基于学习进阶的STEM教育模式.docx

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1、基于学习进阶的STEM教育模式摘要：STEM教育作为培养学生问题解决能力的应然路径,其实践过程往往流于形式：或是冠以游戏之名的综合练习，或是简单模仿就可完成的手工操作，抑或是没有探究性的户外活动等。如何摒除“符合习惯”的无效模式，寻找科学的STEM教育实践路径成为当务之急。学习进阶理论秉承螺旋式进阶理念，具有进阶目标明确化、进阶过程协调化和进阶评估可视化等实践内核，能够持续激发学生思维结构与认知水平的理性蜕变，为STEM问题解决能力培养打开了新视野。基于学习进阶的STEM教育模式的特色体现在三个方面，一是立足学生先验水平制定由浅入深的能力目标，能为学生问题解决“由简到难”的生长提供原理支架；二

2、是依托学生最近发展区，能可视化表征学生问题解决从进阶起点到终点的发展历程与关键障碍；三是强调学生认知图式建构，能为学生问题解决的过程性评测提供有效证据。实践案例表明，基于学习进阶的STEM教育模式对学生问题解决的态度、过程和结果均产生了积极影响。未来要推进学习进阶STEM教育模式的落地实施，应明确进阶起点与终点以科学设定STEM教学目标，依据进阶变量与节点以系统优化STEM教学流程设计，关注进阶证据与效果以合理选择STEM教学策略。关键词：STEM教育；学习进阶；教育模式；问题解决;认知发展一、引言在知识经济全球化的智能时代，问题解决能力培养成为教育的重要使命。全球21世纪技能运动强调，问题解

3、决能力是学生需要具备以实现创造性学习的关键技能（Schleicher, 2012）。中国教育现代化2035亦明确提出，加快信息化时代教育变革，应重点关注问题解决能力、合作能力及创新能力培养（新华网，2019） o STEM教育作为一种以问题解决为导向的跨学科实践形态，引起教育工作者的高度重视（Meyrick, 2011）。然而，现实情境中一些无效的方法或模式因“符合习惯”仍在反复使用，导致问题解决过程流于形式。例如，将STEM问题解决过程变成了冠以“游戏”之名的综合练习（王娟等，2016）,变成了简单模仿就可以完成的手工操作（李学书，2019; Cervetti et a I.,2012）,变

4、成了没有探究性的户外活动（唐小为等，2014；赵兴龙等，2016） o因此，必须寻找一条科学路径，诊断问题解决过程的关键障碍，并对其进行对症干预。学习进阶（Learning Progressions）秉承螺旋式进阶理念，具有进阶目标明确化、进阶过程协调化以及进阶评估可视化等实践内核，为STEM问题解决能力培养打开了新视野。其一，学习进阶立足学生先验水平，其由浅入深的能力目标，符合问题解决“由简到难”的生长原理(Parker et a I.,2013) o其二，学习进阶基于最近发展区，能够可视化表征能力进阶的关键环节，并诊断能力进阶的关键障碍(Nat iona I Research Counci

5、 I , 2013) o 其三，学习进阶采用可验证方式，能为问题解决的过程性评测提供证据(Alonzo et al. , 2012) o Huynh 等(2014)的研究表明，学习进阶系统连贯的知识主轴、面向学生最近发展区的进阶梯度以及可视化教学评价能够提升教育成效。另有研究表明,通过持续激发认知与思维结构，能够促进问题解决能力的形成(Duncan et a I. , 2013) 0基于此，研究依托学习进阶框架，遵循“模式要素设计T进阶维度抽取T成就水平划分T学业期望表现T评估与策略支持”等流程，构建具有可操作性的进阶式STEM教育模式，并采用量化和质性相结合的混合研究方法，结合实证案例阐释设

