支架+STEM教学模式设计及实践研究--面向高阶思维能力培养
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国内外学者也对 ＳＴＥＭ 教育展开了大量研究， Ｓｈｅｒｎｏｆｆ等通过对 Ｋ－１２教师访谈和质性分析，得 出 ＳＴＥＭ教育有助于教师专业化发展［１］的结论；Ｋｏ ｐｃｈａ等发现，将机器人教育融合到 ＳＴＥＭ 课程中有 助于 提 高 计 算 思 维［２］；Ｃｈｉｔｔｕｍ 等 开 展 基 于 设 计 的 ＳＴＥＭ 项目研 究，旨 在 促 进 学 生 的 学 习 动 机 和 学 习 投入［３］；Ｉｂáｎ珘ｅｚ等 采 用 定 性 内 容 分 析 法，发 现 增 强 现实技术能够促进 ＳＴＥＭ 教育发展［４］；Ａｎｗａｒｉ等发 现，ＳＴＥＭ 教育 方 式 能 够 增 强 学 生 对 科 学 课 的 学 习 兴趣，提 高 元 认 知 技 能、批 判 思 维 和 创 造 思 维［５］。 国内学者研究中，余胜泉等阐述了 ＳＴＥＭ 教育的九 大核 心 特 征 （跨 学 科、协 作 性、体 验 性、技 术 增 强 性 等），并介绍了其跨学科整合的模式［６］；秦瑾若等从 学生创新探究能力养成、师生活动和教学环境三方 面，构建面向 ＳＴＥＭ教育的设计型学习模式［７］；王巍 等以多元 智 能 等 理 论 为 支 撑，构 建 幼 小 衔 接 阶 段 ＳＴＥＭ课程教学模式［８］；张屹等提出 ＳＴＥＭ 教育利 于学生学习兴趣与探究能力的培养，但同时也加重 了认知负 荷［９］；唐 烨 伟 等 将 人 工 智 能 技 术 融 入 到 ＳＴＥＭ 教 育 中，构 建 了 新 型 ＳＴＥＭ 跨 学 科 融 合 模式 。 ［１０］ （二）支架
现代远距离教育 能力提升
２０１９年第 ３期 总第 １８３期
“支架 ＋”ＳＴＥＭ教学模式设计及实践研究
———面向高阶思维能力培养
潘星竹１，姜 强１，黄 丽２，赵 蔚１，王利思１
（１东北师范大学，吉林 长春 １３０１１７；２大连第八十中学，辽宁 大连 １１６０００）
【摘 要】在 ＳＴＥＭ教育中注入支架理论思想，为解决真实问题提供强有力的支撑，有助于学生高阶思维能力 发展，并促使“思维”逐步走向“精神”。通过梳理 ＳＴＥＭ、支架、ＰＢＬ、高阶思维的概念与它们之间的关联，从认知学 习、内容学习、协作学习三个维度，设计 “支架 ＋”ＳＴＥＭ教学概念框架。在此基础上构建了“支架 ＋”ＳＴＥＭ教学模 式，包括发现问题、分析问题并制定解决方案、协作学习并完成原型制作、解决问题并展示作品、自我反思并发布作 品五个阶段。最后，以 Ｓｃｒａｔｃｈ课程教学为例，采用准实验法，利用 ＮＶｉｖｏ质性分析高阶思维行为表征，使用问卷调 查与访谈测评学生对高阶思维能力的认知和感受。研表明，“支架 ＋”ＳＴＥＭ教学模式有助于培养学生批判性思 维能力、创新能力及问题解决能力，引领智慧教育发展新路径。
ＳＴＥＭ教育模式，并以 Ｓｃｒａｔｃｈ课程教学为例进行实 践研究，以 期 培 养 出 有 批 判 性 思 维、创 新 能 力 及 问 题解决能力的 智 慧 型 学 习 者，促 进 其 “个 性 ”与 “共 性”发展和终身学习。
二、相关研究
