一.問題的提出
1986年，美國國家科學(xué)委員會首次使用STEM一詞來描述多門STEM學(xué)科的相關(guān)政策或文件。至此，STEM教育正式開始。STEM是以科學(xué)(Science)、技術(shù)(Technology)、工程(Engineering)和數(shù)學(xué)(Mathematics)為主要課程的教育。它強調(diào)多門學(xué)科之間的相互聯(lián)結(jié)和整合，支持學(xué)生以多學(xué)科、多視角、多維度的方式認識世界并改造世界。學(xué)科知識的獲取是STEM教育的基礎(chǔ)，而能夠理解學(xué)科知識之間的內(nèi)在聯(lián)系是STEM教育的本質(zhì)。
STEM教育通常以項目驅(qū)動或問題驅(qū)動的方式開展活動，引導(dǎo)學(xué)生通過與他人合作，聯(lián)系多學(xué)科的相關(guān)知識，搜集并篩選信息，最終完成項目成果或形成問題解決方案。2006年，美國弗吉尼亞理工大學(xué)Georgette Yakman教授及其團隊在原有STEM教育的基礎(chǔ)上融入了藝術(shù)(Arts)學(xué)科，使得原有偏理工科特點的STEM教育學(xué)科更加廣泛、視野更加開闊。在培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)、技術(shù)素養(yǎng)、工程素養(yǎng)、數(shù)學(xué)素養(yǎng)的同時，也體現(xiàn)了對藝術(shù)素養(yǎng)的關(guān)注和重視。
STEAM教育發(fā)展至今，在教育平臺搭建、學(xué)習(xí)項目開展、應(yīng)用領(lǐng)域拓展以及教育產(chǎn)品研發(fā)等方面都取得了一定的業(yè)績和成果，如美國明尼蘇達大學(xué)(University of Minnesota)和麻省理工學(xué)院(Massachusetts Institute of Technology，簡稱MIT)聯(lián)合成立的STEM中心網(wǎng)站、上海長周期實證研究基地項目(STEM+國際科學(xué)教育研究)，以及隨著STEAM教育發(fā)展而不斷涌現(xiàn)出來的樂高、機器人、小牛頓等STEAM教育產(chǎn)品。此外，STEAM教育中相關(guān)模式構(gòu)建、路徑探索以及案例分析等基礎(chǔ)教育的應(yīng)用實踐方面也有所研究，但主要集中于機器人教育、3D打印以及創(chuàng)客教育等通用技術(shù)類課程，對課程整合與重構(gòu)、課程改革等學(xué)科知識內(nèi)容之間的融合類課程研究較少，而這也正是STEAM教育所關(guān)注的重點。
因此，本文立足于STEAM教育理念，嘗試提出小學(xué)課程體系重構(gòu)的原則及方法，并進一步對其在課堂上應(yīng)用的實施模式加以分析設(shè)計，以期推動我國STEAM教育發(fā)展，促進學(xué)生創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。
二.STEAM教育理念推動小學(xué)課程體系重構(gòu)的適切性分析
小學(xué)課程標準分析
自1977年高考恢復(fù)以來，我國基礎(chǔ)教育教學(xué)課程標準經(jīng)歷了從教學(xué)大綱、課程標準到新課程標準的演變和改進。其主要變化是課程目標由原來的只重視知識講授、忽視情感的培養(yǎng)和實踐的訓(xùn)練，到培養(yǎng)學(xué)生的主體意識、動手實踐能力的過渡和轉(zhuǎn)變。
