源于美国的STEAM教育成为国家竞争力有效助推者

STEAM教育，这个源起于美国的教学模式，涵盖了综合科学（Science）、技术（Technology）、工程（Engineering）、艺术（Art）、数学（Mathematics）等学科知识，于 20 世纪 80 年代兴起，至今已遍布全美，在中小学阶段广泛实施，为学生提供严格的STEAM课程、超时的STEAM教学、丰富的STEAM教育资源以及优秀的STEAM教师等。美国自实施STEAM教育以来，已在国民素质、就业、国家经济实力、创新等方面有显著提升，成为美国国家竞争力的助推者。

尽管人们对STEAM教育的内涵至今尚未达成共识，但“学科整合”已成为其标志性特点之一。美国的联邦和州政府层面已越来越强调STEAM学科间的紧密联系。联邦政府层面，《下一代科学标准》（Next Generation Science Standards）探索了工程在科学教育中的角色；州政府层面，科罗拉多州、伊利诺斯州、印第安纳州、马萨诸塞州、明尼苏达州、内布拉斯加州、纽约州、俄勒冈州、田纳西州、德克萨斯州、佛蒙特州和华盛顿州等 12 个州已经将工程引入到本州的科学教育标准中。

近几年，随着STEAM教育在国家政策层面不断地被推动下，越来来多的企业进入这个行业百花齐放，核心内容产品五花八门。其实我国素质教育有一定的基础，学科建设比较完备，STEAM教育的核心要素不只是教学内容的创新，教学方法的创新以及教学理念的转变对我们国家的教育体制改革有一定的挑战，本文依照美国STEAM教育为蓝本，深挖美国STEAM教育方法论，从核心的教学设计以及课程设计层面，总结美国STEAM教育行业通用的教学方法，供我们的STEAM教育机构以及老师，教研人员参考：

一、PBL项目制教学方法论

一个典型的STEAM课堂往往在包含多门学科的复杂情境中强调学生的设计能力与问题解决能力。教学过程中，教师首先提出一个工程问题，随后学生以小组为单位展开讨论与研究。在研究过程中，学生需要寻找合适的技术、分析数据，并设计、测试和改进解决方案，与同伴交流研究成果。因此，STEAM 教育常采用问题解决驱动的、行动导向的教学方法。基于项目的学习（Project-Based Learning，以下简称STEAMPBL）和基于问题的学习（Problem-based Learning）是美国中小学最为常用的两种教学方法。

两种教学都起始于一个开放的问题或项目，学生通过分工合作、收集资料和分析数据来解决问题。同时，两种教学都鼓励与校外STEAM相关领域的专家或机构进行合作，从而把学生和STEAM职业联系起来，扩展视野并提高兴趣。基于项目的学习通常让学生运用数学或科学原理和方法，设计一个方案或制作某个产品作为学习成果。一个项目的实施往往需要数周时间，并且常和当地（学校或社区）的需求或亟待解决的问题紧密相连。与一般的基于项目学习略微不同的是，steam PBL 既强调工程的价值，又保证学生数学和（或）科学相关知识的学习，并在过程中让学生体会学科之间的关系。

二、VTS(visual thinking strategy)

视觉化思维教学方法

美国STEM教育向STEAM教育的演变，因为美国中小学教育从来没有忽视艺术对于其他学科学习的促进作用的教学实验。尽管STEM可以培养技术型人才，但若是缺少了Art，将无法保持创新创造能力。

目前，在欧美的一些中小学的艺术课上，正在推行一种教学方式叫作VTS(visual thinking strategy)，即视觉化思维策略。在美国有42个州都把VTS引入了日常教学，很多名校如斯坦福大学和哈佛大学也都将这种策略引入了教学！

VTS通过对艺术作品分析的方式来教授艺术。也就是说，看艺术作品时不仅仅是看，而是学会细致的观察和深入的分析。老师在课堂上也不灌输知识，只是指导学生学会观察，表达，倾听和交流，互相提升，从而自主形成自己的观点。

