STEM项目中分层课程模型的教学研究

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　　教学现场
　　近期的教研活动中，有关STEM项目中的教学方式成为一线教师热议的焦点：教学是该沿袭综合实践课的教学形式，还是改良版的科学课、信息技术课？经过课堂教学实践后可以发现，STEM项目的综合教学范式具有特殊的多维教学结构属性，既不同于传统的学科教学，又承载着多学科融合的使命。那么究竟怎样的教学形式更为合理呢？值得一线教师深究。
　　问题分析
　　分层课程模型是多学科中较为常见的教学组织形式，教师关注学生个性化的特征，采用具有梯度的形式来构建整体认知框架。其在具体的STEM项目教学过程中，具有一定的适用性。
　　分层课程模型的理论界定与研究现状
　　近年来在美国基础教育领域，分层课程日渐盛行。分层课程（Layered Curriculum）是由美国教育心理学家朗K.F.利（Kaithie F. Nunley）教授及其同事主持开发的教学模型。它是一种以学生为中心的差异性教学模型，展现了以学生为中心、关注学生个体差异的基于脑的教育理念及实践模型。它关注学生的学习倾向差异（difference of learning preference），关注学生个性，关注以学生为中心的积极的课堂学习环境的构建。[1]
　　分层课程模型的主要特点是，把某一单元的课程内容设计成C、B、A三个思维要求不断上升的层级，并在每个层级中设计各种类型的任务，让学生进行自由的组合选择。[2]分层课程的优势在于课堂教学的内容是个性化的，学习过程采用分层性的方案，学习伙伴自主选择，评价过程因人而异，每个学生可以在不同的层级上持续他们的学习经历，为个体学习者的发展提供助力。
　　当前STEM课程的现状与存在的问题
　　STEM课程包括四方面的内容：一是科学素养，即运用科学知识（如物理、化学、生物科学和地球空间科学）理解自然界并参与影响自然界的过程，利用科学常识进行改造世界的活动;二是技术素养，即使用、管理、理解和评价技术的能力，在尊重自然规律的基础上改造世界，实现对自然界的控制和利用，解决社会发展过程中遇到的难题;三是工程素养，即对技术工程设计与开发过程的理解;四是数学素养，即学生发现、表达、解释和解决多种情境下的数学问题的能力。由此可见，生活中发生的大多数问题需要应用多种学科的知识来共同解决，STEM项目课程的实践应用层面具有较高的要求，有别于传统的分科教学，因此教学模式需要有更新的形式。
　　分层课程模块具有弹性的内容构建形式，适于STEM项目课程的实践。“因能分层，因志分类，因趣分群”的套餐式课程设置形式，可以满足学生知识技能水平差异、理想志向差异、兴趣爱好差异的个性化需求。由于是按学生的个性发展心理因素标准划分的，所以，该课程是以学生需求为中心的课程，属于学习者中心课程。该课程以学程化和模块化组合的方式实施教学，学生能自由选择课程学习，实现志、趣、能的协同发展。
　　分层课程模型的教学策略
　　策略一：任务菜单因能分层
　　分层课程模型的策略之一是相对于传统的教师主导型认知任务，分层课程模型的任务菜单应依据具体学情来确定。在STEM项目中，学生的已有知识经验和知识层次不同，其对认知的期望值和达成度也有所不同，在确定任务菜单时，应根据学生的能力和经验来确定目标。对于整体建模能力较强的学生，任务菜单侧重思维训练;对于逻辑思维能力较强的学生，任务菜单侧重实践技能提升。
　　（1）原设计
　　《节能风扇》是STEM项目的经典内容之一，该课的课时一般为2课时，教学目标为学生在课时允许的范围内，利用工具搭建风扇，结合智能软件平台编写程序，控制舵机的转速，设定人体红外传感器的感应度，最终搭建节能风扇。在传统教学中，该课的任务菜单为：①搭建智能风扇的主体结构;②组建智能风扇的其他附件;③编写控制传感器的程序;④调制实验脚本等。
　　在以上的过程中，教学目标较为清晰，单从文本上看没有缺憾，但是在实际的授课过程中，出现了达成率不理想的情况：有的学生对脚本编写较为熟悉，却无法顺利完成智能风扇的搭建;有的学生能够搭建机械结构，但是程序编写部分耗时较长，难以为继。
　　（2）思考焦点