（一）ＳＴＥＭ ＳＴＥＭ作为一种理念、一种思想，传承问题学习
【基金项目】教育部人文社会科学研究青年基金项目“大数据时代在线学习者情感挖掘与干预研究”（编号：１６ＹＪＣ８８００４６）；东 北师范大学教师教育研究基金项目“职前教师信息技术应用能力培养与发展研究”（编号：ＪＳＪＹ２０１８０３０１）；吉林省教育厅“十 三五”社会科学研究规划项目“基于数据挖掘的吉林省高等教育学生投入影响因素及应用研究”（编号：ＪＪＫＨ２０１８００２７ＳＫ）。 【作者简介】潘星竹，东北师范大学信息科学与技术学院硕士研究生；姜强，博士，东北师范大学信息科学与技术学院副教授， 博士生导师；黄丽，大连市第八十中学二级教师；赵蔚，博士，东北师范大学信息科学与信息技术学院教授，博士生导师；王利 思，东北师范大学信息科学与技术学院硕士研究生。
【关键词】ＳＴＥＭ；支架 ＋；高阶思维能力；教学模式；ＰＢＬ；Ｓｃｒａｔｃｈ；ＮＶｉｖｏ 【中图分类号】Ｇ４３ 【文献标识码】Ａ 【文章编号】１００１－８７００（２０１９）０３－００５６－０９
一、引言
学习不 仅 是 对 知 识 的 获 取，更 是 对 批 判 性 思 维、创新能力的生成与培养。《中庸》有云“博学之， 审问之，慎思之，明辨之，笃行之”；科学家爱因斯坦 曾说过，“提出问题比解决问题更重要”“想象比知 识更重要”；哈 佛 大 学 有 一 句 名 言：“一 个 人 的 成 功 与否，不在 于 他 的 经 验 有 多 少，而 在 于 他 有 怎 样 的 思维方式。”真 正 的 教 育，是 时 时 刻 刻 的 自 我 觉 知、 批判性的独立思考。要培养出具有创新思维、批判 性思维和问题解决能力的学生，关键要有规范合理 的课程知识体系、智慧的教育方式等。支架作为一 种动态 的 教 学 支 持，可 帮 助 学 生 穿 越 “最 近 发 展 区”，其主 要 目 标 便 是 培 养 学 生 的 高 阶 思 维 能 力。 ＳＴＥＭ 是一种 基 于 真 实 问 题 情 境 的 跨 学 科 教 育，支 架对于解决 ＳＴＥＭ中结构不良的问题同样有显著的 促进作 用。鉴 于 此，从 支 架 理 论 视 角 出 发，构 建
法、体验教 育、创 新 教 育，注 重 实 境 教 学，利 于 高 阶 思维能力培 养，促 进 理 解 学 习 和 深 度 学 习，符 合 智 慧教育本质要求。在 ＳＴＥＭ 概念演化过程中，加入 了 Ａｒｔｓ，形成 ＳＴＥＡＭ，注重学生的艺术熏陶与人文 内涵；而 后 ＳＴＥＡＭ 又 演 进 为 ＳＴＲＥＡＭ，其 中 Ｒ （Ｒｅａｄｉｎｇ／ｗＲｉｔｉｎｇ）是 指 阅 读 与 写 作 技 能，在 未 来 社 会中这将是异常重要的团队协作和沟通能力，有助 于深度学习、知识加工；最近，中国 ＳＴＥＭ 教育协作 联盟又创新性地提出 “Ａ－ＳＴＥＭ”理念，将人文精
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神、家国情怀、生命关爱等放在科学教育的首位，提 倡人文引领的学科融合性科学教育。