通过VTS，不仅能够有效提升学生的艺术鉴赏力，更重要的是学生能够学到新的思维方式，锻炼认知能力。接受VTS教育方法的儿童，对视觉图像的理解力更高，数学和阅读能力都更强，在社交能力方面也表现出优势。

学用VTS，首先要学会问学生这三个小问题

老师首先可以有选择地带学生去参观一些美术馆和艺术展；看各种风格类型的绘画雕塑作品。在欣赏的同时，问孩子以下三个问题：

1. What’s going on in this picture? 画里面发生了什么？

2. What do you see? What makes you say that? 你看到什么？是什么让你产生这样的联想？

3. What more can we find? 你还能在画中找到什么？

然后，再借助思维导图，帮助归纳分析，锻炼思维

在VTS课堂上，分析一副艺术作品时，学生还会进行分组讨论，并且以组为单位完成老师给的任务。这个任务可能是分析作品，也可能是小组共同完成自己的作品。学生需要互相启发和讨论，来形成自己的观点，并找到支撑的论据。

在教室里，就算没有小伙伴可以讨论，老师也可以用一些辅助工具来帮助孩子归纳分析，加强思维的训练。

比如国外非常经典的思维导图：I see, I wonder, I think

三、建构式教学方法

“建构式教学法”在不同的领域中有不同的意义。从教育领域的观点来诠释，它强调知识获取的组成。而要成就知识获取，首先必须确切明白学习内容的中心意旨，进而可以随心应用我们先前已获得的知识和经验。在以“建构式教学法”为本的学习环境中，学生并不是被动的“接受者”，一直接受老师传授的知识，并不断以反复背诵和记忆来获取新的知识；而是积极地采取“行动者”的态度，主动用思考来联结旧知识并解决问题。

杜威的“从做中学”即是建构式教学法的中心思维，这种教学形式的教学内容是以“解决问题”为本。但老师们必须认清，“从做中学”并不等于放手让学生掌控一切，相反，老师必须时时注意学生的学习进度与接受度，有技巧地用案例、模拟情境、实际应用等灵活思维的方式，来引导学生用逐步推演、逻辑整合等与解决问题相关的研究能力来学习。

“建构式教学法”的特质如下：

（1）教学内容和方法以学习者为中心。

（2）强调学习者先前的学习经验和知识。

（3）知识的获取必须经过学习者主动学习的过程。

（4）老师扮演着辅助、引导的角色。

（5）多方鼓励学习者运用深层思考来解决问题。

（6）正视知识的不同层面，多方面地检视问题。

在这里要申明一点，“建构式教学法”意指老师鼓励学生自发地探索知识的本质，而不是不经思考、全盘接受教授的内容。所以，老师在设计教材、活动时，会积极考量学生的家庭文化（甚至宗教背景）、学生可能已经具备的学习经验以及先前获取的知识。建构式教学法强调知识的获取以理解为目标，所以，使用的教学策略尽可能摒弃传统的“老师讲、学生听”“老师写黑板、学生低头抄”的制式化教学，转变成多样化、设计以解决问题为本、适合学生的活动。

四、5C教学方法

“5C”模式基于STEAM教育理念 , 通过完成真实的生活任务 , 整合科学、技术、工程和数学各学科内容 ,实现教师从讲授知识到引导帮助学生解决问题的转变。

( 1)Curriculum（课程）—跨学科的STEAM课程，整合并融汇数学、科学和工程技术等学科知识，通过课程活动激发学习动机，引发学生学习的好奇心。

（2）Concept（概念）—学生通过课程的实践，建构与STEAM有关的知识概念，进一步强化学生对于STEAM 的理解和掌握。

（3）Create（创作）—学生利用所获取的知识，发挥潜能，通过活动展现无限创意，启发创新思维。

（4）Construct（建构）—学生通过实践活动，将知识和创意应用于“做中学”的作品中，检验完成的作品和学习成果，思考解决问题的方法，可增进逻辑思维和解决问题的能力。

（5）Continue（延续）—通过实践活动，学生可以评估作品的成效，探究改良的方法，持续对 STEAM的学习。

“5C”模式是以任务解决为核心的STEAM教育模式，进行不同学科的整合和融汇，让学生以小组为单位，通过查阅文献、设计模型、检验修正等步骤解决问题，应用数学、科学、技术和工程等多个学科的知识与技能，加深学生对相关概念的理解和掌握，拓宽了解决问题的思路，有助于培养学生团队合作和问题解决的能力，具有STEAM教育的跨学科、趣味性、体验性、情境性、协作性、设计性、艺术性、实证性等特点，使兴趣爱好、专长、经验各不相同的学生都能获得.

