STEM课程是将科学、技术、工程和数学进行跨学科式整合的课程。它强调问题的真实性、知识的建构性、过程的实践性、结果的开放性。混合式教学是指传统的面对面教学与学生基于信息技术的线上学习相结合，充分发挥教师的主导作用与学生的主体作用，从而实现更为个性化的学习过程，取得对于学生个体发展来说最优化的学习效果的一种教学方式。在混合式教学中，学生经历的也是混合式学习。“首要教学原理”作为混合式学习的理论支撑之一，认为只有在学习者从事解决真实世界里发生的问题时，有效的学习才会发生。因此，基于真实世界问题解决的STEM项目化教学更适合采用混合式教学。

一、课程的开发背景及课程目标

普通高中课程标准（2017年版，2020年修订）指出“关注学生学习过程，创设与生活关联的、任务导向的真实情境，促进学生自主、合作、探究地学习，注重对学生学习过程的评价，推进信息技术在教学中的合理应用，提高课程实施水平”。相比传统的教学活动，学生们更喜欢带有不确定结果的，包含同伴协作和个人独创元素的学习活动带来的丰富体验。“智能产品设计与制造”课程正是在这个背景下开发并实施的，这门选修课程采用了基于真实问题解决的课程设计、跨学科的研究性学习，同时引导学生关注社会，提升社会责任感。

该课程每期为不同的设计与制作主题，以第一期课程“智能手杖”主题为例，该主题教学设在高二年级第一学期，每期课程约二十人选修。课程内容为利用科学、工程、数学、技术等方面的知识，设计制作一根适合视力障碍人士出行的智能手杖，帮助有视力障碍的人士更好地参与社会生活。课程目标为让学生通过调研明确研究问题，结合所学的各学科知识解决实际问题，经历将理念转化为产品的一系列流程，在这一过程中了解视力障碍群体的出行困难，以及城市规划、产品设计、专利保护等方面的知识，提升学生社会责任感和以科技造福人类的意识。

二、混合式教学的构建

混合式教学的设计包括前端准备、活动与资源设计、教学评价设计三个阶段。其中，前端准备是对学生的特点、学习习惯、已有的知识基础的分析。以“智能产品设计与制作”课程为例，学生经历了高一STEM基础课程“开源硬件和传感器基础”“设计与制造”“电子技术”的学习，已经掌握了Arduino控制器和一些常见传感器、显示设备的连接和控制，并能够使用学校的3D打印设备、激光切割设备为自己的设计做出模型。选修该课程的学生具有兴趣强烈、学习能力强、有一定的项目研究经验、爱挑战、想法多等特点，但也存在一些不足，如缺少系统性思维、缺乏基于真实产品的设计思维、不擅长团队合作等。

“智能产品设计与制作”课程总体采用了角色扮演的教学方式。角色扮演是一种具有较高教学价值的群体参与模式，尤其适用于中小学的课堂教学。以本课程为例，教师扮演投资人，学生组建项目团队，每个团队包括设计师、项目经理、工程师、财务人员四个角色。具体课程内容包括项目背景介绍、调研交流、分组制订研究计划、撰写设计方案、电路搭建与程序设计、程序完善与调试、外形结构制作、试验与数据收集、分析与调试、样机搭建与测试、撰写产品使用说明、设计展板、交流展示与改进。现有的教学资源包括配置投影仪、台式电脑的教室，配备各类控制器、传感器等器材的工程实验室以及备有台钻、线锯、3D打印机等设备的加工间。

三、混合式教学的具体实现

混合式教学打破了以教师讲授为主的教学模式，充分发挥学生在学习中的主体地位。在混合式教学中，教师的角色主要为组织者、协调者、引导者，鼓励学生通过比较观点、分析信息、提出问题和得出结论来整理思路。学生团队通过线上线下多种学习方式，针对项目需求，有目的地利用多种学习资源以克服其在知识、技能中的不足。

