美國STEM教育的實施依據有兩個標準：一是《美國下一代科學教育標準》（NGSS），另一個是各州制定的《STEM教育標準》。NGSS中特別強調三大核心內容——核心概念、通用概念和科學與工程實踐，它們就像纏結在一起的三股繩索，呈現出相輔相成的關係。2018年3月，美國教育部又發布了11項教育優先要務，特別關注21世紀的學習技能（4C）培養。4C技能即批判性思維、創新思維、溝通能力、協作能力。美國教育對4C技能的強調，更反映了STEM教育的必要性和趨勢。我們也看到美國課程標準對課程教學和學生能力要求非常清晰——通過融合學習，提升社會性能力，讓學生在面對非常開放性的、複雜性的情境時，可以從容應對。項目學習常常由諸多「問題」組成，強調學生在一段時間內通過對真實有挑戰性的問題進行持續探究。因此特別注重學生之間的協作學習，達到對核心知識的再建構和思維遷移。通過對STEM 教育和深度學習的深層剖析，我們發現STEM 教育和課堂深度學習具有基本一致的價值導向。項目學習為學生深度學習創造了良好的條件，是學生進行深度學習的有效途徑。學生深度學習也對項目學習有效性的提升起重要作用。項目學習的實踐過程也就是深度學習活動的實現過程。兩者互為支撐，共同促進學生學習力的提升。跨學科項目學習強調跨界實踐，讓學生體驗工程設計過程，像科學家一樣做探究，像數學家一樣做測量，像工程師做設計，跨界統整，共同開發產品。近年來，美國STEM發展趨勢都在催生和加速項目學習的新發展。2016 年美國出臺《STEM 2026：STEM 教育中的創新願景》（STEM 2026：A Vision for Innovation in STEM Education）報告。報告著重強調，STEM課程設計需要創新，通過跨界實踐解決真實問題。過程比結果更重要，不迴避一些可能會「失敗」的學習活動。從理論到應用，從實踐到創新，其實也為學生未來的職業興趣找到了方向。據此可知，美國 STEM 教育不但是創新人才的重要培養模式，也是開展創新創業教育實踐的重要基礎。因此，項目學習設計要實現學生綜合性成長的需要，尤其是對創新思維的鍛鍊和引領。項目學習是否撬動了學校和教師層面的整體變革？我們從教學管理的宏觀角度，探尋美國學校項目學習實施的整體運行形態。在考察中我們發現，美國K-12階段的初中和小學STEM課程體系多由數學課、科學課以及探索性課程（如信息技術課等）組成，在此基礎上再設置部分選修課以實現各學科相融合。高中階段則開設核心課程以及更為形式多樣的選修課程。除此之外，美國的校外綜合機構，如PLTW等機構，開發了一些優秀STEM整合課程，在K-12階段廣泛實施。當然，我們看到各所學校，哪怕在同一學區的各學段學校，也有不同的STEM項目實施樣態。表1是印州Zionsville學區學校的部分STEM課程。表1 Zionsville學區學校的部分STEM課程從表1可以看出，以需求為驅動點的項目學習可以有不同的項目方向，任課老師的來源也極具靈活性。但課程的跨度和難度讓我們改變了美國基礎教育深度不夠的固有印象。結合其他學區的STEM項目學習運行情況，我們進行了粗略分類，基本概括出項目學習實施的三種校本形態。
圖1 學科類項目學習形態
普渡理工高中全體一年級、二年級學生不開展數外理化生等課程，而是以科技為核心，磚塊型課程形式為特點，圍繞12門課程項目開展教學，成就「另類」而先鋒的學科類項目學習形式。如《漫漫求水路》項目設計，以水資源為主題，通過大概念統整多個學科，協同開展相關的項目學習活動，逐步打破學科界限，融合學科知識，以真實的項目任務為驅動，讓學生在生活情境中學習、研究、探索、創新。英語學科的小說閱讀、地理學科的的能源探討、科學學科的水運輸挑戰、數學學科的用水統計、藝術學科的歌詞創作、技術和工程學科的風鈴、風車編程設計……這種跨學科項目式學習有力促進了學生學習方式的改變，讓學生成為心智自由的學習者。這是一種以STEM教練+組班老師的專兼配合的項目學習形態（見圖2）。Zionsville學區的Union Elementary School通過教練和組班教師一起實施項目學習，其中STEM教練就是班級授課教師，擔任學校STEM項目的開發與選擇，同時擔任其他教師STEM教育的培訓導師。
圖2 探索性項目學習形態
