STEM項目中分層課程模型的教學研究
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教學現場
近期的教研活動中，有關STEM項目中的教學方式成為一線教師熱議的焦點：教學是該沿襲綜合實踐課的教學形式，還是改良版的科學課、信息技術課？經過課堂教學實踐后可以發現，STEM項目的綜合教學范式具有特殊的多維教學結構屬性，既不同于傳統的學科教學，又承載著多學科融合的使命。那么究竟怎樣的教學形式更為合理呢？值得一線教師深究。
問題分析
分層課程模型是多學科中較為常見的教學組織形式，教師關注學生個性化的特征，采用具有梯度的形式來構建整體認知框架。其在具體的STEM項目教學過程中，具有一定的適用性。
分層課程模型的理論界定與研究現狀
近年來在美國基礎教育領域，分層課程日漸盛行。分層課程（Layered Curriculum）是由美國教育心理學家朗K.F.利（Kaithie F. Nunley）教授及其同事主持開發的教學模型。它是一種以學生為中心的差異性教學模型，展現了以學生為中心、關注學生個體差異的基于腦的教育理念及實踐模型。它關注學生的學習傾向差異（difference of learning preference），關注學生個性，關注以學生為中心的積極的課堂學習環境的構建。[1]
分層課程模型的主要特點是，把某一單元的課程內容設計成C、B、A三個思維要求不斷上升的層級，并在每個層級中設計各種類型的任務，讓學生進行自由的組合選擇。[2]分層課程的優勢在于課堂教學的內容是個性化的，學習過程采用分層性的方案，學習伙伴自主選擇，評價過程因人而異，每個學生可以在不同的層級上持續他們的學習經歷，為個體學習者的發展提供助力。
當前STEM課程的現狀與存在的問題
STEM課程包括四方面的內容：一是科學素養，即運用科學知識（如物理、化學、生物科學和地球空間科學）理解自然界并參與影響自然界的過程，利用科學常識進行改造世界的活動;二是技術素養，即使用、管理、理解和評價技術的能力，在尊重自然規律的基礎上改造世界，實現對自然界的控制和利用，解決社會發展過程中遇到的難題;三是工程素養，即對技術工程設計與開發過程的理解;四是數學素養，即學生發現、表達、解釋和解決多種情境下的數學問題的能力。由此可見，生活中發生的大多數問題需要應用多種學科的知識來共同解決，STEM項目課程的實踐應用層面具有較高的要求，有別于傳統的分科教學，因此教學模式需要有更新的形式。
分層課程模塊具有彈性的內容構建形式，適于STEM項目課程的實踐。“因能分層，因志分類，因趣分群”的套餐式課程設置形式，可以滿足學生知識技能水平差異、理想志向差異、興趣愛好差異的個性化需求。由于是按學生的個性發展心理因素標準劃分的，所以，該課程是以學生需求為中心的課程，屬于學習者中心課程。該課程以學程化和模塊化組合的方式實施教學，學生能自由選擇課程學習，實現志、趣、能的協同發展。
分層課程模型的教學策略
策略一：任務菜單因能分層
分層課程模型的策略之一是相對于傳統的教師主導型認知任務，分層課程模型的任務菜單應依據具體學情來確定。在STEM項目中，學生的已有知識經驗和知識層次不同，其對認知的期望值和達成度也有所不同，在確定任務菜單時，應根據學生的能力和經驗來確定目標。對于整體建模能力較強的學生，任務菜單側重思維訓練;對于邏輯思維能力較強的學生，任務菜單側重實踐技能提升。
?。?）原設計
《節能風扇》是STEM項目的經典內容之一，該課的課時一般為2課時，教學目標為學生在課時允許的范圍內，利用工具搭建風扇，結合智能軟件平臺編寫程序，控制舵機的轉速，設定人體紅外傳感器的感應度，最終搭建節能風扇。在傳統教學中，該課的任務菜單為：①搭建智能風扇的主體結構;②組建智能風扇的其他附件;③編寫控制傳感器的程序;④調制實驗腳本等。
在以上的過程中，教學目標較為清晰，單從文本上看沒有缺憾，但是在實際的授課過程中，出現了達成率不理想的情況：有的學生對腳本編寫較為熟悉，卻無法順利完成智能風扇的搭建;有的學生能夠搭建機械結構，但是程序編寫部分耗時較長，難以為繼。
?。?）思考焦點