1.准备阶段

本课程的前期准备包括线下的基础知识、线上的进阶知识准备，以及课前的教学资源准备。其中，基础知识的准备安排在高一上学期，为线下STEM课程的形式，课程名称为“开源硬件和传感器基础”，共计6课时，主要内容为Arduino控制器及传感器的使用；进阶知识准备为线上形式，共计录制约6课时，课程名称为“简易非接触测温仪的设计与制作”，学生可以根据自己的基础进行在线学习，自己动手操作，感受基于真实需求的设计的一般流程。课前的教学资源准备包括学生可能会用到的控制器、传感器及工具、电脑、可能会使用到的电子资源以及教学PPT的准备，详见图1。

2.实施阶段

项目化学习并不是让学生在没有任何约束的情况下自由探索，根据建构主义学习理论，搭建知识的“脚手架”是教学中的重要环节。由于每个学生团队设计出的方案不同，采用的控制器、传感器等材料均不相同，因此线下集中讲授大量基础知识不仅可能导致方案的同质化，还会影响学生的项目进度。因此，本课程仅在第一节课集中讲授设计思维的一般步骤、复习Arduino控制器和传感器的基础知识，并采用了翻转课堂的教学形式，由教师将整理好的电子资源库发给每个学生团队，资源库包括实验室已有的控制器和传感器数据资料，以及可能会用到的其他传感器资料，学生可以通过自行查阅文献实时更新并共享资源库。在项目的实施过程中，每组学生配备一台平板电脑和一台台式电脑，台式电脑主要用于“工程师”编程及作品调试，平板电脑主要用于随时通过投屏进行展示交流与讨论，跟踪记录项目进度，查阅资料，制作电子海报、财务做预算等。课程内容安排及各阶段的核心能力表现如表1所示。

3.评价阶段

课程采用过程性评价与展示交流相结合的评价方式，其中，过程性评价占70%，学生需要递交研究过程记录和评价表；展示交流专家给出的评价占30%，专家包括电子工程领域专家、科技企业项目管理人员、指导教师。展示采用“产品发布会”的形式，学生团队公开展示产品理念、性能、测试数据，并现场进行模拟演示。评价关键点为在基本达到辅助弱视群体躲避障碍的同时，考虑安全性、成本、用户友好程度、财务管理（预算与实际使用之间的差异）、团队合作、产品设计理念和功能创新等。

四、结论与反思

    第一期课程结束后，学生共完成八根智能手杖的设计和制作，并召开了“产品发布会”。从作品的性能来看，每个作品都能实现基本的避障提示功能，并考虑到了安全性和成本。虽然在展示过程中，部分作品未能成功演示，但每个团队都能对目标客户群进行分析并提出解决方案，把设计思路物化为实际产品原型，尝试进行了模拟测试（由于课时较少，未进行潜在客户的真实测试）。参与作品点评的两位专家从理论基础、真实公司的产品设计流程、作品功能拓展和成本控制等不同角度提出了专业意见。本课程课前进行了设计思维的调研，从问卷反馈来看，学生对于设计思维的了解不多，对于基于实际问题的设计，往往更多根据自己的想象和观察进行功能和外形方面的勾勒，没有形成方案物化的系统思维。从学生递交的研究过程资料来看，学生初步了解了基于真实需求的问题解决的一般路径，体现出了利用系统思维和设计思维解决复杂问题的意识。从课程中及课后对部分参与课程学生的访谈交流发现，学生第一次接触沉浸式角色扮演的学习方式，这种角色设置丰富了学生思考问题的角度，项目研究中的线上学习和线下教师针对性指导的模式，让学生有了更多独立思考和自由讨论的空间。

参考文献：

[1]黄荣怀,马丁,郑兰琴,等.基于混合式学习的课程设计理论[J].电化教育研究,2009(01).

[2]蔡敏.“角色扮演式教学”的原理与评价[J].教育科学,2004(06).

（本文作者系上海市上海中学  程林）