6、计模式的应用过程与实践效果，以期为STEM教育实践提供参照路径。二、理论基础模式是对稳定要素结构及其动态活动过程的程序式描述(钟志贤，2005) o因此，构建进阶式STEM教学模式时，需综合考虑模式设计的整体架构、应用情境、动态化进阶轨迹与评估等影响因素。基于此，研究遵循“整体一局部”设计思路，通过学习进阶理论、认知发展理论以及SOLO分类理论，进一步阐释该教学模式建构的基本原理及其对问题解决能力发展的作用机理。1 .学习进阶理论学习进阶是围绕知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观等变化历程，开展系列由简到繁的进阶活动，包括进阶起点与终点、进阶维度、成就水平、学业表现以及评价5个环节(Cor

7、coran et al. , 2009) o 姚建欣等(2014)从本质论出发，认为学习进阶能够刻画学习进程中特定心理结构的变化水平。郭玉英等(2013)从方法论出发，通过关键锚点构建了科学概念体系的进阶模型。王磊等(2014)从过程论出发，强调学习进阶是贯通的连续统，通过螺旋式探究或推理过程，能够加深学生对问题解决的理解。Duncan等(2009)从结果论出发，通过可视化的进阶轨迹，建构了学生有效解决问题的认知图式。学习进阶在激发学生探究意识和思维进阶等方面的贡献，为显化STEM问题解决能力发展的“黑箱”提供了有利条件。具体而言，该理论范式具有如下优势：一是能力目标进阶化。目标设定以学生能力

8、进阶为基准，通过刻画学生能力发展轨迹，科学判断其进阶历程的关键障碍，以此为证据及时调整进阶目标，同时借助进阶策略和进阶工具支持，探寻学生问题解决能力提升的内在规律与进阶路径。二是干预过程进阶化。学习进阶范式下的活动组织，尤其关注认知图式的连续性迁移，且每一个步骤都有进阶诊断环节，通过渐进式探究和持续强化过程，刺激思维认知的关联性转换以及知识应用的深度理解，让学生体验能力进阶的真实过程。三是能力评估进阶化。通过可视化学生“低阶T高阶”中间“凌乱区”的发展轨迹，评估学生在每一个活动组织结束后的能力进阶水平。总之，学习进阶理论充分尊重学生思维结构与认知特性的发展规律，能够最大程度地刺激复杂技能习得,

9、且具备成熟完备的理论框架与实践流程，能为STEM教育模式设计提供架构支撑。2 .认知发展理论皮亚杰基于个体感知、记忆、思维、想象等方面的特质，将认知发展理论分为感知运动（02岁）、前运算（27岁）、具体运算（712岁）以及形式运算（1215岁）5个阶段（让皮亚杰，1981） o每一阶段都具有承接前一阶段已有图式且发展下一阶段新图式的作用。总的来说，通过同化、顺应和平衡等感知觉经验，能够帮助学生建构问题解决能力进阶的动态轨迹。在认知发展领域中，维果斯基指出应针对不同水平的学生给予差异化教学指引，例如，通过最近发展区循序渐进地内化学生的认知结构序列。奥苏贝尔也强调，可通过丰富、弱修正以及强修正的脚

10、手架来激活认知图式的意义建构。例如，Valdivia等(2018)针对47名职前教师写作过程中存在的创新不足、语言表述不流畅等问题，开展了符合个体认知发展的专项训练，最终提高了教师写作的逻辑结构和语言表达等。Jin等(2019)围绕认知规律刻画了学生特定心理结构的变化过程，并通过外部干预事件激发了学生认知图式的意义建构。综上，基于认知发展理论“平衡T不平衡T平衡”的作用机理，能够为进阶式STEM教育模式应用的具体情境，以及进阶式教学策略与工具选择提供理论依据。3 . SOLO分类理论SOLO (Structure of the Observed Learning Outcome)分类框架用以评

