把課程看作達(dá)成學(xué)習(xí)目標(biāo)的手段，即在特定的主題（例如種族歧視）下，使用特定的資源（例如《殺死一只知更鳥(niǎo)》），選擇特定的教學(xué)方法（例如蘇格拉底式研討法討論這本書(shū)，小組協(xié)作分析電影中的畫(huà)面），來(lái)促進(jìn)學(xué)習(xí)達(dá)到既定的標(biāo)準(zhǔn)（例如學(xué)生將理解偏見(jiàn)的本質(zhì)，歸納其與刻板印象的區(qū)別）。設(shè)計(jì)一系列學(xué)習(xí)活動(dòng)讓學(xué)生通過(guò)思考、探究、動(dòng)手產(chǎn)生外顯的學(xué)習(xí)證據(jù)，以此表征學(xué)生的潛在特質(zhì)和內(nèi)部思維發(fā)生過(guò)程，從而判斷學(xué)習(xí)目標(biāo)是否實(shí)現(xiàn)，可以避免缺乏目標(biāo)導(dǎo)向而造成的教學(xué)低效或無(wú)效［6］。逆向設(shè)計(jì)與素養(yǎng)導(dǎo)向的新課程理念不謀而合，在客觀上為創(chuàng)客和STEAM有效融合的教學(xué)提供了方向，并且關(guān)注到了以往創(chuàng)客教育和STEAM教育研究中被忽視的評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)。（二）創(chuàng)客與STEAM融合課程實(shí)施模型構(gòu)建基于逆向設(shè)計(jì)理論，本研究從學(xué)習(xí)目標(biāo)、學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)、學(xué)習(xí)活動(dòng)三個(gè)環(huán)節(jié)構(gòu)建了創(chuàng)客與STEAM融合的課程實(shí)施模型。1.課程目標(biāo)定位創(chuàng)客與STEAM深度融合的課程需要面向核心素養(yǎng)的發(fā)展，是實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新教育的重要載體。課程要以跨學(xué)科知識(shí)整合為基礎(chǔ)，突出發(fā)展綜合素養(yǎng)的思路；以真實(shí)問(wèn)題解決為核心組織學(xué)習(xí)活動(dòng)，突出發(fā)展問(wèn)題解決能力、創(chuàng)新能力的思路；以小組協(xié)作開(kāi)展學(xué)習(xí)活動(dòng)，突出發(fā)展協(xié)作能力、批判性思維的思路。在實(shí)際課程設(shè)計(jì)過(guò)程中，可參考各學(xué)科核心素養(yǎng)和課程標(biāo)準(zhǔn)以細(xì)化學(xué)習(xí)目標(biāo)，有所側(cè)重，但需要注意的是目標(biāo)一定要面向能力和素養(yǎng)，避免因?yàn)槟繕?biāo)過(guò)于局限而限制了學(xué)生可能取得的學(xué)習(xí)結(jié)果。此外，除了義務(wù)教育各學(xué)科課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版），一些發(fā)達(dá)國(guó)家的學(xué)科標(biāo)準(zhǔn)，尤其是工程等學(xué)科，也可以作為重要的參考。2.學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)基于既定的學(xué)習(xí)目標(biāo)，利用科學(xué)的評(píng)價(jià)手段和工具，在教學(xué)全過(guò)程對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)行為及表現(xiàn)效果進(jìn)行檢測(cè)、評(píng)估和判斷，為促進(jìn)學(xué)生更有效的學(xué)習(xí)提供支持性教學(xué)策略。這一環(huán)節(jié)包含兩個(gè)任務(wù)：一是確定可評(píng)估的學(xué)習(xí)證據(jù)，二是設(shè)計(jì)評(píng)估學(xué)習(xí)證據(jù)的評(píng)價(jià)方法。創(chuàng)客與STEAM融合教學(xué)的評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)要指向素養(yǎng)、強(qiáng)調(diào)過(guò)程，教師在設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)證據(jù)時(shí)，應(yīng)該考慮一系列連續(xù)的評(píng)價(jià)方法，從簡(jiǎn)單到復(fù)雜，從短期到長(zhǎng)期，從紙質(zhì)測(cè)試到真實(shí)情境應(yīng)用，平衡使用不同的評(píng)價(jià)方法，例如同儕評(píng)審、觀察記錄、概念圖、口頭匯報(bào)、成果展示等。3.學(xué)習(xí)活動(dòng)開(kāi)發(fā)基于“做中學(xué)”、項(xiàng)目式學(xué)習(xí)和循證學(xué)習(xí)等學(xué)習(xí)范式，將過(guò)程設(shè)計(jì)為“創(chuàng)設(shè)情境，發(fā)布主題→自主學(xué)習(xí)，構(gòu)思創(chuàng)意→引導(dǎo)探究，確定方案→設(shè)計(jì)制作，迭代優(yōu)化→分享交流，總結(jié)反思”五個(gè)環(huán)節(jié)。融入科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)、數(shù)學(xué)等多學(xué)科知識(shí)以支撐活動(dòng)有效開(kāi)展，搭建開(kāi)放共享的教學(xué)環(huán)境，為學(xué)生的活動(dòng)開(kāi)展和作品分享提供環(huán)境支持。為保持教學(xué)評(píng)一致性，教師在設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)活動(dòng)時(shí)還需要考慮引出學(xué)習(xí)證據(jù)的情境和任務(wù)類型。（三）創(chuàng)客與STEAM融合課例設(shè)計(jì)在創(chuàng)客與STEAM融合課程實(shí)施模型構(gòu)建的基礎(chǔ)上，本研究采用基于設(shè)計(jì)的研究理念，設(shè)計(jì)了“機(jī)器人走迷宮”課例（圖2）。