近年來，在我國興起STEM教育熱潮，得到中小學(xué)校教師的不斷關(guān)注和支持。2017年2月，教育部頒布《義務(wù)教育小學(xué)科學(xué)課程標準》，明確指出STEM是一種以項目學(xué)習(xí)、問題解決為導(dǎo)向的課程組織方式，旨在以科學(xué)、技術(shù)、工程與數(shù)學(xué)四門學(xué)科的有機融合來培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力。
由此說明，我國基礎(chǔ)教育對跨學(xué)科學(xué)習(xí)的關(guān)注和重視，我國基礎(chǔ)教育課程改革應(yīng)著眼這一方向并不斷完善課程體系建設(shè)。
支持小學(xué)課程體系重構(gòu)
雖然我國的課程標準經(jīng)歷了數(shù)次調(diào)整和改革，但目前仍存在課程與目標之間、教學(xué)目標與社會需求之間的不平衡問題。這一系列問題的根源追溯到課程體系上，主要表現(xiàn)為學(xué)科本位、學(xué)科科目過多，且學(xué)科之間缺乏有效整合的情況。這種學(xué)科知識碎片化、獨立化的現(xiàn)狀導(dǎo)致學(xué)生綜合實踐能力不足、學(xué)生片面發(fā)展等情況，不利于學(xué)生創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。
與此同時，STEAM正是以“跨學(xué)科”為主要特點而不斷引起更多教育工作者的關(guān)注。它主要以完成項目或解決問題的方式帶動學(xué)生學(xué)習(xí)，使得學(xué)生在不斷探索中逐漸增強創(chuàng)新意識、形成創(chuàng)新思維并不斷養(yǎng)成創(chuàng)新能力。由于STEAM教育的諸多特點與我國現(xiàn)行課程體系之間存在著某種吻合和關(guān)聯(lián)，我們認為STEAM教育理念在某種程度上能夠緩解我國課程體系建設(shè)中存在的問題。
三、基于STEAM教育理念的小學(xué)課程體系重構(gòu)
小學(xué)課程體系重構(gòu)理論基礎(chǔ)
01.能力發(fā)展觀
無論是21世紀人才必備技能，還是核心素養(yǎng)的提出，都強調(diào)以發(fā)展學(xué)生能力為核心。阿瑪?shù)賮啞どJ為，能力是一個人所擁有的有可能實現(xiàn)的、各種可能的功能性活動組合。而功能性活動是指個體認為值得去做或能夠達到的各種事情或狀態(tài)，包括吃、穿、住、行、營養(yǎng)、健康、社交、尊嚴等。
由此可見，在學(xué)習(xí)過程中，能力是學(xué)生能夠完成項目或解決問題所應(yīng)具備的一種力量。能力的形成與培養(yǎng)是個體在學(xué)習(xí)中能夠不斷發(fā)展、不斷成長的動力源泉。以能力為導(dǎo)向的發(fā)展觀也正是本研究所倡導(dǎo)的一種教育理念。
02.跨學(xué)科教學(xué)觀
研究表明，如果把學(xué)習(xí)分割成單獨的學(xué)科，學(xué)生就不能很好地理解各學(xué)科領(lǐng)域之間是如何相互聯(lián)系的。雖然具體的一門學(xué)科知識學(xué)習(xí)很重要，但是跨學(xué)科學(xué)習(xí)可以幫助學(xué)生建立并發(fā)展高階思維能力，也可以幫助學(xué)生建立起各學(xué)科領(lǐng)域之間的聯(lián)系，從而更好地認識世界并改造世界。
跨學(xué)科教學(xué)，即是有意識地參與并整合多個學(xué)科領(lǐng)域和多種學(xué)習(xí)方法來研究某個核心問題或項目。這一點與STEAM教育理念所倡導(dǎo)的跨學(xué)科、整合性學(xué)習(xí)不謀而合，都強調(diào)在學(xué)習(xí)中涉及多門學(xué)科的參與以及多項能力的形成。
小學(xué)重構(gòu)課程體系與現(xiàn)行的異同
一般認為，課程體系指在一定的教育價值理念指導(dǎo)下，將課程各構(gòu)成要素進行排列組合，以使得其在動態(tài)過程中達成課程體系目標的系統(tǒng)。