　　对于传统的任务目标，沿袭整体的教学目标制订的学生细则，并未考虑到学生个性化的要求，所以在授课中出现了学生无所适从的情况。从学习结果来说，有的学生目标指向为空间建模，有的为计算思维，有的为问题求解。为了满足不同学生的要求，需要在教学之初制订分层的任务菜单，供学生进行自主选择。
　　（3）改进型设计
　　在基于分层课程模型的教学中，首先根据具体的学情制订任务菜单，任务菜单应由师生共同完成，根据其能力测评情况，做出合理的选择。例如《节能风扇》一课，教学建议如下：
　　教师依据前期学习情况，给出选择菜单，学生根据自身的要求，提出任务菜单的选择方案。
　　A组：要求1→具有较强的空间建构能力，能够在短时间内完成积木搭建;要求2→熟悉人体红外传感器的参数设置，可在较短时间内编写脚本。任务菜单：完成散件的积木搭建，构建完成的程序脚本。
　　B组：要求1→具有较强的空间建构能力，能够在短时间内完成积木搭建;要求2→尚未接触过人体红外传感器及相关脚本，需要一定时间编写脚本。任务菜单：完成散件的积木搭建，完成半成品的脚本的编写。
　　C组：要求1→空间建构能力较弱，不能够在短时间内完成全部的积木搭建;要求2→熟悉人体红外传感器的参数设置，可在较短时间内编写脚本。任务菜单：构建完成的程序脚本，完成半散件的传感器拼搭。
　　D组：要求1→空间建构能力较弱，不能在短时间内完成积木搭建;要求2→未接触过人体红外传感器，不熟悉相关脚本编写。任务菜单：协同其他组进行类同性学习，重点训练基础模块的搭建。
　　教学评析：通过以上的分层任务，将学生的学习目标进行了针对性的分类，帮助学生更好地找到自身的发展点和任務目标。在学习过程中，学生始终处于最近发展区的思维状态中，教师鼓励学生更好地找准自我的学习目标。实际授课中，该分层的任务菜单受到了学生的欢迎，不同的学生均收获了自身的成长。 　　策略二：学习内容因志分层
　　分层课程模型的策略之二是依据学生的学习兴趣点，对有关学习内容进行分层。因志分层的趋同点在于学生自身的喜好及风格，通过学生对学习内容的主观选择，激发其学习动机，挖掘学习潜能，帮助学生进行主动认知。学习内容的选择可以根据学情、家情、校情制订，也可以结合当前的热点时事问题，进行动态的分层。
　　（1）原设计
　　《节能风扇》一课中，课前已经确定了各人的学习菜单，明确了自身的学习要求。在传统教学中，教师会依据以下的过程来组织教学：分析风扇结构→搭建智能风扇→添加支撑组织→引入脚本→编写程序→载入智能风扇→调试程序→结束课程。完整的教学过程表面看来并无差池，但是授课中却出现了学生层次差异大、学习结果不尽如人意的地方。
　　（2）思考焦点
　　以上的教学过程，从流程来看并未有矛盾，但是在实际授课中，因为学习目标分层，所以不同学生的关注点是不一致的，其学习内容也出现了不同层次的差别。学生的学习目标也因此会呈现不同的层次，当教师进行整齐划一的教学时，便出现了有的学生矫枉过正、有的学生顾左右而言他、有的学生懵懵懂懂的尴尬情况。
　　要解决此类问题，需要教师根据前期的分层目标，制订分层的学习认知要求，保障主体的学习内容详实有效。
　　（3）改进型设计
　　在基于分层课程模型的教学中，关注学生的学习兴趣点，通过其个人的学习倾向，选择适宜的分层学习内容。在条件允许的情况下，尽可能地满足不同层次的学习需要。在本课中，内容的分层将依据“风扇结构”“脚本搭建”两个内容点进行，具体建议如下：
　　积木层：对象→对机械结构学习动机明确的学生。内容→关注本层次的学习，给学生提供常见的机械组织形式，让学生选择适合的学件，进行风扇的搭建。层次→乐高颗粒类积木件的搭建、凹凸型组合件、正吸式电子积木类的搭建、侧吸式电子积木类的搭建。
　　程序层：对象→对编程有明确要求的学生。内容→学习单分支条件语句、双分支条件语句等相关语句。层次→初级用图形化编程平台、中级采用混合型平台、高级采用Python语言编程。
　　调试层：对象→对程序调试有兴趣的学生。内容→根据前两层的内容，进行终端调试。层次→依据前期目标进行活动。
　　教学评析：在以上的过程中，学习内容已经突破了整齐划一的规定动作，取而代之的是学生自我选择的结果。对于不同风格的学生，依据自我的动机，找到最适宜的学习内容。教师在此过程中，为每位学习者提供相应的补给。提供的学件根据学情进行分层调整，满足不同层次学生的要求。在实际授课中，分层的学习目标让学生有了更明确的认知指向，整体教学效果较好。
　　策略三：合作伙伴因趣分群
