STEM教育的核⼼理念是什么？基于此的项⽬式学习⼜该是怎样的？ 《中国⼯程教育质量报告》显⽰，我国普通⾼校⼯科⼈数和规模已位居世界第⼀。近年来，⼯程教育认证、新⼯科计划、卓越⼯程师计划、⼈⼯智能创新⾏动计划等⼀系列⾼等⼯程教育质量提升计划的有效实施，深刻推动了⼈们对⼯程⼈才培养⽬标、培养内涵和培养模式的再认识。
STEM教育作为⼀种影响全球⼯程教育的新理念，逐渐成为国内学者研究的热点。然⽽，如何实现STEM教育在⾼等教育中的本⼟化设计，国内研究聚焦理论探讨较多，实证研究较少，导致理论在指导实践过程中存在诸多困惑和盲点。
鉴于此，本研究基于STEM教育理念的PBL教学模式，以⾼校AI通识课程为例进⾏教学实践设计，并对教学效果进⾏实证分析，以探索⼯程创新⼈才培养新路径。 STEM教育的核⼼理念
起源于美国的STEM教育，是⼀种以培养学⽣⼯程创新素养为⽬标，以学科整合为基本特征的理念运动。STEM教育培养学⽣在科学（Science）、技术（Technology）、⼯程（Engineering）和数学（Mathematics）四门“元学科”以及相关交叉领域中运⽤整合跨学科知识来解决现实世界问题的能⼒。美国国家研究委员会（NFC）指出，本科STEM教育改⾰的核⼼理念在于“跨学科整合”“循证教学”“主动学习”。 足摩
蒋南翔
第⼀，跨学科整合思维是STEM教育的重要前提。
朱莉·汤普森·克莱因（JulieThompsonKlein）将STEM跨学科整合课程分为多学科、交叉学科、超学科三个层次。在实践中，多学科课程表现为将不同学科进⾏简单组合拼装，学科融合度不⾼；交叉学科课程是将多门学科根据要解决问题⽬标进⾏知识选取整合和结构化重构，有利于培养学⽣的创新能⼒；超学科课程则强调超越学科视⾓，在批判反思的基础上构建超学科⽂化，是STEM课程整合的终极⽬标。
可见，交叉学科和超学科课程真正打破了学科壁垒和界限，将科学、技术、⼯程和数学等学科整合为⼀个全新的学习体系。赫希巴奇（Herschbach）指出，最常⽤的STEM整合⽅式是打破学科之间的界限，通过活动或项⽬形成连贯的、有组织的课程结构，其中，如何在打破的学科之间取得平衡、建⽴新的课程结构对⼀线教师和政策制定者提出了新的挑战。应对这些挑战需要教师对学⽣解决⼀个项⽬问题所需要的跨学科知识进⾏梳理和结构化整合，注意每个阶段学科间知识关联的系统性连接，并保持各块知识的均衡覆盖和重叠交叉[5]，帮助学⽣创造性解决问题。
第⼆，循证教学的评估实践是STEM教育的重要保障。
教育作为⼀种专业实践，应该基于证据（Evidence-based）或者⾄少从证据中获取信息（Evidence-informed），并将之应⽤于学⽣学习、教师教学以及教育政策制定[6]。美国本科STEM教育质量评估
指标制定委员会认为，学⽣STEM能⼒的养成必须依靠循证的STEM教育实践（即循证教育实践，EBEP）。因⽽，国家本科STEM教育评估包含了对学⽣学习体验的教学活动监测、对学习机会和环境的教学环境监测两个⽅⾯。
微观层⾯的STEM课程设计⽅⾯，国内学者余胜泉认为，要注重STEM课堂问题或项⽬中所包含的学科知识的内在联系，要关注学⽣在解决问题和完成任务过程中的认知活动，要强调对学习过程中⼀切证据的收集和利⽤，从⽽促进教学的评估诊断和学⽣核⼼素养的提升。这⾥包含三层循证：⼀是教学内容设计要基于“项⽬问题”的证据；⼆是教学⽅法选取要有利于学⽣探究推理的循证；三是教学评价⽅式要体现学习活动全过程的发展性评价。
第三，主动学习的有利环境是STEM教育的重要驱动。大小头
基于“跨学科整合”“循证教学”特点的STEM课程，体现了“以学⽣为中⼼”和“以实践为中⼼”的理念，是以建构主义和认知科学为理论依据的教学实践，从⽽创造了学⽣的⾃主学习的有利环境。斯滕伯格（R.J.Sternberg）强调，个体的主动性在建构认知结构中起到关键作⽤，维果斯基（Vygotsgy）强调了认知过程中学习者所处社会⽂化历史背景的作⽤，提出了“最新发展区”理论。
