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STEM 教育专题
步划分。例如，正向项目教学和逆向工程教学都属 反思。在这个过程中，作品分解与复原是关键的步
于典型的作品开发取向，侧重物化成果的产生，引 骤，需要引导学生学会观察、测量和记录。只有这
导学生在开发物化成果的过程中深化学习；在与作 样才能有效复原作品，并深入理解作品的制作过程
品开发取向相对的科学探究取向中，典型的实施方 和内在原理。拆解和拆分是儿童的天性，尤其表现
法有科学探究和纠错教学，这类方法侧重知识性成 在其对家庭玩具的“破坏性”拆解上，很多儿童因
果的生成，强调学生在真实问题情境中开展动手做、 未得到正确的方法指导，导致玩具无法复原而被丢
做中学的探究式学习。最后，对上述两个维度交叉 弃。遗憾的是，儿童的这种与生俱来的爱好又被排
整合后，可以形成 STEM 教育的四种方法（如图 2）， 除在常规教学之外。此外，逆向工程不只是单纯的
即正向项目教学、逆向工程教学、纠错教学以及科 仿制，再设计与微创新也是重要一环，以便让学生
学探究。 在“认识原型→再现原型→超越原型”的过程中深
化学习 [10] 。逆向工程教学在现阶段大学机械工程
类课程中有着广泛的应用，并取得了相对显著的教
学效果，但就中小学 STEM 教育而言，逆向工程
教学尚未获得重视和广泛实践。
( 三 ) 基于纠错教学的 STEM 教育
纠错在教学中涉及两个不同层面的应用：一是
图 2 STEM 教育实施方法的分类结构
指在工程教育中，学生从工程设计师的角度不断修
( 一 ) 基于正向项目教学的 STEM 教育 正和调整自己设计的作品，以符合预期的目标；二
目前，在 STEM 教育中广泛采用的项目教学 是指教师人为地设计纠错任务，或是提供业已用坏
本质上是一种正向项目教学，强调以项目活动为依 或损坏的残缺作品，让学生接受系统的纠错任务训
托组织教学内容，以学生为主体开展教学活动，以 练，发现故障产生的根源，复原作品的功能。作为
可视化和多样化的学习成果评价学生的学习效果 [7] 。 一种教学方法，纠错教学一般指的是第二个层面的
其实施过程一般可划分为五个阶段：需求分析、可 应用，其实施过程大体可以分为四个阶段：玩与观
选方案分析、详细方案分析、系统实现与测试、作 察、分析可能的原因、确定纠错的起点、纠错与测
品包装与分享，基本体现了“产品设计—产品生产— 试 [11] 。与逆向工程教学方法相比，两者都是从现
消费使用”的一般过程。正向项目教学之所以在 成作品或产品的使用、观察入手，不同的是，纠错
STEM 教育中如此盛行，其中一个重要原因就在于， 教学并不需要设计制作一件新的作品，而是聚焦于
正向项目教学能够将生活中的实际问题或需求整合 已有作品中科学问题的发现与解决，其关键环节在
成一个跨学科的项目，以学生为中心，让学生通过 于“假设—尝试”的“试误”过程，有时甚至需要
逐步的设计、制作、评价等工作，从零开始完成一 经历多次的迭代。从这个意义上说，纠错教学本质
件项目作品的开发。正向项目教学的一个最大的问 上与科学探究的过程有高度一致性。STEM 教育作
题是，它需要学生从零开始完成一个完整的项目， 为一种手脑并用的工程教育，对学生纠错能力的培
在时间消耗和能力要求上均有较高要求。 养不容忽视，可以说，纠错是工程设计中必不可少
( 二 ) 基于逆向工程教学的 STEM 教育 的一个重要环节，是自然发生的。然而，同逆向工
逆向工程，又称反求工程或反向工程，是以造 程教学类似，纠错教学在当前中小学 STEM 教育
物为目的，以先进产品的实物、样件、软件等作为 中的应用仍处于起步阶段，迫切需要严谨的实证研
研究对象，运用现代设计理论、方法、测量技术， 究，以探讨如何在 STEM 教育中开展纠错教学。
对已有产品进行建模、仿真，最终实现优化既有产 ( 四 ) 基于科学探究的 STEM 教育
品和再创造的过程 [8][9] 。它的实施过程一般分五个 科学探究强调以科学问题为导向，以 STEM
阶段：作品使用与工程分析、作品分解与复原、再 教育理论指导科学探究活动的设计与实施，以培养
设计与微创新、原型制作或产品再造、比较评估与 学生掌握跨学科知识和科学探究能力为目标。其教
10 2018 年第 9 期 中小学数字化教学