11、估个体问题解决过程中的思维水平，包括前结构、单点结构、多点结构、关联结构以及抽象扩展结构5种水平(Biggs et al. , 1982) 0其中，前结构水平是指学生未能理解问题，只能给出逻辑混乱或毫无依据的答案，处于“无学习”状态。单点结构水平是指学生仅能初步理解概念或素材，仅能给出问题解决的单一思路或对问题进行机械性陈述。多点结构水平是指学生虽能找到问题解决的多种思路，但无法将其进行系统整合，仅能做出孤立或分散的判断和陈述。关联结构水平是指学生通过关联相似情境的多个具体问题，能够完成同一学科领域或知识体系的问题解决。抽象扩展结构水平是指学生能够综合应用跨学科知识体系，通过归纳、演绎与推理等

12、过程，解决跨学科问题或劣构问题。SOLO分类框架围绕开放式问题，通过“点T线T面T体T系统”的方式观察学生问题解决能力进阶的动态轨迹，并针对关键障碍及时对症干预。例如，有研究通过结构化体系评估学生STEM问题解决能力水平(Parker etal. , 2013);依据阶段性表现合理选择教学策略、协调组织教学进程等(Songer et al. , 2009) o总体上，SOLO分类框架通过可视化问题解决的思维结构，为观察STEM问题解决能力的进阶轨迹和阶段性评估提供了科学证据。三、基于学习进阶的STEM教育模式构建1 .模式构建依据学习进阶具有面向问题解决的高阶认知目标、思维轨迹的螺旋式发展历程

13、以及认知图式的自主建构等典型特征，这在本质上与STEM问题解决能力的培养目标、跨学科过程和教育实践结果高度契合。第一，学习进阶强调能力子目标的实现，符合能力进阶的变化规律。具体来看，学习进阶强调渐进式发展机理，这从根源上与STEM问题解决目标的内核相契合。同时，需设定多个中间锚点助力目标的实现，可借鉴下一代科学标准的活动单元主题(Nat iona I Research Counc i I , 2013) 0另外，进阶目标作为连接思维轨迹与课堂实践的桥梁，通过评估学生STEM问题解决的目标进阶障碍，可为干预目标设定提供科学证据(Alonzo et a I. , 2012) o第二，学习进阶关注思

14、维结构的螺旋式发展，支持STEM问题解决的复杂过程。宏观上，可从进阶起点、进阶终点、进阶维度、成就水平、学业表现以及评价等方面组织STEM教学进程。微观上，可结合学生特质和认知发展规律，设定关键进阶锚点，充分顺应学生能力发展的进阶规律。在此意义上，通过追踪学生STEM问题解决过程的关键障碍，借助合理的进阶策略与工具支持，能够促进学生STEM问题解决能力的形成。第三，关注认知图式的自主建构，支持STEM问题解决的有效性。基于中间“凌乱区的进阶表现与成就水平，可建构符合STEM问题解决轨迹的认知图式。同时,情境的进阶式过程，能完善STEM问题解决历程，持续激发学生思维结构与认知水平的理性蜕变。另外

15、，STEM问题解决是一个循序渐进的过程，通过合理的进阶策略支持，才可持续帮助学生建构复杂问题解决图式。正如Battista (2011)所强调指出，合适的进阶策略是促进学生认知图式有效迁移的坚实基础。2 .模式构建过程研究基于“整体设计T局部细化”的设计思路，遵循“模式要素设计T进阶维度抽取T成就水平划分T学业期望表现评估与策略支持”等流程来构建进阶式STEM教育模式，如图1所示。在此需要强调三点：一是“阶”的目标指向，即“高阶”与“低阶”是认知思维结构的差异，处于“高阶”水平的学生更具复杂技能习得的潜力。二是“阶”的过程可测，即参照成就水平框架，评估学生的进阶水平，并选择合适的进阶策略帮助学生实现进阶蜕变。三是“阶”的结果有效，即它不同于“是与非”或“学会与没学会”等“一刀切”的结果表征，而是通过刻画“凌乱区”的变化轨迹，来系统评估学生S T E M问题解决能力的发展历程。图1基于学习进阶的STEM教育模式构建(1)模式要素设计过程要素设