五、5E探究式教学方法

5E 教学模式是一种基于建构主义的探究式教学模式。该模式由美国的生物学课程研究会（Biological Sciences Curriculum Study，BSCS）在 Atkin-Karplus 学习环的基础上提出，包含参与（Engage）、探究（Explore）、解释（Explain）、精致（Elaborate）和评价（Evaluate）五个环节

1、参与：又称“引入”，是学生对STEAM情境的初体验环节。课前，steam 教师了解学生对于新学任务的前概念；课中，教师将学生引入STEAM项目所创设的情境中，并以问题为导向，将STEAM课程内容置于有意义的活动、生活实例中，促使学生思考并引发新旧概念的认知冲突，进而激发学习兴趣和探究意识。该环节可以通过观看视频、头脑风暴、实地考察等活动进行。

2、探究：是 5E 教学模式的中心环节。探究就是问题解决的过程，需要学生敢于提出质疑并逐步激发探究思维，构建对新概念的认知。学生是探究活动的主体，采取自主、合作探究的方式参与，通过观察描述、比较分类、交流讨论等形式建立事物之间的联系；教师是探究活动的主导，运用STEAM知识进行启发式教学，对学生给予个性化指导，并提供“支架式”支持。此阶段是引发STEAM创新思维的开端，注重培养学生的高阶思维能力和动手实践能力，以促进其知识经验的建构和技能技巧的掌握。

3、解释：是STEAM新概念的生成环节。解释即揭示探究的意义，学生完成探究后通过师生答疑、演讲辩论、虚拟演示等方式展示方案——由于探究问题具有开放性，故所得方案也将具有多样性。教师通过播放视频、多媒体虚拟演示、提示讨论等方式对方案进行解释或补充，在阐释概念时注重强调学科之间的整合，以培养学生的跨学科素养、问题解决能力和创新能力。

4、精致：是对新概念的迁移运用。steam 教师启发学生利用新概念解决具有关联性的新问题或新现象，并给予适当的思考时间和空间，引导学生通过参与讨论、协作交流进行总结归纳——这是一个对新概念不断精致化的过程，能促进STEAM跨学科知识的迁移运用。此后，教师再行安排探究任务，引导学生不断内化新知识，并培养团队协作、问题探究和科学创新的能力，不断提升STEAM综合素养。

5、评价：贯穿于整个教学过程。steam 教育的评价具有多样化特征，不仅包括学生学习反馈、探究积极性等课堂评价，还包括教师评价、学生自评与互评。此阶段也可由师生共同开发steam 课程评估标准，以增强学生的参与意识。此外，还可以结合大数据、云计算等智能化的学习分析技术，来获得个性化、全方位的监测信息。评价的方法除了过程性评价和总结性评价，还应关注发展性评价，其中学生的科学精神、创新能力和合作能力应是重点考核指标。

六、TPACK教学方法

TPACK是Technological Pedagogical Content Knowledge的缩写，即整合技术的学科教学知识，是美国学者科勒(Koehler)和米什拉(Mishra)于 2005 年在舒尔曼(Shulman)提出的学科教学知识PCK)的基础上提出的。TPACK视角优化STEM教育课程与实践活动，美国中小学构建了基于TPACK的STEM教育优化设计模式：建立开放共享的跨学科融合优质STEM课程体系及资源，基于设计型学习促进师生参与STEM实践，基于“真实问题解决—项目探究设计”为中心的教法持续优化，基于TPACK要素引进次序优化STEM设计。