對于傳統的任務目標，沿襲整體的教學目標制訂的學生細則，并未考慮到學生個性化的要求，所以在授課中出現了學生無所適從的情況。從學習結果來說，有的學生目標指向為空間建模，有的為計算思維，有的為問題求解。為了滿足不同學生的要求，需要在教學之初制訂分層的任務菜單，供學生進行自主選擇。
?。?）改進型設計
在基于分層課程模型的教學中，首先根據具體的學情制訂任務菜單，任務菜單應由師生共同完成，根據其能力測評情況，做出合理的選擇。例如《節能風扇》一課，教學建議如下：
教師依據前期學習情況，給出選擇菜單，學生根據自身的要求，提出任務菜單的選擇方案。
A組：要求1→具有較強的空間建構能力，能夠在短時間內完成積木搭建;要求2→熟悉人體紅外傳感器的參數設置，可在較短時間內編寫腳本。任務菜單：完成散件的積木搭建，構建完成的程序腳本。
B組：要求1→具有較強的空間建構能力，能夠在短時間內完成積木搭建;要求2→尚未接觸過人體紅外傳感器及相關腳本，需要一定時間編寫腳本。任務菜單：完成散件的積木搭建，完成半成品的腳本的編寫。
C組：要求1→空間建構能力較弱，不能夠在短時間內完成全部的積木搭建;要求2→熟悉人體紅外傳感器的參數設置，可在較短時間內編寫腳本。任務菜單：構建完成的程序腳本，完成半散件的傳感器拼搭。
D組：要求1→空間建構能力較弱，不能在短時間內完成積木搭建;要求2→未接觸過人體紅外傳感器，不熟悉相關腳本編寫。任務菜單：協同其他組進行類同性學習，重點訓練基礎模塊的搭建。
教學評析：通過以上的分層任務，將學生的學習目標進行了針對性的分類，幫助學生更好地找到自身的發展點和任務目標。在學習過程中，學生始終處于最近發展區的思維狀態中，教師鼓勵學生更好地找準自我的學習目標。實際授課中，該分層的任務菜單受到了學生的歡迎，不同的學生均收獲了自身的成長。 策略二：學習內容因志分層
分層課程模型的策略之二是依據學生的學習興趣點，對有關學習內容進行分層。因志分層的趨同點在于學生自身的喜好及風格，通過學生對學習內容的主觀選擇，激發其學習動機，挖掘學習潛能，幫助學生進行主動認知。學習內容的選擇可以根據學情、家情、校情制訂，也可以結合當前的熱點時事問題，進行動態的分層。
?。?）原設計
《節能風扇》一課中，課前已經確定了各人的學習菜單，明確了自身的學習要求。在傳統教學中，教師會依據以下的過程來組織教學：分析風扇結構→搭建智能風扇→添加支撐組織→引入腳本→編寫程序→載入智能風扇→調試程序→結束課程。完整的教學過程表面看來并無差池，但是授課中卻出現了學生層次差異大、學習結果不盡如人意的地方。
（2）思考焦點
以上的教學過程，從流程來看并未有矛盾，但是在實際授課中，因為學習目標分層，所以不同學生的關注點是不一致的，其學習內容也出現了不同層次的差別。學生的學習目標也因此會呈現不同的層次，當教師進行整齊劃一的教學時，便出現了有的學生矯枉過正、有的學生顧左右而言他、有的學生懵懵懂懂的尷尬情況。
要解決此類問題，需要教師根據前期的分層目標，制訂分層的學習認知要求，保障主體的學習內容詳實有效。
?。?）改進型設計
在基于分層課程模型的教學中，關注學生的學習興趣點，通過其個人的學習傾向，選擇適宜的分層學習內容。在條件允許的情況下，盡可能地滿足不同層次的學習需要。在本課中，內容的分層將依據“風扇結構”“腳本搭建”兩個內容點進行，具體建議如下：
積木層：對象→對機械結構學習動機明確的學生。內容→關注本層次的學習，給學生提供常見的機械組織形式，讓學生選擇適合的學件，進行風扇的搭建。層次→樂高顆粒類積木件的搭建、凹凸型組合件、正吸式電子積木類的搭建、側吸式電子積木類的搭建。
程序層：對象→對編程有明確要求的學生。內容→學習單分支條件語句、雙分支條件語句等相關語句。層次→初級用圖形化編程平臺、中級采用混合型平臺、高級采用Python語言編程。
調試層：對象→對程序調試有興趣的學生。內容→根據前兩層的內容，進行終端調試。層次→依據前期目標進行活動。
教學評析：在以上的過程中，學習內容已經突破了整齊劃一的規定動作，取而代之的是學生自我選擇的結果。對于不同風格的學生，依據自我的動機，找到最適宜的學習內容。教師在此過程中，為每位學習者提供相應的補給。提供的學件根據學情進行分層調整，滿足不同層次學生的要求。在實際授課中，分層的學習目標讓學生有了更明確的認知指向，整體教學效果較好。
策略三：合作伙伴因趣分群
