STEM课程是系统开展STEM教育的基本依据，是切实达成STEM教育目的的主要支撑，是不断提高STEM教育质量的根本保证。好的STEM课程是在课堂实践中不断进阶与优化的。以下通过“小小净水站”课程案例的展示与分析，展示STEM课程的开发特点和优化经验。

一、案例简介

本课程以水质检测和净化为主题，涉及物理、化学和通用技术等多学科知识，利用开源硬件和传感器实现检测（图1），利用生活中常见的材料工具搭建产品原型，完成工程任务挑战，在过程中渗透科学探究方法和正确的数据意识。

课程背景指向水环境问题，更容易引发学生对社会问题的共鸣。工程问题聚焦西北干旱地区的母亲水窖污染，学生要经历工程问题背景调研、净水材料定量实验、产品原型搭建与优化测试、工程招投标答辩的全过程（表1）。

本项目在实施过程中，选课学生人数上限为20人，由通用技术和化学教师合作开发和实施，初期面向初中学生，内容扩展后同样可以面向高中学生。

二、课程设计：从科学小实验到整合式跨学科项目

简易净水装置搭建是一项传统的科学小实验，经常出现在小学科学课程和科普活动中。同样是围绕净水的主题，如何通过跨学科知识整合形成STEM教学项目？对这一问题的不断深入探索，促进了课程整体上的优化进阶，逐步体现出STEM课程的特征，教师对于STEM课程理念的领会程度会直接体现在其设计的课程中。

课程名称的迭代推动了课程主题的逐渐深入和聚焦。

第一版课程名称是“简易净水器设计与制作”，只强调设计与制作，未融入STEM课程理念，与传统的科学小实验更接近，课程内容无新意。

第二版课程名称改为“净水挑战”，开始融入STEM课程理念，但是题目过于宽泛，对内容的体现不足，而且缺少工程目标。

经过第三版的再次优化，形成了最终的题目：“小小净水站——拯救母亲水窖计划”，以STEM模式开展教学，强调问题解决，以真实的工程问题情境引发学生联系实际问题进行深度思考。

课程目标是教学的出发点和归宿，优质的STEM课程一定有着清晰明确的目标。本课程的学习目标也经历了三个版本的迭代优化（图2）。初始版本不重视对目标的思考，无法量化评价。第二版开始关注STEM课程的育人目标，在课程目标的描述中强调工程和技术的重要地位。第三版进一步优化，从S、T、E、M四个维度展开，清晰明确地表达出课程目标，与后续的评价过程紧密联系，做到“目标-手段”的一致性。

在STEM课程设计和实施过程中，驱动性问题起着至关重要的作用，是课程内容衔接的桥梁，也是学生参与课程时始终关注的目标任务。可以说，驱动性问题的选择直接决定课程实施的深度。

本课程在优化过程中经历了三个版本的驱动性问题设计（图3）。第一版问题定位是利用简易材料制作净水器，只体现技术问题。第二版的净水挑战开始出现应用场景的概念，但并没有进一步明确，容易导致学生在学习中目标不清，形成的解决方案也无法评价。第三版选择了母亲水窖污染这一背景，提出明确的工程目标，任务的拆解也更加合理，实现情境+任务的驱动性问题描述。

三、课程评价：从常规作品展示到过程可视化分析

本课程在评价设计方面也经历了多次优化。在初始阶段，仅面向学生的最终作品进行评价，过程性的表现只考虑了出勤情况和课堂纪律，与学习目标不一致，无法有效促进学生的发展。

第二阶段的评价设计开始关注评价指标与学习目标的一致性，参照知识图谱形成评价量表（表2），在一定程度上反映了学生的STEM课程学习目标达成度。不足之处是过程性评价不足，且侧重于团队评价，对个人的关注不够。

最终形成的评价方案以可视化的方式呈现（图4）。评价内容从科学、技术、工程和数学四个维度，细分出8个评测指标，通过雷达图的方式进行表达，全面、系统地分析学生在课程结束时学习目标的达成情况。

部分环节以过程性评价为主，如仪器的正确使用等主要依赖课堂观察，表格设计能力等针对课堂生成情况进行评价。部分环节依靠终结性评价，如净水知识的掌握通过相关答卷或知识竞赛考察，数据分析和解决问题的能力主要由演讲答辩过程体现。评价主要面向学生个人，因此教师在教学实施过程中要关注和记录学生个人表现情况，以及个人在团队项目中的贡献。

四、学生成长：从完成作品到形成高阶认知

课程设计优化的过程需要持续关注学生课堂生成的变化。优质的课程设计要能够做到培养学生的高阶认知。

最终形成的课程设计更加强调学生对问题背景的深度调研分析，进一步优化了数据记录方式，通过控制变量和对比实验进一步提升学生的科学探究能力。同时，给出团队投标书模板，明确团队合作解决工程问题的过程，要求所有的产品设计决策都以数据为依据，让学生在问题解决过程中建立起对净水问题的系统性认识，有效促进学生高阶认知的建立（表3）。

课程设计的优化直接促成了学生课堂生成的多元化和品质的提升。在课程探索初期，主要体现的是以产品为导向的设计理念，不重视科学探究和工程实践，导致学生的课堂生成不以科学和数据为依据，仅以口号的方式设计和宣传产品，难以建立高阶认知。在课程设计优化后，学生开始注重设计实验方案，逐渐形成规范的列表进行数据记录，并在产品设计过程中更加关注科学原理和产品细节，以理论和数据为支撑进行产品宣传。这些都是科学探究素养和工程思维能力提升的体现。

五、教师发展：从课堂实践到境界提升

STEM课程设计对教师的跨学科教研能力提出了更高要求，教师需要适应从单学科转变为多学科融合的教学方式的变化。课程设计的变化反映了教师对STEM课程理念的理解不断深入的过程，而这是建立在课程实践的基础上的。教师基于对该项目的实施和反思，总结形成了相关STEM课程设计经验（图5）。

一是教师逐渐认识到学习目标和评价设定的重要性。初始阶段的课程设计缺乏能力目标，单纯以作品为导向的目标设计不能全面体现STEM教育的特点，学习目标应该围绕学生STEM素养的提升而设定。在评价方式的选择上，要注重其与学习目标的一致性，要能够检验目标是否达成。同时，要将评价与学习过程紧密结合，能够体现学生个体的成长过程。

二是教师逐渐加深了对STEM教育理念的理解。初始阶段过于关注技术和动手实验，课程内容更加偏向科学实验课或者创客课程，课堂生成的主要是作品，学生得到提升的主要是动手能力。后续的优化加强了工程思维的体现，同时鼓励学生利用数学手段开展科学探究，技术转变为探究过程中必要的辅助手段，而不是教学主体。

三是教师更加关注学生的参与。学生的参与程度直接影响着学习目标的达成，教师在课程设计的过程中，注重选择合适的驱动性问题引导学生思考，合理安排教学内容， 以多种活动引发学生进行探究的积极性。教师由教学的主导者变为引导者，并提倡以学生为中心的主动学习。

STEM课程设计进阶与优化的过程也是教师不断成长的过程，需要理论和实践互相促进，在理论学习过程中思考如何能够在课程设计中体现STEM课程特征、落实STEM育人理念、达成STEM课程目标，并不断在课程实践中总结反思，形成对STEM教育和项目化学习更深层次的认识。

（作者：申大山，清华大学附属中学教师；付静，清华大学附属中学教师；李正福，教育部课程教材研究所副研究员。）

文章来源于《基础教育课程》杂志2021年第1期（上）