基于工程设计的高中STEM课程设计与实践——以“建筑结构设计”课程为例

V ol.29 No.2 2019 121 基于工程设计的高中STEM 课程设计与实践

——以“建筑结构设计”课程为例

陈 希1 程 林2

（上海市上海中学，上海 200231）

摘要：文章基于STEM 教育思想，确立了跨学科融合、创设情境问题、增强实践体验和强调同伴协作四个课程设计理念，通过对教学目标和学习者特征进行分析，采用6E 设计型学习模式进行了基于工程设计的STEM 课程设计——建筑结构设计，并在此基础上进行教学实践探索。该课程以解决工程问题为课程主线，融入技术设计、数学和科学知识，以达到培养学生的STEM 素养、激发学生学习工程的兴趣的目标。本课程的教学实践为我国高中开展基于工程设计的STEM 课程提供了一种可能的实践路线。

关键词：STEM ；基于工程设计；建筑结构；课程设计

【中图分类号】G40-057 【文献标识码】A 【论文编号】1009—8097（2019）02—0121—06 【DOI 】10.3969/j.issn.1009-8097.2019.02.018 引言

信息时代的到来，知识经济的膨胀，科学（Science ）、技术（Technology ）、工程（Engineering ）、数学（Mathematics ）等理工学科，简称STEM ，被认为是技术创新的理论基础和实践手段，同时STEM 人才关系到一国在世界经济市场中的竞争力。世界许多发达国家意识到了STEM 教育的重要性，大力提高基础教育阶段STEM 教育的质量，促使未来人才适应当今知识经济全球化水平，以及复杂性和合作性不断增强的大趋势，为在未来世界竞争中储备足够的专业人才。

STEM 教育注重引导学生用跨学科思维解决实际问题，让学生远离碎片化的知识和死记硬背的过程，引导学生联系不同学科之间的知识，不仅提升学生的演绎归纳等逻辑思维能力，也培养学生的问题解决能力、自我实现的激励能力及同伴合作能力[1]。

我国STEM 教育研究起步较晚，对于STEM 课程的研究还处于探索阶段，主要包括对STEM 课程核心特征和设计模式、资源开发研究和基于STEM 教育理念的基础学科教学设计。从目前的STEM 课程研究来看，主要有以下不足：①大多数属于理论研究，缺少真正的课堂实践[2]；②在STEM 教育实践中，教师往往重点关注科学和数学，能将技术和工程整合到科学和数学课程中的还较为少见[3]。而具有整合性的、以工程为主导的STEM 课程涉及的领域又较为有限，主要为3D 打印、机器人设计等；③课程开发系统性、整体性欠缺，现有的STEM 课程案例也主要以单次课程为主，贯穿一学期甚至一学年的课程设计和实践案例较少。

本研究基于STEM 教育的理念，设计了基于工程设计的STEM 校本课程“建筑结构设计”并进行了教学实践探索，着重分析了由美国国际技术与工程教育学会于2014年提出的6E （Engage, Explore, Explain, Engineering, Enrich, Evaluate ）设计型学习模式（Learning by Design Model ）在本课程中的应用。

一 课程的基本理念

基于董宏建等[4]提出的STEM 教育的特点，本研究提炼出了基于工程设计的STEM 课程的