石进德 谢雪锦

（1 福建省厦门市杏南中学 福建厦门 361024 2 福建省厦门市松柏中学 福建厦门 361012）

美国国际技术与工程教育学会提出的6E 设计型学习模式是有效落实STEM 教育的活动模式之一。开发与实践以6E 学习模式理论指导的生物学STEM 课例，能充分体现STEM 教育理念，通过创设新情境触发学生探究问题的欲望。利用技术运行，链接科学与数学知识，学生完成自主设计的工程项目活动任务，利于进行科学探究、提升工程设计能力、促进技术和数学方法学习，融合STEM 教育科学、技术、工程、数学4 个模块，更好地推动生物学STEM 课程的深入开展。

基于6E 设计型学习模式开发生物学STEM课例［1］，创设跨学科活动的新情境，以项目活动为载体，发挥学生的主体性，引导学生通过自主探究构建拓展创新思维，运用跨学科知识进行科学探究，完成工程设计实践，创造性地解决项目挑战任务，形成对科学概念的理解，是STEM 教育中较为适切的课程设计模式（图1）。

本文以“教室空气生态净化装置设计与使用”课程开发为例，探讨基于6E 模式的生物学STEM课程开发程序。

图1 6E学习模式的生物学STEM课程开发的基本流程

1 参与（engage）→预设目标、明确任务

STEM 课程开发应能引起学生对社会热点的关注。创设一定的STEM 项目问题情境，启发学生通过思考将项目相关问题所需的知识背景及其蕴含的核心概念，与已有的知识储备和生活经验相匹配，并与预设的STEM 学习目标建立连接通道，通过合作学习产生一定的组织架构体系，确认项目研究内容和学习任务。

1）创设STEM 情境，激发学习动机。学校教室因人员密集度高，存在空气质量差等问题，尤其是临街学校。学生长时间在教室学习,室内空气质量问题不容忽视。目前绝大部分学校因各种原因未安装空气净化装置。如何保持教室空气清新、安全？以此作为STEM 课程设置的问题情境，易引起学生兴趣，激发学习动机。

2）了解核心概念，掌握必备知识。根据项目需求，确认项目核心概念（表1）。

表1 STEM 因素与核心概念细目表

实施项目必备知识：造成教室空气污染的污染源成分、来源与危害；教室空气污染物的降解技术；植物生态吸附室内空气污染物的过程和特点；室内空气净化比较。

3）分析STEM 因素，预设学习目标（表2）。

表2 STEM 因素与学习目标细目表

4）主动参与思考，明确STEM 任务。教师发放活动手册，引导学生明确项目学习目标与学习过程、学习活动手册的使用方法；指导学生掌握生物学STEM 学习模式，强调活动中应注意的安全问题；学生组建项目活动合作小组并做好分工。

明确职责和任务如下：尝试制作智能化的生态空气净化装置，打造一个集智能、景观和科普、探究型一体的教室空气生态净化装置；制定生态循环方案，通过创客活动制作教室空气生态净化装置，体验创客的乐趣，探索生命奥秘（教室空气生态净化装置的创意设计评比，空气净化生态循环过程的调整,大气污染物的收集和处理）。

2 探索（explore）→探究问题、初拟方案

课程设计中教师为学生提供一定的学习材料并指导理论探究活动，以问题串的形式引导学生进一步了解和明确项目活动任务，引导学生将已有知识和解决问题所需新知识进行整合，建立学科间的联系，并展开头脑风暴，提出解决问题的方案；鼓励学生的首创性和奇思妙想，提示学生围绕问题及设定的条件开展组内和组间讨论并及时记录，初步拟定项目活动方案。

本案例中，教师提供论文《室内空气污染现状及防治策略研究》《室内空气污染现状及其防治研究》，以及专利《室内空气生态净化循环花盆》《一种养鱼养花生态系统》等资料，并将设计和制作教室空气生态净化装置过程中的难点和条件要求设计问题如表3。

3 解释（explain）→发散思维、确定方案

根据组内和组间讨论的初步方案，学生分组解释探究过程的必备条件、可能存在的问题、预期的研究思路和研究技术路线，并说明后续研究的可持续发展思路。教师引导学生运用新知识进一步阐述和说明方案，启发发散思维，并通过思辨建立事物之间的联系、规律、识别变量［2］，最终明确项目活动方案。

在本案例中，根据探究的多种方案，在活动小组或指导教师的引导下，学生对教室空气生态净化装置的设计及生态循环养护方案逐步达成共识，最终选择最行之有效的方案。

4 工程（engineer）→工程设计、制作原型

STEM 项目完成以工程设计、产品的制作而实现。本阶段设计由学生了解工程设计的一般步骤，根据明确的项目工程制作程序开展制作活动，教师提供必要的工程程序支架、制作产品的使用方法及注意事项，强调设计的概念，注意引导学生运用所学知识和工程思维［3］，优化设计结构，并对学生的工程制作进行全程监控，使学生能根据设计的工程方案初步顺利完成工程设计原型。

表3 教室空气生态净化装置焦点问题

在本案例中，学生开始尝试设计“教室空气生态净化装置”原型，依据工程学原理绘制模型构建流程图和结构模式图，设计好生态养护方案；利用身边的简易材料，初步制作完成作品的原型。在此过程中，学生可根据实际活动对方案进行修订和完善，也可另行设计再创作。

5 深化（enrich）→检测反馈、二轮成型

本阶段的课程设计是对前述方案和原型的进一步深化和完善。各组经历科学实践、数据分析，构建理论支持和联系，整合学科间的知识，初步将作品应用于实践，采用量化和口头评价相结合的方式，由学校师生测评原型是否满足原有的预设标准，能否达到预期目标，小组及时收集反馈意见，并结合实际测试加以综合分析，对产品原型进行检测和反馈，确认如何改进原型、重新订正和修改，最终完成作品。此过程重点在于关注如何提高现有设备的功能，根据新要求提出新方案（或重新设计或改造）。构建二轮工程设计模型，可体现STEM 教育的实践性学习：倡导动手实践，运用直接经验，在做中学习。

6 评价（evaluate）→共享交流、拓展延伸

在STEM 课程开发中，针对预设的学习目标和达成度，应设计一定的评价标准，从自主性、探究性、挑战性、创新性等方面，及时对项目的实施过程和结果进行自评、互评、师评三维度的学习评价。

教师指导学生保留项目活动研究原始资料，并根据展示方案，形成文字材料，撰写活动报告。各组交流与分享研究成果，并收集意见和建议，为该项目的后期进一步完善和拓展提供设计延伸空间。

基于6E学习模式的生物学STEM课程开发，围绕新情境，通过项目问题的科学探究，6 个环节层层推进又相互交融，以工程设计实践活动开展，在任务解决过程中学习技术的应用，融合数学与科学知识，促进学生主动、积极地投身STEM 项目活动完成探究任务，能很好地落实STEM 项目能力目标的达成，多层次满足社会发展和学生需求［4］。