設(shè)計理念

基于STEM教育理念的PBL教學(xué)設(shè)計是一種以促進學(xué)生自主學(xué)習(xí)和能力提升為宗旨，強調(diào)學(xué)生“創(chuàng)新學(xué)”和教師“創(chuàng)新教”的教學(xué)模式?！皠?chuàng)新學(xué)”是通過情境學(xué)習(xí)、問題學(xué)習(xí)與探究學(xué)習(xí)，促進學(xué)生在“增加課程投入”后實現(xiàn)高階思維能力的提升；“創(chuàng)新教”則是通過跨學(xué)科課程重構(gòu)、產(chǎn)學(xué)融合、多維循證評價，鼓勵教師為“激發(fā)學(xué)習(xí)參與”而進行的教學(xué)行為改革，最終達成培養(yǎng)具備更高的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力和跨界整合能力的工程科技人才的目標。而“創(chuàng)新學(xué)”與“創(chuàng)新教”的有效實施依賴教與學(xué)課程生態(tài)的有效整合。

設(shè)計路徑

本研究以AI通識課程“人工智能創(chuàng)新項目設(shè)計”為例，進一步闡述基于STEM教育理念的PBL教學(xué)模式的設(shè)計路徑。教學(xué)模式是一個環(huán)境系統(tǒng)，它包括教學(xué)原理、教學(xué)目標、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)過程乃至教學(xué)組織共同構(gòu)成的系統(tǒng)操作樣式。

基于STEM的AI通識課程PBL教學(xué)模式是以跨學(xué)科整合、循證教學(xué)和主動學(xué)習(xí)為教學(xué)設(shè)計主線；以培養(yǎng)具有工程創(chuàng)新素養(yǎng)、工程人文素養(yǎng)和AI素養(yǎng)的工程創(chuàng)新人才為教學(xué)目標；以學(xué)生設(shè)計開發(fā)一個AI創(chuàng)新項目所開展的工程研究實踐為教學(xué)內(nèi)容；以課程鋪墊、科學(xué)探究、工程實踐、交流強化四環(huán)節(jié)為教學(xué)過程；以多主體參與、多形式共存、教學(xué)相長的多維循證體系為教學(xué)評價；以促進產(chǎn)學(xué)融合、專業(yè)與通識融合的環(huán)境為教學(xué)保障的模式。

1.聚焦三大素養(yǎng)的人才培養(yǎng)目標設(shè)計

基于STEM教育理念的PBL教學(xué)著重培養(yǎng)學(xué)生的工程創(chuàng)新素養(yǎng)、工程人文素養(yǎng)和AI素養(yǎng)，通過清晰界定課程目標避免課程的形聚神散。其中，工程創(chuàng)新素養(yǎng)聚焦分析、評估、創(chuàng)造等高階思維能力的培養(yǎng)，突出工程通用素養(yǎng)向工程創(chuàng)新素養(yǎng)轉(zhuǎn)化；工程人文素養(yǎng)注重培育“領(lǐng)悟善、體驗自由、超越和批判性思維”的心智，提高學(xué)生學(xué)業(yè)適應(yīng)性；AI素養(yǎng)包括“正確理解AI科學(xué)倫理觀、提升AI技術(shù)理解力、增強AI落地場景觀察力”三方面能力，幫助學(xué)生探索未來職業(yè)的可能性。

2.注重探究—實踐—交流的科學(xué)程序設(shè)計

基于STEM教育理念的PBL教學(xué)以項目作為課程教學(xué)的載體，以設(shè)計作為課程教學(xué)的過程，以跨學(xué)科知識、技能的創(chuàng)造性應(yīng)用作為課程教學(xué)的宗旨。以AI通識課程“人工智能創(chuàng)新項目設(shè)計”為例，教學(xué)內(nèi)容涵蓋人工智能、產(chǎn)品原型設(shè)計、工業(yè)設(shè)計、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)等統(tǒng)一的知識版塊及不同項目涉及的交叉學(xué)科知識領(lǐng)域。