1.課程目標(biāo)定位本課涉及工程、技術(shù)、物理、語(yǔ)文等多學(xué)科知識(shí)，基于我國(guó)的義務(wù)教育各科課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）、美國(guó)的StandardsforK-12EngineeringEducation，設(shè)計(jì)了面向核心素養(yǎng)的學(xué)習(xí)目標(biāo)（表2）。這些學(xué)習(xí)目標(biāo)既是課程起點(diǎn)，也是課程歸宿。以計(jì)算思維目標(biāo)為例，課程從該目標(biāo)出發(fā)確定學(xué)習(xí)證據(jù)，即基于左手定則分析算法等設(shè)計(jì)走迷宮游戲，課程的終點(diǎn)是培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維，因此教學(xué)是達(dá)成學(xué)習(xí)目標(biāo)的手段，而不是“為了教而教”。此外，在學(xué)習(xí)目標(biāo)之外設(shè)定了“績(jī)效目標(biāo)”（表2中的評(píng)價(jià)要點(diǎn)），既定的學(xué)習(xí)目標(biāo)演化為若干啟發(fā)性的關(guān)鍵問(wèn)題，成為學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)和教學(xué)活動(dòng)安排的根本依據(jù)，明晰學(xué)生必須知道什么、能做什么。在績(jī)效目標(biāo)的指導(dǎo)下，評(píng)價(jià)和教學(xué)更具針對(duì)性。2.學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)在學(xué)習(xí)目標(biāo)的指引下，設(shè)計(jì)最適合的評(píng)價(jià)方式，利用科學(xué)的評(píng)價(jià)手段和工具，在教學(xué)全過(guò)程對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)行為及表現(xiàn)效果進(jìn)行檢測(cè)、評(píng)估和判斷。本課從學(xué)生課堂表現(xiàn)、學(xué)習(xí)單、機(jī)器人作品等方面評(píng)估學(xué)生的目標(biāo)達(dá)成情況，為促進(jìn)學(xué)生更有效地學(xué)習(xí)提供支持性教學(xué)策略。以工程設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)為例，本課設(shè)計(jì)了多種迷宮地圖，基礎(chǔ)版走迷宮程序在復(fù)雜地圖中往往會(huì)遇到轉(zhuǎn)角卡住、原地轉(zhuǎn)圈等問(wèn)題，此時(shí)需要運(yùn)用物理知識(shí)，通過(guò)科學(xué)探究來(lái)解決，在這個(gè)過(guò)程中，學(xué)生深入理解工程設(shè)計(jì)中的迭代思維，達(dá)成以評(píng)促學(xué)的效果。3.學(xué)習(xí)活動(dòng)開(kāi)發(fā)教學(xué)內(nèi)容和活動(dòng)安排是實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)目標(biāo)的策略，整個(gè)教學(xué)過(guò)程可以看作是發(fā)現(xiàn)證據(jù)、接近目標(biāo)的過(guò)程，因此需要根據(jù)學(xué)習(xí)目標(biāo)選擇不同的教學(xué)方法。知識(shí)不能只通過(guò)教師的教授獲得，更重要的是通過(guò)巧妙設(shè)計(jì)和有效指導(dǎo)由學(xué)習(xí)者自我建構(gòu)。本課面臨的挑戰(zhàn)是如何通過(guò)設(shè)計(jì)，而非靠運(yùn)氣或天賦，使左手定則的遷移成為可能，并在遇到不同困境時(shí)能分析問(wèn)題、設(shè)計(jì)策略，使機(jī)器人順利完成走迷宮的挑戰(zhàn)。課程通過(guò)探尋走迷宮的策略，引導(dǎo)學(xué)生像專家一樣思考，以理解促成高通路遷移，并借助不同迷宮地圖情境，在不斷的調(diào)試、優(yōu)化過(guò)程中應(yīng)用多學(xué)科知識(shí)解決問(wèn)題，達(dá)成創(chuàng)新。例如轉(zhuǎn)角卡住問(wèn)題，需要綜合考慮機(jī)器人本身的大小、傳感器探測(cè)范圍等因素，將物理學(xué)科中的v（速度）=s（路程）/t（時(shí)間）遷移到機(jī)器人通過(guò)轉(zhuǎn)角的真實(shí)情境中，靈活、合理地設(shè)置參數(shù)讓機(jī)器人先直行后轉(zhuǎn)彎再直行。本課打破了教師授受為主或先講后做的僵局，融入了多種支架輔助學(xué)生探究，充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生的參與度。問(wèn)卷調(diào)查顯示，超90%的學(xué)生認(rèn)為自己對(duì)原理認(rèn)知清晰，近80%的學(xué)生認(rèn)為課程運(yùn)用的示意圖、動(dòng)畫(huà)、表格等有助于自己理解重難點(diǎn)，72%的學(xué)生認(rèn)為自己的課堂參與度較高或很高。分析學(xué)習(xí)證據(jù)發(fā)現(xiàn)，學(xué)生能夠?qū)⒆笫侄▌t、循環(huán)結(jié)構(gòu)應(yīng)用于機(jī)器人走迷宮，在面對(duì)新問(wèn)題時(shí)，協(xié)力整合多學(xué)科知識(shí)。但本課對(duì)實(shí)際編程的指導(dǎo)不足，部分學(xué)生盲目試錯(cuò)，同時(shí)也發(fā)現(xiàn)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題的能力較弱，難以快速厘清機(jī)器人為何無(wú)法走出新迷宮地圖。四、結(jié)語(yǔ)創(chuàng)客與STEAM融合是新時(shí)代教育發(fā)展訴求和內(nèi)生發(fā)展需求的產(chǎn)物，