为了提升STEM教育教学质量，教师需要特定的PCK支持STEM教育(PCK-STEM)，可将其定义为用于实现STEM教育所需具备的教学知识。同样的，STEM教育中涉及多元化的信息技术和工程技术(TK)，TPACK作为一种重视技术在学科教学整合的理论框架，可以作为STEM教育融入日常学科教育教学的一种具体实现方式。因此，教师设计STEM教学活动的素养也可看作是一种TPACK。本研究界定的“TPACK-STEM教育”是教师需要根据学生的特征与需求、现有的STEM硬件设置与技术环境、学校文化与体制、STEM相关学科的内容等实际因素来调整或完善其自身的整合技术的学科教学法知识，以达到最优化的STEM教学效果。从TPACK理论框架来看，当前STEM教育实践中过分推崇的3D打印、电路板等，属于TK的内涵，只是七个成分之一。为了避免STEM教育的过度强调技术导向，促进STEM教育的科学和持续发展，TPACK理论框架在肯定技术重要性的同时，从本质上注重STEM教育实践的过程思维、工程思维、探究思维的培养等，实现对探索性、研究性、参与性学习，设计型学习、案例教学、问题为中心等教学方法在STEM教育训练和学习过程的综合应用。

七、探索式学习(HIBL) — 交互式“玩与学”

探究式学习或称Hands-on Inquiry Based Learning(HIBL)，是指从学科领域或现实生活中选择和确立主题，在教学中创设类似于学术研究的情境，学生通过动手做、做中学主动地发现问题、实验、操作、调查、收集与处理信息、表达与交流等探索活动，获得知识，培养能力，发展情感与态度，特别是发展探索精神与创新能力。它倡导学生的主动参与。探究式学习是一种积极的学习过程，主要指的是学生在科学课中自己探索问题的学习方式。

美国硅谷课堂STEAM探究式-交互“玩与学”通过游戏式互动实验探索并收获知识，唤醒好奇心，由被动学习转向主动学习。美国中小学原汁原味的课程场景基本上都是来源于生活，动手制作的材料也是来源于生活中的一些物料，美国老师往往通过游戏化互动动手实验就把一堂STEAM课程完成了，学生主动参与，效果非常好。

教学设计基于深度清净游戏化设计步骤

导入环节——应用动画故事：让学生通过一段两三分钟的动画视频，沉浸到某个角色中，成为例如“科学怪人的研究助理”的角色，获得任务目标，并准备开始动手环节。每个课程之间，也是通过游戏化的关卡、主题相互联结。

讲授环节——视频 搭建卡：根据故事中的任务，配合教学硬件开始搭建和组装，观看高清的搭建视频，开始搭建。在具体的搭建过程中，还有如乐高说明书一样的搭建卡，卡片上清晰的标注了每一步所用的组件、搭建方式，方便查询和理解。产品还配有答疑按钮，对于不懂的地方，学生也可以求助值班的咨询老师解答。

拓展环节——知识点讲解和启发：在跟着讲解和演示完成了“任务”后，想象力丰富的孩子们常常不满足于单一任务的尝试，因而轻近硬件还加入了“拓展玩法”环节，鼓励学生利用作品进行“再创作”。同时，一些自然科学的知识点也在这个过程得到了讲解。

结课与分享环节——对完成任务、发挥了创造力的孩子，轻近机器人也提供平台，让学生们把自己的作品上传到社区共享，也为每个人建立了一个“画册”，翻阅画册的过程，也是一个温习此前学习硬件人知识的过程。

八、WebQuest教学模式

WebQuest模式 ，源于1995年由美国圣地亚哥州立大学教育技术系伯尼·道格（Bernie.Dodge）和汤姆·马奇（Tom.March）创立的 WebQuest课程，一种双边互动的教学、学习模式，是网络环境下的探究性学习，以问题研究和解决为中心，学生在教师提供的网络资源和指导下，基于网络进行调查和自主探究，在探究性学习过程中提高分析问题和解决问题的能力。它的目的不是收集信息，而是使用信息，并帮助学习者分析、综合和评价。严格意义上的WebQuest包括引言（Introduction）、任务（Task）、过程（Process）、资源（Resources）、评估（Evaluation）、结论（Conclusion）六要素，此外还可以有诸如小组活动、角色扮演等非关键属性。