分層課程模型的策略之三是對于學習伙伴的理性選擇，依據成員間的配合度和興趣點，進行合理的組合，保障每位成員能夠在適宜的團隊環境中學習。傳統的分組方式是由教師主導分配，形成一定的合作關系。但是學生的興趣點不同，學習目標不同，學習任務不同，如果硬性地進行機械分組，容易造成有組合無合作的情況。在理想的分層課程模型中，對合作伙伴之間的合作形式及合作方式均有著一定的要求及考察標準。
?。?）原設計
在《節能風扇》一課中，常見的合作方式多為小組合作，由教師或者組長負責，規定組員的分工，如主要程序編寫者、主要結構搭建者、調試員等。在上課過程中，各組員依據分工，完成各自的任務，最終完成節能風扇的作品。通過仔細觀察發現，這些過程是有時間先后順序的，如調試員，他的分工在最后進行，前期處于空窗期的狀態，浪費了一定的課時。其他成員的分工雖然明確，也有類似的情況出現。
（2）思考焦點
由于本課的分工設置不合理，在團隊合作中，未能將學生的興趣點和參與度考慮到組合中去，所以出現了按照功能分工而沒有按照興趣分工的情況，因此有小組而無合作，不是真正意義上的有效協同學習形式，需要調整組織的結構。
要解決此類問題，應對成員學習傾向有較為清晰的了解，能夠結合學生的風格，采用更為合理的組合形式。
（3）改進型設計
在基于分層模型的學習中，合作伙伴的選擇是以信任為基礎的，他們有一定的共同興趣點，能夠在學習過程中相互協調、取長補短、相互促進。另外，要有一定的組織主體，主次分明，伙伴中明確誰是決策人，誰是執行人等，以此保證合作的效益。具體建議如下：
功能節能組：目標→探索如何通過調整傳感器的指數來達到節能的目標。合作要求→有技術合作及程序員，能夠結合反饋意見進行反思。評價標準→能否根據室溫、體溫達到合理風速的效果。
程序優化組：目標→探索如何優化算法，幫助其他組合進行程序調整。合作要求→此組為技術專業組，負責為各小組提供技術支持。評價標準→與其他各組合理配合，解決程序問題。
結構創新組：目標→提出創意，幫助其他組修改機械結構。合作要求→此組也是技術專業組，負責幫助其他小組改進積木結構。評價標準→與其他各組合理配合，解決創新組建的問題。
整體評價組：目標→為各組作品提供整體評價意見。合作要求→此組為評價組，負責為各小組提供反思提升。評價標準→管理其他各組的合作過程，配合教師進行管理。
教學評析：在以上的過程中，分層的意義在于功能性的認知導向，而并非機械地模仿操練過程。學生通過自身的學習傾向和興趣點，找到適宜的組合形式，加入不同功能的團隊，最大程度地發揮自身的優勢，達到深度學習的目的。
分層課程模型策略的實施備注
分層課程模型并非新鮮的話題，在教學實踐中有一定的應用。但是與傳統的分層教學不同的是，分層課程模型更加關注學生個性化的學習過程，注重層次分布的合理性和科學性，關注不同生源的反饋及認知迭代，強調依據學情進行生成性的建構，保證教學效能。在具體實施中，要關注以下問題：
首先，分層的有效性。分層并非機械分層，必須要建立在一定的調查基礎之上，依據生源、知識來源、已有經驗基礎等具體元素進行分層。無論是目標分層、內容分層還是其他形式，都應該對分層的有效性進行必要的考察，保證其實施的效能。
其次，分層的適用性。本文涉及的分層組織形式等，都是建立在具體的課程之上的，不是硬性地進行分層。因此，要根據不同的學習內容進行必要的篩選，不能一概而論。例如，節能風扇的主題適合于實踐性較強的結構層次，但是STEM項目中的AR等主題，其分層目標關注知識理論的深度，學習內容目標也應適當調整。
最后，分層的動態性。分層課程目標對于STEM項目的意義是不言而喻的，它不僅能夠提供良好的學習支架，還可以給學生創設良好的思維空間。在實際教學中，要結合時事、事情、實情、世情對分層的結構進行調整，切勿一分到底，為了分層而分層。良好的分層應該是動態的、理性的，具有彈性的，要根據具體的項目內容進行合理的布置。
參考文獻：
[1]呂林海.一種以學生為中心的差異性教學模型——腦科學成果改進美國中小學教育的又一有效范例[J].外國中小學教育，2007（03）.
[2]侯嫚丹，郎奠波.基于集對分析的高等數學課程分層教學模型研究[J].牡丹江師范學院學報：自然科學版，2013（02）.
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