STEM理念下的支架式教学模式研究

——以《智能植物补光系统》为例

四川博睿特外国语学校 郑荔丹

       一、引言

      无论是信息技术课还是现在融入STEM教育理论的课堂，教师们的课堂始终有一个有着巨大吸引力的电脑存在，当老师在讲课时，学生缺乏耐心，认为到了计算机教室就应该上机，急于动手操作，忽略老师讲的内容，但让学生自主操作时，依然存在不会的情况，也会出现偷偷玩游戏、看网络小说、搞笑图片等的情况，并且同一班级、不同班级之间，学生差异太大，有的在老师讲完后立即就能完成课堂任务，而有的直到下课也没有完成，这些情况都让教师的课堂教学不那么流畅、有序。

      教师常常思考，是不是当前的课程内容无法吸引学生的学习兴趣，学生只是在重复老师的操作过程，缺乏创新能力，所以即使在学习的过程中遇到困难，往往也是立即向老师求助而不愿意独立思考，也不愿意与同学讨论学习。

      于是，教师不断改进课堂，不断研究，在学习思考中首先尝试了新课程改革提出的三种主要学习方式：自主学习、合作学习、探究学习，后经过深入学习，发现这三种教学方式与“支架式”教学的理念有着异曲同工之处。

       二、理论解释

       1.支架

       支架原来是建筑行业的术语，又叫手脚架，作用是在建筑房屋时起暂时支撑作用。用在教育领域，用来描述同学、老师等人在学生学习过程中给学生的有效支持（支架）。当学生的能力得到增长后，就可以撤去该支架。

       2.支架式教学

       支架式教学法是利用维果斯基“最近发展区”理论，即确定学生现有认知水平（现有相关知识经验）和潜在发展区（实际教学目的）之间的区域确定为最近发展区，将课程资源组织的过程看成是盖房子，在学生的最近发展区搭脚手架，一步步为学生的学习提供小步调的、合适的支撑，让学生通过这些支架式的资源引导一步一步地向上攀升，解决学习中的问题，掌握所要学习的知识，提高问题解决能力，培养独立自主学习的能力。

       3.学习支架的常见的几种形式

     （1）范例支架：即举例子。帮助学生较为便捷地达到学习目标。

     （2）问题支架：学习过程中最常见的支架。设计贴近学生生活实际的问题，兼顾知识本身的发展过程和学生学习知识的认知活动过程的有机统一。

     （3）图表支架：各括各种图式和表格，用可视化的试对信息进行描述，尤其适合支持学生的高级思维活动，如解释、分析、综合、评价等。

融合了STEM理念的支架以下几种：

        4.支架式教学主要包括以下几个环节：

      （1）搭脚手架：围绕当前学习主题，按“最近发展区”的要求建立框架。

      （2）进入情境：将学生引入一定的问题情境（概念框架中的某个节点）。

      （3）独立探索：让学生独立探索。探索内容包括：确定与给定概念有关的各种属性，并将各种属性按其重要性大小顺序排列。

      （4）协作学习：进行小组协商、讨论。

      （5）效果评价：对学习效果的评价包手学生个人和自教师评价和学习小组对个人的学习评价。

       三、支架+STEM教学模式

      在支架教学与STEM教育理念共同思考下，我确定以学习S、T、E、M基本知识和技能为学习内容，以培养学生解决问题的能力、批判性思维能力、创新能力为教学目标，以发现问题、设计方案、支架学习、原型制作、展示分享五个学习阶段，教师主要负责在各个阶段结合实际情况提供不同类型、不同形式的支架，帮助学生通过自主探究与合作学习的方式从多学科、多角度分析、解决问题，即完成STEM作品的创作，在真实问题情境中收获知识，培养高阶思维，实现从“学会”到“会学”的突破。

      以《智能植物补光系统》为例，教师的支架+STEM教学模式是这样来设计的：

      在提出问题阶段，教师以学生从上学期到这学期的生态农场种植的体验进行设计，强调学习情境的真实性，也通过学生自身的真实体验，让学生能够产生“共鸣”，体会到“学以致用”的乐趣。这其实也是为学生提供了一定的动机支架，因为教师所创设的情境，也正是他们觉得问题所在，能增强学生对解决目标问题价值的感知，最大程度上激发其内部动机。

      在设计方案阶段，教师组织学生搭建同伴支架和策略支架，利用头脑风暴去搜集、筛选、分析、整理信息，让小组成员集思广益，进行思维上的碰撞并初步制定“智能补光系统”设计方案，教师为学生提任务单、与补光相关问题等概念型支架，帮助学生分析、回答问题中，厘清脉络，培养相应的问题解决能力、协作能力与创新能力。

      在支架学习阶段，我为学生提供了范例支架和资源支架。在最早的时候，为给学生自主学习提供支架，我制作了Arduino电子说明书，但是发现交互性不强、太零散，后来，我将STEM课上可能会用到的智能硬件知识全部放入自制STEM学习网站中，学生打开网站即能得到知识学习资源，自主研习“光控灯”的知识，完成智能补光系统所需的LED、光线传感器学习，为STEM作品制作奠定知识基础。

      在原型制作阶段，我根据学生擅长的STEM学科知识的差异性将学生分成不同的小组，如擅长编程的、擅长美术的、擅长演讲的，其实也是有意识地在协助学生搭建同伴支架，学生之间提供的支架的时效性常常优于老师提供的支架，可以培养学生的协作能力与自教师学习能力。同时提供评价支架，将学生在本项目中每一个环节应达到的合格、中等、优秀的标准以1、2、3分的形式呈现，学生通过评价量表就能清楚知道，应该怎样做，做到怎样的标准。

      在展示评价阶段，每个小组将自己的STEM作品展示，老师和其他小组成员给出赞扬和修改建议，学生在观赏他人作品的启示中获得灵感，能更好地完善本组作品。同时，老师及时提供评价支架，问卷星制作的评价问卷，让各小组的评价能实时生成，形成客观公正的价值判断。

      将支架思想融入STEM教育理念中，梳理STEM、支架、PBL、高阶思维的概念及特点，找到共同点，构建支架+STEM教学模式，让学生能在支架的指引下完成知识和技能和学习，并能将知识和技能迁移到生活情境中，解决生活中的问题，开拓学生的创新意识，在实践中提升学生的高阶思维和未来竞争力。