WebQuest的主导思想是教师先创设某个特定情境，将学生引入其中，然后向学生提出某个具体任务，要求其独立或协作完成。在完成任务的过程中，将网络探究作为主要的信息来源和制定解决方案的依据。

WebQuest模式设计

1、引言：以动画创设情境，易入主题

在WebQuest引言中，教师可以创设一个假象情境，也可以创设一个实际情境，但是提出的探究主题必须是基于现实生活的问题，具有探究的可能并能引起学习者兴趣的。其实，WebQuest主题选择是一个耗时并具有挑战性的工作，并非所有的课程内容都适合运用WebQuest来学习，因此，所选主题一定要恰当。

2、任务：由简到繁，符合学生认知规律

与一般网络教学相比，WebQuest提供的任务是一个切实可行、易于实现且具有吸引力的任务。探究主题是教师经过精心设计而来的，在进行WebQuest任务设计时，这些主题并不仅仅是让学生通过网络来查找问题答案，更重要的是，要求学生通过查找资料并进行整理分析，作出决策和判断，从而解决实际问题。如果教师所设置的任务过于简单没有挑战性，学生往往会陷入一种被动机械式的信息搜索过程，而无法发挥学生的自主学习能力。

3、活动：注重教师对活动过程的有效引导

新课程标准要求教师是学生的合作学习者、学习引导者、学习活动支持者与帮助者。因此在WebQuest的过程设计中，要体现教师的主导作用。其实，教师提供的活动流程本身就是为学生提供了一个“脚手架”，以引导学生一步一步完成任务。

在学生进行探究活动的过程中，教师依据各组不同情况对学习给予相应的策略建议。

(1)在小组合作学习技术中，课前教师根据学生不同操作基础采用自愿和教师调整相结合的原则，组成异质小组，以便于小组进行合作学习。在学习过程中，教师还指导小组进行合作学习，强调学习方法及过程。此外，教师在学习网站中为不同层次的学生提供了不同支架，有基础的学生可以利用“快速通道”简单浏览本章知识要点，有困难的学生可以利用Flash动画的详细讲解进行学习。

(2)在分配角色、确定主题过程中，教师在网站上提供了四个角色供选择，并为每个角色提供了探究的参考主题，在学生进行选择的时候提供一些帮助和建议。

(3)在搜索信息、下载资料的过程中，教师提供了参考网站和搜索引擎使用信息。

(4)教师对学生展示的作品进行评价和引导。

4、资源：多视角的丰富资源提供方式

资源提供是WebQuest区别其他网络学习活动的一个特点。WebQuest注重学生对信息的有效利用，而不是简单搜索信息。

5、评价：结合实际，制定自评和互评措施

设计者设计提供了供自评和小组互评的“评价量规”，使学习具有针对性，有效保障了学习效果。

(1)从展示者的角度评价（自评）：①我是否学会并应用了“对齐与分布”、“超级链接”、“动作按钮”、“预设动画”、“幻灯片切换”等技术？②我的演示文稿是不是只进行了简单的复制、粘贴，文字经过整理了吗？加入自己的思考了吗？③我的演示文稿排版美观吗？能做到图文并茂吗？④我的作品亮点在哪里？⑤制作过程中我遇到了哪些困难？有什么好的技巧向大家介绍？

(2)从观众的角度评价（互评）：①演示文稿要有整体感、排版合理、有新意。②所学PowerPoint技术运用正确。③主题突出，内容直观、图文搭配得当;色彩搭配合理。④作品内容与形式有自己的思考与创新。⑤展示自然、流畅，有感染力。

虽然教师所设计制定的评价材料不是严格意义上的量规，但具有问题引导的独特创意，起到了帮促学习的良好评估效果。

6、结论：行动 反思 学习

结论是形成学习观点，并促进反思的重要阶段。在这个阶段，教师对学生学习作品展示中发现的典型问题进行集中讲解，巩固所学知识，引导和鼓励学生反思自己的制作过程，总结经验教训。各个小组在课后经过进一步的修改，重新上传自己组的作品。