基于设计思维的STEM教育创新课程研究及启示
总结归纳该课程的特点。主要包括：基于设计思维培养学生核心技能与STEM素养，课程活动目标与美国《下一代科学教育标准》相对应，以真实问题与项目为载体实现跨学科整合，提供丰富的学习支架与工具促进有效學习的发生。在此基础上，围绕STEM教育与设计思维的核心理念，从学生能力培养出发，构建了基于设计思维的跨学科STEM课程模型，并提出相关实施建议，为STEM教育实践提供有价值的借鉴。
关键词：STEM教育;STEM课程;设计思维;跨学科整合
中图分类号：G434 文献标识码：A
一、引言
随着全球经济和科学技术的飞速发展，创新已成为国家核心竞争力必不可少的组成部分，科技创新人才培养是实施创新驱动发展战略，推动工业4.0时代创造强国建设的关键和重要着力点。从1986年美国政府发布《本科的科学、数学和工程教育》（Undergraduate Science，Mathematics and Engineering Education提出STEM教育理念，到2018年的《制定成功路线：美国STEM教育战略》（Charting a Course for Success：America’s Strotegy for STEM Education），美国历届政府出台了一系列相关政策和政府报告。大力发展STEM教育，培养科技创新人才已成为美国维持全球经济领先地位的直接动力，STEM教育也成为世界各国推进课程教学改革和创新人才培养的重要战略。
当前STEM概念从原来分学科的理解逐步转向整合，研究者认为其是有目的地、融合科学、技术、工程和数学学科知识以解决真实情境中问题的整合式课程;也有研究者超越内容层面提出STEM教育是一种教学策略、教学方法与思路或教学哲学，关注学科之间的相互作用，重视学生整合式思维过程和技能。无论将STEM理解为课程还是教学策略或方式，其内涵都是指科学、技术、工程和数学的融合，目标是培养学习者的STEM素养，发展学生具备沟通协作能力、批判性思维、问题解决能力、创新能力等21世纪技能。
我国STEM教育研究起步较晚，其研究内容主要涵盖STEM课程整合理念，STEM教育发展背景，STEM教育与创客教育的关系以及教学实践研究等。相比较国外研究，政策介绍解读、理论探讨较多，实践研究相对较少。目前我国的STEM课程主要在中小学综合实践课、信息技术课或创客活动中实施，以3D打印、可视化编程、机器人设计、科学小制作等为课程主题，以探究式学习、项目式学习、设计型学习为主要教学模式，采用如工程设计方法、5E/6E探究流程、设计双循环模式等指导学生实践。可以看到目前较多的STEM课程把技术教育、工程教育作为整合课程的关键点，关注多学科知识的学习和运用，注重学生的参与和体验，但也存在一些问题和不足。首先，STEM教育没有形成系统的、完整的课程标准，没有规范的教材，以及我国长期以来的分科模式和课程结构、对工程类课程的教育价值的忽视，导致不同人对STEM教育的认识各不相同，难以较好地开展STEM跨学科整合型课程的设计与实施，STEM教育成效甚微。其次，STEM课程主要以单次课为主，贯穿一学期的课程设计和实践案例较少，短期、不连贯和缺乏系统性设计的教学内容难以促进学生深度学习、实现思维能力发展。再次，缺乏教学理论指导，学校现有STEM课程通常重视在教学形式上的整合、或技术工具的使用来制作作品，未能真正实现学生跨学科知识与能力的整合、真实问题解决能力的提升，以及学生创造力的发展。
作为以人为本的创新方法论，设计思维从理解人的需求出发，综合应用多学科知识，形成创新解决方案。“以人为中心的设计”的理论已经影响了诸多全球500强将其作为企业创新的主要方法，其孕育的“创造性思维于行动中”使它受到越来越多的教育界人士的青睐，并认为将设计思维引入教育系统能解决教育的许多根本问题。众多国际著名高校纷纷以设计思维为核心开设相关课程或项目，越来越多的研究者尝试将设计思维应用在K12课堂。设计思维关注来自真实情境的问题解决，通过一定的方法和工具，综合运用多学科知识，最终产生创新性的解决方案，其真实性、综合性、创新性等特点为STEM教育注重学科课程之间的融合、学生对知识的应用提供了新路径。研究者将设计思维理念与方法融入到STEM课程中，认为设计思维是促进STEM教育和创客教育深度融合的合适方法，利用设计思维提出相应的STEM探究模式，使得设计活动过程较工程设计更有趣简单。
斯坦福大学设计学院（d.school）是全球设计思维研究最有代表性机构之一，它提出的设计思维模型在全球受到了广泛关注与应用，其以设计思维为核心的相关课程，更是全球创新人才培养中理论与实践完美结合的典范。本研究以斯坦福大学设计学院与教育研究生院（Stanford Graduate School of Education）合作开发的、基于设计思维的d.Loft STEM Learning课程为例，详细分析课程的整体设计、活动设计以及教学实施等，以期为当前我国跨学科整合型STEM课程的开发提供借鉴和启发。
二、斯坦福大学d.loft STEM项目课程的背景
2009年奥巴马政府致力于优先发展科学、技术、工程和数学（STEM）教育，发起了“创新教育”运动，以提高美国学生在STEM领域的参与度和表现。这项运动引发不仅包括联邦政府在STEM上的投入，也有很多全球顶尖企业、慈善基金会、非营利组织和科学与工程学会等加入进来，以期提高全美年轻人在数学、技术、科学和工程领域的出类拔萃。