目前，ＳＴＥＭ发展已受到各国重视，美国《ＳＴＥＭ ２０２６》报告旨在推进 ＳＴＥＭ教育创新方面的研究和 发展，并提 出 实 践 社 区、活 动 设 计、教 育 经 验、学 习 空间、学习评价、社会文化环境等六个愿景，以确保 学习者享有优质的 ＳＴＥＭ 学习体验，解决 ＳＴＥＭ 教 育公平问题。澳大利亚为了培养学生的 ＳＴＥＭ 技 能，设立了机器人俱乐部，通过 ３Ｄ建模等课外项目 来引领学生生产创新性产品。英国举办国家科学 工程大赛，以奖励在 ＳＴＥＭ领域取得成功的年轻人。 在国内，教育部 制 定 印 发 的 《教 育 信 息 化 “十 三 五 ” 规划》中明确提出了积极探索信息技术在 ＳＴＥＭ 教 育模式中 的 应 用，着 力 提 升 学 生 的 创 新 意 识 和 能 力。国务院印 发 的 《新 一 代 人 工 智 能 发 展 规 划 》强 调，将 ＳＴＥＭ教育引入中小学人工智能学科教育中， 帮助学生理 解、学 习 和 掌 握 尖 端 科 技，激 发 他 们 探 索未知世界的愿望。
现代远距离教育 能力提升
２０１９年第 ３期 总第 １８３期
“支架 ＋”ＳＴＥＭ教学模式设计及实践研究
———面向高阶思维能力培养
潘星竹１，姜 强１，黄 丽２，赵 蔚１，王利思１
（１东北师范大学，吉林 长春 １３０１１７；２大连第八十中学，辽宁 大连 １１６０００）
【摘 要】在 ＳＴＥＭ教育中注入支架理论思想，为解决真实问题提供强有力的支撑，有助于学生高阶思维能力 发展，并促使“思维”逐步走向“精神”。通过梳理 ＳＴＥＭ、支架、ＰＢＬ、高阶思维的概念与它们之间的关联，从认知学 习、内容学习、协作学习三个维度，设计 “支架 ＋”ＳＴＥＭ教学概念框架。在此基础上构建了“支架 ＋”ＳＴＥＭ教学模 式，包括发现问题、分析问题并制定解决方案、协作学习并完成原型制作、解决问题并展示作品、自我反思并发布作 品五个阶段。最后，以 Ｓｃｒａｔｃｈ课程教学为例，采用准实验法，利用 ＮＶｉｖｏ质性分析高阶思维行为表征，使用问卷调 查与访谈测评学生对高阶思维能力的认知和感受。研表明，“支架 ＋”ＳＴＥＭ教学模式有助于培养学生批判性思 维能力、创新能力及问题解决能力，引领智慧教育发展新路径。
ＳＴＥＭ教育模式，并以 Ｓｃｒａｔｃｈ课程教学为例进行实 践研究，以 期 培 养 出 有 批 判 性 思 维、创 新 能 力 及 问 题解决能力的 智 慧 型 学 习 者，促 进 其 “个 性 ”与 “共 性”发展和终身学习。
二、相关研究
（一）ＳＴＥＭ ＳＴＥＭ作为一种理念、一种思想，传承问题学习
【基金项目】教育部人文社会科学研究青年基金项目“大数据时代在线学习者情感挖掘与干预研究”（编号：１６ＹＪＣ８８００４６）；东 北师范大学教师教育研究基金项目“职前教师信息技术应用能力培养与发展研究”（编号：ＪＳＪＹ２０１８０３０１）；吉林省教育厅“十 三五”社会科学研究规划项目“基于数据挖掘的吉林省高等教育学生投入影响因素及应用研究”（编号：ＪＪＫＨ２０１８００２７ＳＫ）。 【作者简介】潘星竹，东北师范大学信息科学与技术学院硕士研究生；姜强，博士，东北师范大学信息科学与技术学院副教授， 博士生导师；黄丽，大连市第八十中学二级教师；赵蔚，博士，东北师范大学信息科学与信息技术学院教授，博士生导师；王利 思，东北师范大学信息科学与技术学院硕士研究生。