通常，課程體系主要由課程觀、課程目標、課程內(nèi)容、課程結(jié)構(gòu)、課程活動方式以及課程評價等方面構(gòu)成。由此，本文從這些方面探討基于STEAM教育理念的小學(xué)重構(gòu)課程體系與現(xiàn)行課程體系的異同，見表1。
小學(xué)課程體系重構(gòu)流程
基于STEAM教育理念的小學(xué)課程體系重構(gòu)，即是在STEAM教育理念指導(dǎo)下，將現(xiàn)有課程重新改編成STEAM教育課程的過程。本文從反向和正向兩個方向同時出發(fā)，建構(gòu)STEAM教育課程。
反向而言，我們認為應(yīng)當從學(xué)生應(yīng)該掌握的能力出發(fā)，以真實的實踐項目或問題為途徑，分析完成項目或解決問題所需的知識體系，并形成知識模塊，將同一能力培養(yǎng)下的知識體系的所有模塊整合為一門課程。但是由于能力導(dǎo)向的課程知識體系并非完整、全面，因此考慮結(jié)合現(xiàn)有的課程結(jié)構(gòu)及其知識體系，即為正向建構(gòu)。重構(gòu)流程如圖1所示。
能力是指STEAM教育理念指導(dǎo)下學(xué)生應(yīng)當具備的能力，是課程體系重構(gòu)的起點和依據(jù)。新世紀的教育應(yīng)當是能力培養(yǎng)的教育，而不應(yīng)是以知識傳授為主的教育。知識是認識世界并改造世界的媒介和階梯，但能力是發(fā)現(xiàn)新事物、創(chuàng)造新機遇的力量和工具。按照能力所屬的活動領(lǐng)域，可將能力劃分為一般能力、特殊能力、再造能力、創(chuàng)造能力、認知能力以及元認知能力等。正如STEAM教育所重點關(guān)注的問題解決能力和創(chuàng)新能力，有關(guān)重構(gòu)課程體系的能力界定及其范圍所屬，應(yīng)當由課程體系重構(gòu)課題組的專家結(jié)合其自身經(jīng)驗以及其他教育工作者的建議，制定翔實、科學(xué)的能力體系及其標準。
項目是為了達成一定的能力標準所應(yīng)完成的各項活動的集合。此流程中所指的項目并非根據(jù)相關(guān)知識人為設(shè)計的“假”項目，而是從真實的生活生產(chǎn)中所篩選、修飾出來的“真”項目，是由課程體系重構(gòu)課題組人員與地方企業(yè)、生產(chǎn)商等一線工作單位合作，或從實際生活中，通過獲取、篩選、加工、修飾等工作，使其能夠適應(yīng)學(xué)生學(xué)習(xí)。其中，一項能力應(yīng)由多個能夠培養(yǎng)該能力的項目組成，一個項目由能夠完成該項目所需的若干活動構(gòu)成，活動由完成該活動所需的知識點構(gòu)成，若干活動及其所屬知識點連同其相應(yīng)項目一起組成一個模塊。由一項能力引導(dǎo)出的多個模塊就構(gòu)成一個課程，即是由能力導(dǎo)向的課程構(gòu)成。
活動是完成一個項目所需完成的子任務(wù)的過程或步驟。其中，活動的生成及活動間順序的安排應(yīng)當符合客觀規(guī)律和生活實際。活動中應(yīng)盡可能涉及多門學(xué)科知識的運用，引導(dǎo)學(xué)生使用多視角的方式去考慮問題并積極主動去尋求問題的答案，避免思維定式?；顒拥陌才排c任務(wù)布置要考慮到學(xué)生的學(xué)習(xí)能力、學(xué)習(xí)風(fēng)格等特征，合理安排學(xué)習(xí)任務(wù)，并給予不同的學(xué)生以不同的學(xué)習(xí)目標。
