STEM教育跨学科学习活动5EX设计模型
[摘 要] STEM 教育是以提升学生的科学精神和创新实践能力为目标，跨学科学习是STEM教育的核心特征。为了使STEM教育项目能更有效地设计与实施跨学科学习，文章提出要关注五个要点，即跨学科学习是以提升学生的科学精神和创新能力为教育目标;要让学生面对真实情境中的问题，并以寻找问题的解决办法作为学习任务，进行任务驱动的学习;要根据学习任务的具体目标，发现并整理出与问题解决相关联的不同学科知识并把这些相关学科知识进行整合;要让学生学会运用相关联学科的研究和学习方法去分析问题、解决问题;要以项目学习方式并通过多个学习环节来实现，而不是简单的一节课堂教学就能实现。文章还提出跨学科学习活动设计5EX模型，并以“家居水栽培”和“设计并制作FEG智能车”为例，对跨学科学习活动设计与实践过程进行说明。
[关键词] 跨学科学习; STEM教育; 5EX设计模型
[中图分类号] G434 [文献标志码] A
一、引 言
STEM教育在基础教育中充满着机遇与挑战[1]。《2015年地平线报告》（基础教育版）指出，未来的1～2年内STEAM教育将会成为驱动学校教育技术应用的关键要素，并在全球范围兴起与推广[2]。2016年教育部《教育信息化“十三五”规划》文件指出，有条件的地区和学校要积极探索信息技术在众创空间、跨学科学习（STEAM教育）、创客教育等新的教育模式中的应用[3]。STEM教育由此在國内外掀起一股热潮。然而，也产生一系列问题：STEM教育的目标是什么？它的核心特征是什么？如何设计STEM教育的学习活动才能体现STEM教育的核心特征？
二、跨学科学习——STEM教育的核心特征
STEM教育是一种通过整合科学（S）、技术（T）、工程（E）和数学（M）领域内容和方法进行项目学习的教育方式。STEM教育不是科学、技术、工程和数学知识的简单叠加，而是立足于生活经验和社会实践的问题，将各学科的知识和方法整合到一个解决问题过程的整体上，这种整合具有天然的跨学科性、情境性、实践性、协作性、实证性，是一种跨学科学习的范式。
张华认为，“所谓跨学科学习（Interdisciplinary Study），是基于跨学科意识，运用两种或两种以上的学科观念以及跨学科观念，解决真实问题的课程与学习取向”[4]。Wall等人认为，跨学科强调学科的“混合”，但每个学科仍保持自己的特性和课程重点，也就是说，在教学中虽然会涉及不同学科的知识，但是教师和学生能清楚地辨别知识领域，并且重点也会放在某一特定学科上[5]。Morrison等人认为，跨学科学习是为了超越单一学科的界限，STEM教育不应将重点放在某个特定学科或者过度关注学科界限，应当将重心放在特定问题上，对问题有新的、更广泛的视角和对复杂问题相互关系有更深的理解[6]。笔者曾提出，“跨学科课程整合就是环绕一个共同的主题，打破学科的界限，把不同学科不同领域的理论和方法有机融合，有目的、有计划地设计组织课程内容和教学活动，以提高学生能力、促进学生全面发展为最终目的的一种课程组织方式和课程设计理论”[7]。为了有效设计和实施跨学科学习，笔者认为，我们需要关注五个要点：
要点一：跨学科学习是以提升学生的科学精神和创新能力为教育目标。
科学精神和实践创新能力是中国学生发展核心素养的重要组成部分[8]。跨学科学习活动的设计和实施过程必须重视科学精神和实践能力的培养。
科学精神培养就是要让学生面对真实情境中的问题，学会采用理性思维方法去思考问题，学会运用不同的方法探究问题，可以通过科学实验、现场观察、社会调查等方法去寻找问题的答案。学会获取事实数据去说明问题、分析问题。鼓励学生勇于表达观点，提出不同解决问题的方案。
实践创新能力的培养就是让学生承担责任，完成具体任务，培养良好的劳动意识。让学生学会通过科学的工程规划设计、运用有效的技术制作来完成任务，掌握解决实际问题的方法。让学生通过小组的协作去解决问题，同时，鼓励学生积极提出不同的意见，让学生充分展示自己的个性化思维和想象能力。
要点二：跨学科学习是要让学生面对真实情境中的问题，并以寻找问题的解决办法作为学习任务，进行任务驱动的学习。
跨学科学习是以真实问题为导向而不是以教科书为导向。是以寻找问题的解决办法为学习任务，进行任务驱动的学习。在对真实情境问题的求解过程中，让学生主动地确认目标、寻找资源、建构路径、解决问题。学生为了获得解决问题的结果，需要以任务为导向，要善于发现和确认现象、寻求合理证据、科学地作岀解释，才能够保持跨学科学习活动的延续，获得问题解决的结果。这个过程就要充分调动学生的高级思维来解决问题，需要通过多学科交叉以及通过参与、探究、解释、实践、评价等过程去解决问题，在解决问题的过程中将会使得科学精神和创新实践能力得到发展。
要点三：跨学科学习要根据待解决问题的具体目标，发现并整理出与问题解决相关联的不同学科的知识并把这些相关学科知识进行整合。
不同真实情境中的问题，形成不同的跨学科学习的学习项目，在这些学习项目中可能包含有物理学、化学、生物学和数学知识，也可能包含有气象、天文、地理知识，也可能包含有地质学、矿物学的知识等，这些需要调动学生的高级思维去发现、分析和整理。这是一种以解决真实问题为核心的深度学习过程。
要点四：跨学科学习要让学生学会运用相关联学科的研究和学习方法去分析问题、解决问题。
科学探究方法、工程思维方法、制作实践方法以及数学分析和表达的方法是各个学科最常使用的最基本的解决问题的方法，在跨学科学习过程中不可缺少。
上一篇：算法的经验分析