　　分层课程模型的策略之三是对于学习伙伴的理性选择，依据成员间的配合度和兴趣点，进行合理的组合，保障每位成员能够在适宜的团队环境中学习。传统的分组方式是由教师主导分配，形成一定的合作关系。但是学生的兴趣点不同，学习目标不同，学习任务不同，如果硬性地进行机械分组，容易造成有组合无合作的情况。在理想的分层课程模型中，对合作伙伴之间的合作形式及合作方式均有着一定的要求及考察标准。
　　（1）原设计
　　在《节能风扇》一课中，常见的合作方式多为小组合作，由教师或者组长负责，规定组员的分工，如主要程序编写者、主要结构搭建者、调试员等。在上课过程中，各组员依据分工，完成各自的任务，最终完成节能风扇的作品。通过仔细观察发现，这些过程是有时间先后顺序的，如调试员，他的分工在最后进行，前期处于空窗期的状态，浪费了一定的课时。其他成员的分工虽然明确，也有类似的情况出现。
　　（2）思考焦点
　　由于本课的分工设置不合理，在团队合作中，未能将学生的兴趣点和参与度考虑到组合中去，所以出现了按照功能分工而没有按照兴趣分工的情况，因此有小组而无合作，不是真正意义上的有效协同学习形式，需要调整组织的结构。
　　要解决此类问题，应对成员学习倾向有较为清晰的了解，能够结合学生的风格，采用更为合理的组合形式。
　　（3）改进型设计
　　在基于分层模型的学习中，合作伙伴的选择是以信任为基础的，他们有一定的共同兴趣点，能够在学习过程中相互协调、取长补短、相互促进。另外，要有一定的组织主体，主次分明，伙伴中明确谁是决策人，谁是执行人等，以此保证合作的效益。具体建议如下：
　　功能节能组：目标→探索如何通过调整传感器的指数来达到节能的目标。合作要求→有技术合作及程序员，能够结合反馈意见进行反思。评价标准→能否根据室温、体温达到合理风速的效果。
　　程序优化组：目标→探索如何优化算法，帮助其他组合进行程序调整。合作要求→此组为技术专业组，负责为各小组提供技术支持。评价标准→与其他各组合理配合，解决程序问题。
　　结构创新组：目标→提出创意，帮助其他组修改机械结构。合作要求→此组也是技术专业组，负责帮助其他小组改进积木结构。评价标准→与其他各组合理配合，解决创新组建的问题。
　　整体评价组：目标→为各组作品提供整体评价意见。合作要求→此组为评价组，负责为各小组提供反思提升。评价标准→管理其他各组的合作过程，配合教师进行管理。
　　教学评析：在以上的过程中，分层的意义在于功能性的认知导向，而并非机械地模仿操练过程。学生通过自身的学习倾向和兴趣点，找到适宜的组合形式，加入不同功能的团队，最大程度地发挥自身的优势，达到深度学习的目的。
　　分层课程模型策略的实施备注
　　分层课程模型并非新鲜的话题，在教学实践中有一定的应用。但是与传统的分层教学不同的是，分层课程模型更加关注学生个性化的学习过程，注重层次分布的合理性和科学性，关注不同生源的反馈及认知迭代，强调依据学情进行生成性的建构，保证教学效能。在具体实施中，要关注以下问题：
　　首先，分层的有效性。分层并非机械分层，必须要建立在一定的调查基础之上，依据生源、知识来源、已有经验基础等具体元素进行分层。无论是目标分层、内容分层还是其他形式，都应该对分层的有效性进行必要的考察，保证其实施的效能。
　　其次，分层的适用性。本文涉及的分层组织形式等，都是建立在具体的课程之上的，不是硬性地进行分层。因此，要根据不同的学习内容进行必要的筛选，不能一概而论。例如，节能风扇的主题适合于实践性较强的结构层次，但是STEM项目中的AR等主题，其分层目标关注知识理论的深度，学习内容目标也应适当调整。
　　最后，分层的动态性。分层课程目标对于STEM项目的意义是不言而喻的，它不仅能够提供良好的学习支架，还可以给学生创设良好的思维空间。在实际教学中，要结合时事、事情、实情、世情对分层的结构进行调整，切勿一分到底，为了分层而分层。良好的分层应该是动态的、理性的，具有弹性的，要根据具体的项目内容进行合理的布置。
　　参考文献：
　　[1]吕林海.一种以学生为中心的差异性教学模型——脑科学成果改进美國中小学教育的又一有效范例[J].外国中小学教育，2007（03）.
　　[2]侯嫚丹，郎奠波.基于集对分析的高等数学课程分层教学模型研究[J].牡丹江师范学院学报：自然科学版，2013（02）.
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