Zionsville學區初中則採用PLTW幫助開設的4個項目，列入學校課表的探索性課程，並依據項目實施時間點設置了放學後項目(America after 3PM Programs)、 周末項目(Weekend Programs)和夏令營項目(Summer Camp Programs)。學生選擇感興趣的課程，由專職教師、志願者等進行指導學習。在新澤西州MONROE學區，在四年前開始主導建設K-12工程技術教育體系。K3開始開設關於「設計思維」（Design thinking）的課程，結合進行每周1課時的編程與工程的啟蒙教育；K7分別開設編程與工程課程，一學年面向全體學生的「工程入門」每兩周5課時，並有「設計+工程」和「木工」等選修課程1-2年；高中階段開設生物醫學、醫療幹預、數字電子等工程技術類課程群，供學生選修。這是以校外社區學院等為銜接點開展多元聯動課程的一種形態（見圖3）。Warsaw學區的Washington Elementary School（Washington小學）根據學習標準選擇主題（湖和小溪、生物工程、綠色能源）的內容，在K-6年級全覆蓋開展。圖3 主題類項目學習形態
我們在Warsaw學區Washington小學看到了櫻桃溪水質監測的課例。本項目學習營造了學生喜歡的活動氛圍，強調規則意識是小組合作目標達成的先決條件。教師非常在意學生在學習活動中合作與溝通的經歷，關注學生傾聽、分享、問題解決的意識與能力，將通常忽略的社會性成長也納入學習評價，以促進學生的深度學習與社會性成長。Warsaw學區的相關小學，通過學習進階逐步遞增學習側重點和難易程度，從而將各年級課程串成一條線，學習周期長、主題研究較深入，易於培訓學生的核心素養。多方聯動也為STEM教學提供師資的保障。多學科融合，其核心即「融通」與「應用」。從以上三種形態可以發現，項目學習是美國學校開展STEM教育活動的常態，只是以不同的形式在學校教育教學中發生。從學生全面、協調的角度出發開展項目學習，以現實問題的研究和解決為載體，通過學科課程作為依託，形成整合的研究方法與思維模式，讓學生在創物中體驗獲得感。
一個完整的跨學科項目設計一般包含學習目標、驅動問題、實踐支架和學習評價等。在美國課堂，我們發現項目學習在課堂中的實施形態不是模板化的，他們沒有標準化的設計，更多是基於標準在策略上進行指引。在考察中，我們對跨學科項目學習的任務設計、問題驅動和應用評估印象深刻，也試圖從這三個微觀角度來解析項目設計和實施特點。項目設計具有跨學科屬性，因此在任務設計當中，包括任務目標分析、學科目標、跨學科知識分析以及學習者分析，目的在於明晰教學任務、學科間的關聯和了解學習者特徵。
挑戰性任務都根植於一個體驗性和現實性的問題。以現實問題為核心，將學生學習內容的概念、應用與新問題及先前知識聯繫起來，促進有意義的知識建構。任務設計關鍵在於是否識別生活中真實存在的挑戰，引導學生通過項目設計和學科知識來解決現實情境中的社會、經濟和環境的問題（見表2）。跨學科項目設計在注重學科橫切之外，也要在適合各階段學生認知水平的基礎上促使學生素養連貫發展的縱向整合。如「骨骼系統」這一主題（見表3），在不同階段的學習進程中不斷拓展和深入對骨骼系統這一學科核心概念的理解和目標設計。這種縱向整合實質上是對核心概念理解的逐級深入和持續發展，可以系統地幫助學生學習核心概念的內涵，最終為學生比較全面、系統而深入地理解核心概念打下紮實的基礎。表3 「骨骼系統」學科概念進階
課堂以學生為中心，把控制權交還給學生，讓學生自己去經歷學習，掌握方法。教學空間的開放、學習的場地更是可以因為任務的不同而有更多的選擇。如華沙學區華盛頓小學開展生物的學習，學習場地就移到學校的小院子和操場上。學校特別在院子裡安置了蝴蝶的生活空間，學生可以近距離觀察到蝴蝶的一生。學校還做了蜂箱，供學生學習蜜蜂的築巢、採蜜活動。立體開放的學習方式和空間讓教師「站在學生身後」，這也是美國課堂「教與學」價值取向的體現。美國STEM課堂中，提問和討論是使用最普遍的兩種問題紐帶教學策略。在新澤西州西溫莎平原北高中看到一節生物課——閱讀X光片並就骨骼系統得出問題。骨骼的結構對它們的功能有什麼影響？生活方式的選擇如何影響骨骼系統的內部工作？教師貼近學生生活的驅動問題能夠激發學生的學習興趣，讓學生通過思考討論交流與合作等方式完成任務提高綜合能力（見表4）。
表4 學生關於人體骨骼的X光片提問
圖4 工程設計流程圖