知識是完成一個活動所需的知識點及知識之間的關(guān)聯(lián)。此時的知識應(yīng)當包括完成活動相關(guān)的各學(xué)科知識，要摒棄、避免學(xué)科本位以及只考慮一門學(xué)科或?qū)⒏鏖T學(xué)科知識單獨列出的情況。對于完成活動應(yīng)當包括的知識而言，知識的范疇、難易度等標準的指定，應(yīng)當由課程體系重構(gòu)課題組人員與相關(guān)課程專家依據(jù)現(xiàn)有的課程體系聯(lián)合制定，以保證其有效性、合理性?，F(xiàn)有的小學(xué)學(xué)科主要包括語文、數(shù)學(xué)、英語、音樂、美術(shù)、科學(xué)、體育與健康、信息技術(shù)、道德與法治以及地方學(xué)校的特色課程等。通過對各學(xué)科的課程結(jié)構(gòu)、知識點分析，形成系統(tǒng)的小學(xué)知識體系庫，將其與反向建構(gòu)中由項目帶動的知識庫進行對比分析，查缺補漏，最終形成科學(xué)、系統(tǒng)、合理的小學(xué)重構(gòu)課程體系。
?模塊是課程的組成部分，主要包括項目及其相關(guān)知識。同一課程下的模塊項目，在其難易度、知識綜合度以及涉及領(lǐng)域、主題等方面都各有不同。課程學(xué)習(xí)時，可根據(jù)學(xué)生理解力、生活實際等靈活選取模塊展開學(xué)習(xí)。
重構(gòu)課程與能力存在著一一對應(yīng)關(guān)系。能力之間可能有平行或?qū)蛹墐煞N關(guān)系。因此，課程之間也可能存在這兩種關(guān)系。在實際教學(xué)中，應(yīng)根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)水平、已有能力等實際情況靈活選取課程進行學(xué)習(xí)。
現(xiàn)行課程與重構(gòu)課程之間存在著相互制約、相互促進的關(guān)系。一方面現(xiàn)行課程為重構(gòu)課程提供了系統(tǒng)的知識庫，另一方面重構(gòu)課程也能夠為現(xiàn)行課程增加一定的知識結(jié)構(gòu)，提供實際的問題素材，并改變其課程安排順序等。STEAM教育理念指導(dǎo)下的重構(gòu)課程以項目為途徑，帶動多學(xué)科知識的學(xué)習(xí)與掌握。為了適應(yīng)這種多學(xué)科交叉融合重構(gòu)課程的教學(xué)，現(xiàn)行課程中各學(xué)科知識內(nèi)容及課程結(jié)構(gòu)安排可能會存在一定的調(diào)整和變化，從而帶動整個現(xiàn)行課程體系的重構(gòu)。
重構(gòu)后的知識分類及闡釋
完成項目的過程就是知識建構(gòu)的過程。項目研究的每一關(guān)鍵步驟都涉及相關(guān)學(xué)科知識的習(xí)得與深化。這些學(xué)科知識可以是先前已經(jīng)習(xí)得的知識，也可以是將要學(xué)習(xí)的新知。
綜合運用先前習(xí)得的知識，可以幫助學(xué)生順利完成本次項目。同時，對于未來將要學(xué)習(xí)的新知，項目完成過程可以幫助學(xué)生圍繞特定項目問題的解決，建構(gòu)知識支架，甚至生成新的知識。在一次項目完成中應(yīng)當掌握哪些學(xué)科知識，以及這些學(xué)科知識是否屬于已經(jīng)掌握的舊知，應(yīng)當在課程體系重構(gòu)及課程安排中給予關(guān)注并及時調(diào)整。以此，以項目完成為途徑的STEAM學(xué)習(xí)便帶動了其他學(xué)科知識的理解與掌握，驅(qū)動其他學(xué)科的課程活動安排，充分體現(xiàn)了STEAM教育跨學(xué)科學(xué)習(xí)的思想，并帶動整個課程體系的變動與調(diào)整。
需要特別指出的是，本文中所指的STEAM課程體系重構(gòu)并非是各學(xué)科知識的簡單組合，而是在綜合運用各學(xué)科知識的基礎(chǔ)上，對各學(xué)科結(jié)構(gòu)及課程安排進行重新調(diào)整和把握，以適應(yīng)項目完成的需要，從而培養(yǎng)學(xué)生的問題解決能力和創(chuàng)新能力。