【关键词】ＳＴＥＭ；支架 ＋；高阶思维能力；教学模式；ＰＢＬ；Ｓｃｒａｔｃｈ；ＮＶｉｖｏ 【中图分类号】Ｇ４３ 【文献标识码】Ａ 【文章编号】１００１－８７００（２０１９）０３－００５６－０９
一、引言
学习不 仅 是 对 知 识 的 获 取，更 是 对 批 判 性 思 维、创新能力的生成与培养。《中庸》有云“博学之， 审问之，慎思之，明辨之，笃行之”；科学家爱因斯坦 曾说过，“提出问题比解决问题更重要”“想象比知 识更重要”；哈 佛 大 学 有 一 句 名 言：“一 个 人 的 成 功 与否，不在 于 他 的 经 验 有 多 少，而 在 于 他 有 怎 样 的 思维方式。”真 正 的 教 育，是 时 时 刻 刻 的 自 我 觉 知、 批判性的独立思考。要培养出具有创新思维、批判 性思维和问题解决能力的学生，关键要有规范合理 的课程知识体系、智慧的教育方式等。支架作为一 种动态 的 教 学 支 持，可 帮 助 学 生 穿 越 “最 近 发 展 区”，其主 要 目 标 便 是 培 养 学 生 的 高 阶 思 维 能 力。 ＳＴＥＭ 是一种 基 于 真 实 问 题 情 境 的 跨 学 科 教 育，支 架对于解决 ＳＴＥＭ中结构不良的问题同样有显著的 促进作 用。鉴 于 此，从 支 架 理 论 视 角 出 发，构 建
法、体验教 育、创 新 教 育，注 重 实 境 教 学，利 于 高 阶 思维能力培 养，促 进 理 解 学 习 和 深 度 学 习，符 合 智 慧教育本质要求。在 ＳＴＥＭ 概念演化过程中，加入 了 Ａｒｔｓ，形成 ＳＴＥＡＭ，注重学生的艺术熏陶与人文 内涵；而 后 ＳＴＥＡＭ 又 演 进 为 ＳＴＲＥＡＭ，其 中 Ｒ （Ｒｅａｄｉｎｇ／ｗＲｉｔｉｎｇ）是 指 阅 读 与 写 作 技 能，在 未 来 社 会中这将是异常重要的团队协作和沟通能力，有助 于深度学习、知识加工；最近，中国 ＳＴＥＭ 教育协作 联盟又创新性地提出 “Ａ－ＳＴＥＭ”理念，将人文精
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神、家国情怀、生命关爱等放在科学教育的首位，提 倡人文引领的学科融合性科学教育。
目前，ＳＴＥＭ发展已受到各国重视，美国《ＳＴＥＭ ２０２６》报告旨在推进 ＳＴＥＭ教育创新方面的研究和 发展，并提 出 实 践 社 区、活 动 设 计、教 育 经 验、学 习 空间、学习评价、社会文化环境等六个愿景，以确保 学习者享有优质的 ＳＴＥＭ 学习体验，解决 ＳＴＥＭ 教 育公平问题。澳大利亚为了培养学生的 ＳＴＥＭ 技 能，设立了机器人俱乐部，通过 ３Ｄ建模等课外项目 来引领学生生产创新性产品。英国举办国家科学 工程大赛，以奖励在 ＳＴＥＭ领域取得成功的年轻人。 在国内，教育部 制 定 印 发 的 《教 育 信 息 化 “十 三 五 ” 规划》中明确提出了积极探索信息技术在 ＳＴＥＭ 教 育模式中 的 应 用，着 力 提 升 学 生 的 创 新 意 识 和 能 力。国务院印 发 的 《新 一 代 人 工 智 能 发 展 规 划 》强 调，将 ＳＴＥＭ教育引入中小学人工智能学科教育中， 帮助学生理 解、学 习 和 掌 握 尖 端 科 技，激 发 他 们 探 索未知世界的愿望。