項目學習的關鍵在於應用，可以是有形物化作品，也可以是無形的機制方法。但都是需要呈現並公開展示。通過作品的製作，學生可重構他們的理解，在作品的形成過程中，體驗問題解決的成就感和把創意變成現實的喜悅。在新州WWP Community Middle School，採用UbD的教學理念進行項目設計。從「教學設計」走向「學習設計」，採用逆向設計，改變了提出問題、實踐操作、評價交流的傳統模式。在「以終為始」理念的指引下，實現「教-學-評」一體化，為學生真正理解和運用知識、達成問題解決能力和創造力的培養目標提供了載體，也為教師切實開展STEM教育提供了有效支持，助力實現STEM教育效果的優化。隨著美國《NGSS》的頒布與實施，圍繞「大概念」單元設計，開展跨學科項目學習成為現在STEM各領域融合的重要方法。新澤西州西溫莎平原北高中生物課《物種大滅絕》這節課從新州生物課設置的內容來看，屬於「自然選擇」這一學習主題。任務設計內容聯繫單元主體，通過研究物種滅絕的時間、速度、導致滅絕的原因、位置、環境因素、受影響的物種來體會環境條件對物種滅絕（或變化）的影響。它既是一個獨立的學習環節，又為整個單元學習目標的達成做好準備。
美國現階段還沒有一個系統完善的STEM教育評價體系，但卻可以通過對綜合評價來間接反映K-12階段STEM項目學習的成果。如在《曼妥思和可樂》這個課例中，可以看到學習活動的綜合評價設計。根據學習目標，以有何證據來進行表現性評價的設計，說明學生獲得、理解和遷移的學習成果。 相應階段評價緊密相連，環環相扣，形成了有機的整體。跨學科項目學習是一項系統性工程，在具體的實施路徑上，我們發現美國 STEM教師在教學設計、教學資源、教學評價以及專業發展等方面都採取了卓有成效的措施，美國 STEM 教育的實施機制可以為我國STEM教育實施提供一些有益啟示與參考。學生的學習一定是與項目的完成同時進行的。美國 STEM 教育主要突出課程整合，而如今我國中小學的課程仍主要以單學科課程為主。學科課程項目化迭代和內生性統整關鍵在於要以標準為引領，理順學生學習邏輯，進一步整合各學科課程，其中有注重三個「真」：一是真標準，尤其要在工程學科相應的課程標準建立，科學、數學和技術標準體現課程融合，真正達成以學段能力為目標的融合標準。二是真需求，鼓勵學生參與，發揮學生作用，基於學生視角深化項目學習設計。三是真聚焦，聚焦真實的問題和學習過程，不斷完善迭代，逐步實現橫向、縱向上有機整合。在項目學習環境中，有效利用支架支持開放性學習從而促進學生的深度學習變得日益普遍。實施樣態可以不同，但背後卻是趨同的框架支持。一是搭建情境支架，包括師生互動、學習材料的使用、問題驅動、工作輔助、項目模板、學習技術等，控制學習節點，使其不易偏離問題或目標；二是完善工具支架，確保工具和資源能夠支持學生完成項目任務；三是完善評價支架，運動多種方式開展持續性評價，促進小組合作學習和任務達成。進行相關技能評比，用高階學習帶動低階學習，真正實現「有意義學習」和「社會化成長」。
學校是目前開展STEM教育的主陣地，但是由於受到課時數量、場地空間、教材教具、師資配備等軟硬體的很大制約，校外資源的支持就顯得尤為重要。一是促使多樣化的社區參與，建立聯動機制，將中小學與高校、科研院所、博物館、科技館、企業、科創公司等有效整合，從而開展高效的合作；二是確保持續性的社區願景，政府層面要擔負起社會責任，打造相應的牽頭企業；三是構建可操作的運行機制，明細工作邊界，爭取家庭和社區對STEM學習的理解與支持，通過社會資源課程化和課程資源社會化「多輪驅動」打造良好的社區STEM生態系統。
從目前國內學校STEM課程體系建設情況來看，STEM項目設計主要還是以模塊的形式存在。從「模塊化」到「課程化」的進階要堅持創新導向，從單學科的滲透STEM教育、多學科整合的滲透STEM教育、學生自主的STEM教育三個層次推進。
另外，課程化也必然會受到教師學術背景的影響，因此要重視 STEM 師資培育，促進STEM教師專業發展，特別是工程類教師的職前教育、招聘和培養。實施多項機制保障STEM師資隊伍的質量，完善優秀師資的培育機制、多元經費支持機制、行政支持機制。
當然，此行所能經歷的美國STEM課堂不多，對美國STEM教育項目設計也是一孔之見，我們無意從中作出武斷的結論，但我們從這些課堂中得到很大啟示，項目學習或者STEM教育也就是在這點滴的啟示和實踐中不斷進步。期待更多有識之士關注STEM教育，支持和推進STEM教育事業的發展。
文章來源：浙江教研微信號
微信編輯：李中華
監 制：朱 哲