STEM教育⼀⽅⾯为学习者提供了有利于激发认知好奇的现实情境；另⼀⽅⾯帮助学习者提供了为解决问题⽽积极建构跨学科知识的路径⽅法，注重科学探究、⼯程实践、交流强化的教学流程为学⽣探
究、发现、协作提供了科学程序和体动⼒，强化了个体主动到⾃⼰的“最新发展区”的学习动机，从⽽获得学习的意义，促进学习效果的转化提升。总之，跨学科整合思维、循证教学的评估实践、基于建构主义和认知科学的主动学习是STEM教育理念的核⼼。⽽如何将这三项关键点通过教学活动的功能性设计，实现对学⽣创新素养等⾼阶能⼒的提升转化，其教学模式的选择尤为重要。
三、基于STEM教育理念的PBL教学模式教学模式不同于教学⽅法和策略，是达成不同教学⽬标或学习结果的学习环境系统。
双修正
肛栓⼀个完整的教学模式由教学⽬标、达成教学⽬标的程序、学习反应产⽣的原理、学习发⽣的社会⽀持系统等部分组成。教学模式应突出基于更多证据的教学、与课程⽬标结合以及应⽤信息技术等特征。PBL（ProjectbasedLearning）是⼀种以学⽣为主体的项⽬式学习的教学模式，解决的是如何学的问题，由1918年克伯屈（WilliamHurdCobbler）提出单列向心球轴承
的“设计教学法”演变⽽来，它倡导学⽣基于现实世界的探究活动寻有意义的切⼊点，以⼩组⽅式进⾏较长周期的开放性探究活动，完成⼀系列设计、计划、问题解决、决策、作品创建、成果交流等活动，最终达到知识建构和能⼒提升的⼀种教学模式。内容、活动、情境和结果构成了PBL教学的四⼤要素。
PBL教学模式关注真实世界问题，蕴含了斯滕伯格（R.J.Sternberg）的建构主义学习理论、杜威（Jo
hnDewy）的实⽤主义教育理论和布鲁纳（JeromeSeymourBruner）的发现学习理论教育思想，从学习本质和理论基础来看，PBL承接了STEM教育的特点，成为培养学⽣跨学科素养最为重要的⼀种学习模式，对提⾼学⽣SETM学科⾃主学习的⾃我效能感、创造⼒和适应性有显著效果。
基于STEM教育理念的PBL教学模式，即采⽤PBL的学习⽅法，充分利⽤STEM教育“跨学科整合”“循证教学”“主动学
习”的优势，使学⽣整合科学、技术、⼯程和数学等跨学科知识技能，开展科学探究、⼯程实践、交流强化等学习活动，进⽽发展STEM素养、创新素养和⼈⽂素养等核⼼素养。它⽴⾜项⽬设计，通过跨学科知识的融合建构，引领学⽣探索问题求证⽅法，归纳答案创新认知，提升⾼阶思维能⼒。同时，基于STEM教育理念的PBL教学模式，既是⼀个囊括了内容与⽬标、过程与⽅法的系统教学体系，⼜是⼀个动态的、发展的、可验证的完整教学过程。
跨学科探究和课堂内外联动实践展⽰出教学动态发展的⽆限可能；师⽣教学的紧密互动和不断深⼊的问题探究演绎出教学协同创新的和谐发展；全过程学习成果的可视化和学⽣创新能⼒的可测性⼜揭⽰了循证教学的有效性。
从教学模式特征看，基于STEM教育理念的PBL教学模式具有探究性、实践性、协同性、综合性和循证性五⼤特征。探究性体现在问题解决过程中应⽤科学原理与⽅法进⾏探究；实践性体现在教学与学
习过程是⼀种跨学科的解决真实问题的实践活动；协同性体现在教学过程是师⽣之间的协同、学习过程是⽣⽣之间的协作；综合性体现在教学与学习过程是科学、⼯程、技术和数学等跨学科知识的综合应⽤；循证性体现在整个过程以及评价⽅式是基于证据导向的科学设计。穆斯塔法（Mustafa）等对STEM整合课程研究的元分析表明，PBL是当前STEM整合课程开展数量最多的学习模式。
来源⼁《电化教育研究》，2019 年福建省本科⾼校⼀般教育教学改⾰研究项⽬“以创新创业能⼒为导向的跨学科⼈⼯智能 STEM-PBL 教学实践设计”（项⽬编号： FBJG20190068 ）；华侨⼤学 2019 年⼀流课程建设项⽬“⼈⼯智能创新项⽬设计”
作者⼁叶荔辉，厦门⼤学⾼等教育研究院
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