由此，基于STEAM教育理念的小學(xué)重構(gòu)課程在實施過程中，會與現(xiàn)行課程中的知識體系產(chǎn)生一定的交叉、融合等現(xiàn)象。根據(jù)現(xiàn)行課程中的預(yù)期準備與重構(gòu)課程中知識體系的交叉、融合情況，本文將其知識類型分為基礎(chǔ)型知識、應(yīng)用型知識、拓展型知識三類。
如若在現(xiàn)行課程中已經(jīng)學(xué)習(xí)，而在重構(gòu)課程中并未涉及其應(yīng)用，只是作為基礎(chǔ)知識來體現(xiàn)，此類知識便稱之為基礎(chǔ)型知識；如若在現(xiàn)行課程中已經(jīng)學(xué)習(xí)，而在重構(gòu)課程中只是簡單應(yīng)用，此類知識便稱之為應(yīng)用型知識；如若在現(xiàn)行課程中已經(jīng)學(xué)習(xí)，而在重構(gòu)課程中并非簡單應(yīng)用，是在基本應(yīng)用的基礎(chǔ)上拓寬了其應(yīng)用領(lǐng)域、應(yīng)用方式等方面，此類知識便稱之為拓展型知識。
此外，如前文所述，在項目完成過程中，學(xué)生會形成自己的知識支架，甚至生成新的知識，此類知識既不屬于現(xiàn)行課程中知識的應(yīng)用，又不屬于其知識的拓展，是學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中生成的對事物新的理解和認識，此類知識稱之為生成型知識。生成型知識是在項目完成過程中產(chǎn)生的，并不絕對屬于重構(gòu)課程體系范疇，但將對課程重構(gòu)具有一定的影響作用。
圖2即為課程及其相關(guān)知識之間的關(guān)系圖。其中，基礎(chǔ)型知識和應(yīng)用型知識屬于現(xiàn)行課程的范疇。同時，與拓展型知識一起歸屬于重構(gòu)課程的范疇。生成型知識是在項目完成過程中產(chǎn)生的，并不絕對屬于重構(gòu)課程。四者之間并不存在高級知識與低級知識之分。
知識類型的劃分意義，一方面在于從知識類型的角度闡釋了課程重構(gòu)后的結(jié)果，另一方面在于厘清現(xiàn)行課程與重構(gòu)課程之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，以便分析出重構(gòu)課程對現(xiàn)行課程帶來的影響，從而使現(xiàn)行課程的內(nèi)容結(jié)構(gòu)及其課程安排產(chǎn)生一定的變化。
四、基于STEAM教育理念的小學(xué)課程體系重構(gòu)案例
2014年以來，深圳市教育信息技術(shù)中心依托東北師范大學(xué)進行“智慧校園”案例建設(shè)。其中，寶民小學(xué)在我們所提出課程體系重構(gòu)思路的指導(dǎo)下，設(shè)計并實施了基于STEAM教育理念的小學(xué)課程體系重構(gòu)。“3D建模與打印口哨”即是其中一例(如圖3所示)。
案例介紹
該案例以動手實踐能力為主要培養(yǎng)目標，以3D建模與打印口哨項目為培養(yǎng)途徑，在項目完成過程中將涉及信息技術(shù)、音樂、科學(xué)、英語、美術(shù)、數(shù)學(xué)、語文等學(xué)科知識。依據(jù)上文中小學(xué)課程體系重構(gòu)流程，將其重構(gòu)課程體系設(shè)計如下：
在本案例中，項目驅(qū)動的重構(gòu)課程與現(xiàn)行課程之間知識的交叉、融合以及項目完成過程中所產(chǎn)生的知識類型，主要從以下幾方面來體現(xiàn)：
其一，在該項目完成之前所學(xué)習(xí)過的其他知識，如數(shù)學(xué)學(xué)科的長度單位、角的初步認識等知識，在本節(jié)課中雖未直接應(yīng)用，但在其學(xué)習(xí)過程中所獲得認知與素養(yǎng)的提高亦對項目完成有著一定的幫助和支持；
