基于STEM教育理念的PBL教學設計是一種以促進學生自主學習和能力提升為宗旨,強調(diào)學生“創(chuàng)新學”和教師“創(chuàng)新教”的教學模式?!皠?chuàng)新學”是通過情境學習、問題學習與探究學習,促進學生在“增加課程投入”后實現(xiàn)高階思維能力的提升;“創(chuàng)新教”則是通過跨學科課程重構(gòu)、產(chǎn)學融合、多維循證評價,鼓勵教師為“激發(fā)學習參與”而進行的教學行為改革,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”與“創(chuàng)新教”的有效實施依賴教與學課程生態(tài)的有效整合。
本研究以AI通識課程“人工智能創(chuàng)新項目設計”為例,進一步闡述基于STEM教育理念的PBL教學模式的設計路徑。教學模式是一個環(huán)境系統(tǒng),它包括教學原理、教學目標、教學內(nèi)容、教學過程乃至教學組織共同構(gòu)成的系統(tǒng)操作樣式。
基于STEM的AI通識課程PBL教學模式是以跨學科整合、循證教學和主動學習為教學設計主線;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)新人才為教學目標;以學生設計開發(fā)一個AI創(chuàng)新項目所開展的工程研究實踐為教學內(nèi)容;以課程鋪墊、科學探究、工程實踐、交流強化四環(huán)節(jié)為教學過程;以多主體參與、多形式共存、教學相長的多維循證體系為教學評價;以促進產(chǎn)學融合、專業(yè)與通識融合的環(huán)境為教學保障的模式。
1.聚焦三大素養(yǎng)的人才培養(yǎng)目標設計
基于STEM教育理念的PBL教學著重培養(yǎng)學生的工程創(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,提高學生學業(yè)適應性;AI素養(yǎng)包括“正確理解AI科學倫理觀、提升AI技術(shù)理解力、增強AI落地場景觀察力”三方面能力,幫助學生探索未來職業(yè)的可能性。
2.注重探究—實踐—交流的科學程序設計
基于STEM教育理念的PBL教學以項目作為課程教學的載體,以設計作為課程教學的過程,以跨學科知識、技能的創(chuàng)造性應用作為課程教學的宗旨。以AI通識課程“人工智能創(chuàng)新項目設計”為例,教學內(nèi)容涵蓋人工智能、產(chǎn)品原型設計、工業(yè)設計、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科知識領(lǐng)域。
教學程序設計包含課程鋪墊、科學探究、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、教學方法、項目組隊和團隊建設,營造良好的學習氛圍;科學探究是通過產(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習環(huán)節(jié);工程實踐包含設計建造和測試改進兩個實踐流程;交流強化以學生創(chuàng)業(yè)項目路演、跨專業(yè)跨界師資團隊教學指導的方式,幫助學生結(jié)構(gòu)化反思學習。以上四個步驟根植于真實世界,創(chuàng)設了探究學習、問題學習、合作學習的有利環(huán)境,有效激發(fā)學生自主學習的心理動能。
3.依據(jù)循證實踐的多維多層評價設計
基于STEM教育理念的PBL教學模式,其循證實踐的特性決定了實施多主體參與、多形式共存、教學相長的多維評價體系。學生的學習成果有設計方案、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、教務部門人員與教師團隊組成,同行指同班和同組同學,個體評價指學生自我評價);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)學融合、專業(yè)與通識融合的環(huán)境保障設計
基于STEM教育理念的PBL教學模式立足人才培養(yǎng)、科學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教學實訓基地、學生創(chuàng)新項目設計平臺、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資源,增加學生的工程實踐與技術(shù)體驗機會,提高學生創(chuàng)新項目設計能力;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)學校與社會協(xié)同育人,幫助學生建立學習世界與工作世界的同頻共振,構(gòu)建產(chǎn)學融合、專業(yè)與通識融合的教學生態(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,基于STEM教育理念的PBL教學模式:(1)能夠顯著激發(fā)學生的課程投入;(2)能夠有效提升學生三大素養(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改革研究項目“以創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力為導向的跨學科人工智能 STEM-PBL 教學實踐設計”(項目編號: FBJG20190068 );華僑大學 2019 年一流課程建設項目“人工智能創(chuàng)新項目設計”
作者丨葉荔輝,廈門大學高等教育研究院
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