教學(xué)程序設(shè)計包含課程鋪墊、科學(xué)探究、工程實踐和交流強化四個步驟：課程鋪墊主要做好課程目標、教學(xué)方法、項目組隊和團隊建設(shè)，營造良好的學(xué)習(xí)氛圍；科學(xué)探究是通過產(chǎn)業(yè)調(diào)研和實地走訪完成識別問題、協(xié)作探究和方案制定三個學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)；工程實踐包含設(shè)計建造和測試改進兩個實踐流程；交流強化以學(xué)生創(chuàng)業(yè)項目路演、跨專業(yè)跨界師資團隊教學(xué)指導(dǎo)的方式，幫助學(xué)生結(jié)構(gòu)化反思學(xué)習(xí)。以上四個步驟根植于真實世界，創(chuàng)設(shè)了探究學(xué)習(xí)、問題學(xué)習(xí)、合作學(xué)習(xí)的有利環(huán)境，有效激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的心理動能。

3.依據(jù)循證實踐的多維多層評價設(shè)計

基于STEM教育理念的PBL教學(xué)模式，其循證實踐的特性決定了實施多主體參與、多形式共存、教學(xué)相長的多維評價體系。學(xué)生的學(xué)習(xí)成果有設(shè)計方案、實物裝置、視頻展示、軟件系統(tǒng)和研制報告以及路演匯報和回答問題情況，這些證據(jù)反映了項目實踐全過程，能夠有效監(jiān)測教與學(xué)的實際效果。

多主體參與指專家評價、同行評價和個體評價并行（專家包括行業(yè)專家、教務(wù)部門人員與教師團隊組成，同行指同班和同組同學(xué)，個體評價指學(xué)生自我評價）；多方式共存指形成性評價與終結(jié)性評價并舉（項目研究推進階段性匯報是形成性評價的依據(jù)，項目成果的質(zhì)量、推廣成效都是終結(jié)性評價的內(nèi)容）；教學(xué)相長指向師生共同發(fā)展的評價體系構(gòu)建，通過建立對學(xué)生能力和課程滿意度的評估體系，為教師了解課程成效、改進目標提供資料，促進師生共同成長。

4.促進產(chǎn)學(xué)融合、專業(yè)與通識融合的環(huán)境保障設(shè)計

基于STEM教育理念的PBL教學(xué)模式立足人才培養(yǎng)、科學(xué)研究和教育管理的實際需求，建立起教育與產(chǎn)業(yè)的對話機制：一方面，通過與行業(yè)協(xié)會企業(yè)等共同構(gòu)建STEM教學(xué)實訓(xùn)基地、學(xué)生創(chuàng)新項目設(shè)計平臺、開發(fā)課程項目池等形式使前沿的產(chǎn)業(yè)成果成為寶貴的教學(xué)資源，增加學(xué)生的工程實踐與技術(shù)體驗機會，提高學(xué)生創(chuàng)新項目設(shè)計能力；另一方面，結(jié)合“挑戰(zhàn)杯”“互聯(lián)網(wǎng) ”等競賽，通過校園內(nèi)部資源與社會資源的創(chuàng)新整合，邀請行業(yè)投融資專家對課程成果進行創(chuàng)業(yè)落地、投資孵化，實現(xiàn)學(xué)校與社會協(xié)同育人，幫助學(xué)生建立學(xué)習(xí)世界與工作世界的同頻共振，構(gòu)建產(chǎn)學(xué)融合、專業(yè)與通識融合的教學(xué)生態(tài)，為STEM教育的本土化實踐提供環(huán)境保障。根據(jù)已有文獻及上述論證，本研究提出假設(shè)，基于STEM教育理念的PBL教學(xué)模式：（1）能夠顯著激發(fā)學(xué)生的課程投入；（2）能夠有效提升學(xué)生三大素養(yǎng)；（3）可以顯著改善課程滿意度。

來源丨《電化教育研究》，2019 年福建省本科高校一般教育教學(xué)改革研究項目“以創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力為導(dǎo)向的跨學(xué)科人工智能 STEM-PBL 教學(xué)實踐設(shè)計”（項目編號： FBJG20190068 ）；華僑大學(xué) 2019 年一流課程建設(shè)項目“人工智能創(chuàng)新項目設(shè)計”

作者丨葉荔輝，廈門大學(xué)高等教育研究院