其二，在搜集資料過程中，對搜索引擎的使用是簡單的知識應(yīng)用，屬于應(yīng)用型知識；
其三，在3D建模環(huán)節(jié)中，對數(shù)學(xué)學(xué)科中位置與方向、圖形拼接等知識的應(yīng)用屬于拓展型知識應(yīng)用，因其并非是對已學(xué)知識的簡單應(yīng)用，而是在應(yīng)用的基礎(chǔ)上加入了設(shè)計的成分，融入了自己的思考和探索；其四，在3D打印環(huán)節(jié)中，涉及英文版使用說明書的學(xué)習(xí)與掌握，這在現(xiàn)行英語課程中很少涉及，因此不屬于現(xiàn)行課程所預(yù)期準備的知識范疇，而是屬于在STEAM學(xué)習(xí)過程生成的新知，即生成型知識。
案例實施效果
案例的實施在四個方面產(chǎn)生了實際效果。
01.有助于解決“盲人摸象”的問題
現(xiàn)行課程中的項目設(shè)計一般是單學(xué)科的、局部的、零散的，多數(shù)情況下學(xué)生是在單一問題情境中學(xué)習(xí)單一學(xué)科知識內(nèi)容，容易產(chǎn)生“盲人摸象”的問題。而在本研究案例中，學(xué)生是處于真實項目的復(fù)雜問題情境中，需要將不同學(xué)科知識融合以認識并解決問題。
02.促進了學(xué)生綜合能力提升
學(xué)生在作品完成過程中，能夠熟練使用網(wǎng)絡(luò)獲取有用信息，并能夠利用3D軟件設(shè)計模型，利用3D打印機完成作品打印，最終能夠用中英文兩種語言自如地講解自己作品的設(shè)計理念，支持了學(xué)生以多學(xué)科、多視角、多維度的方式認識世界并改造世界的過程。
03.有助于解決“STEAM師資”缺乏的問題
案例中所涉及的多學(xué)科內(nèi)容被分配到了相應(yīng)學(xué)科教學(xué)中，即降低了對授課教師的跨學(xué)科專業(yè)知識和技能的要求，不需要其對所涉及的所有學(xué)科專業(yè)知識和技能的熟練掌握，同時也準確定位了STEAM教師的角色，為培養(yǎng)STEAM教師提供了思路和方向。
04.有助于STEAM普及和特色人才培養(yǎng)
STEAM教育理念指導(dǎo)下的重構(gòu)案例展示的不只是學(xué)生參與機器人比賽等相關(guān)比賽的過程，而是融合多學(xué)科及其相應(yīng)教師參與，并逐漸帶動其他班級、其他年級學(xué)生學(xué)習(xí)STEAM知識的過程。STEAM教學(xué)課堂逐漸由小變大，在學(xué)校范圍內(nèi)擴展開來，使得STEAM教學(xué)由單一多學(xué)科教學(xué)的特點逐漸上升為校本特色，并逐漸影響學(xué)校中每一位學(xué)生的成長與發(fā)展。
結(jié)語
STEAM教育倡導(dǎo)跨學(xué)科教育，注重對學(xué)生創(chuàng)新能力、問題解決能力的培養(yǎng)。本文分別以能力導(dǎo)向為反向建構(gòu)依據(jù)，以現(xiàn)行課程知識體系為正向建構(gòu)依據(jù)，建構(gòu)了基于STEAM教育理念的小學(xué)課程體系重構(gòu)流程，并設(shè)計案例進行應(yīng)用實踐。
結(jié)果表明，基于STEAM教育理念的小學(xué)課程重構(gòu)，對于提升學(xué)生綜合能力、解決STEAM教師缺乏以及促進STEAM教育普及產(chǎn)生了有益的效果。課程重構(gòu)不是一朝一夕的事情，也不是某個獨立的高?；蛐W(xué)所能解決的事情，它需要多方的共同努力。此外，課程重構(gòu)也必然帶來教學(xué)方式、方法的變革和創(chuàng)新，STEAM教育理念指導(dǎo)下小學(xué)重構(gòu)課程的教學(xué)方法研究也是需要重點關(guān)注的研究主題。
