設計理念
基於STEM教育理念的PBL教學設計是一種以促進學生自主學習和能力提升為宗旨，強調學生「創新學」和教師「創新教」的教學模式。「創新學」是通過情境學習、問題學習與探究學習，促進學生在「增加課程投入」後實現高階思維能力的提升；「創新教」則是通過跨學科課程重構、產學融合、多維循證評價，鼓勵教師為「激發學習參與」而進行的教學行為改革，最終達成培養具備更高的創新創業能力和跨界整合能力的工程科技人才的目標。而「創新學」與「創新教」的有效實施依賴教與學課程生態的有效整合。
設計路徑
本研究以AI通識課程「人工智慧創新項目設計」為例，進一步闡述基於STEM教育理念的PBL教學模式的設計路徑。教學模式是一個環境系統，它包括教學原理、教學目標、教學內容、教學過程乃至教學組織共同構成的系統操作樣式。
基於STEM的AI通識課程PBL教學模式是以跨學科整合、循證教學和主動學習為教學設計主線；以培養具有工程創新素養、工程人文素養和AI素養的工程創新人才為教學目標；以學生設計開發一個AI創新項目所開展的工程研究實踐為教學內容；以課程鋪墊、科學探究、工程實踐、交流強化四環節為教學過程；以多主體參與、多形式共存、教學相長的多維循證體系為教學評價；以促進產學融合、專業與通識融合的環境為教學保障的模式。
1.聚焦三大素養的人才培養目標設計
基於STEM教育理念的PBL教學著重培養學生的工程創新素養、工程人文素養和AI素養，通過清晰界定課程目標避免課程的形聚神散。其中，工程創新素養聚焦分析、評估、創造等高階思維能力的培養，突出工程通用素養向工程創新素養轉化；工程人文素養注重培育「領悟善、體驗自由、超越和批判性思維」的心智，提高學生學業適應性；AI素養包括「正確理解AI科學倫理觀、提升AI技術理解力、增強AI落地場景觀察力」三方面能力，幫助學生探索未來職業的可能性。
2.注重探究—實踐—交流的科學程序設計
基於STEM教育理念的PBL教學以項目作為課程教學的載體，以設計作為課程教學的過程，以跨學科知識、技能的創造性應用作為課程教學的宗旨。以AI通識課程「人工智慧創新項目設計」為例，教學內容涵蓋人工智慧、產品原型設計、工業設計、創新創業等統一的知識版塊及不同項目涉及的交叉學科知識領域。
教學程序設計包含課程鋪墊、科學探究、工程實踐和交流強化四個步驟：課程鋪墊主要做好課程目標、教學方法、項目組隊和團隊建設，營造良好的學習氛圍；科學探究是通過產業調研和實地走訪完成識別問題、協作探究和方案制定三個學習環節；工程實踐包含設計建造和測試改進兩個實踐流程；交流強化以學生創業項目路演、跨專業跨界師資團隊教學指導的方式，幫助學生結構化反思學習。以上四個步驟根植於真實世界，創設了探究學習、問題學習、合作學習的有利環境，有效激發學生自主學習的心理動能。
3.依據循證實踐的多維多層評價設計
基於STEM教育理念的PBL教學模式，其循證實踐的特性決定了實施多主體參與、多形式共存、教學相長的多維評價體系。學生的學習成果有設計方案、實物裝置、視頻展示、軟體系統和研製報告以及路演匯報和回答問題情況，這些證據反映了項目實踐全過程，能夠有效監測教與學的實際效果。
多主體參與指專家評價、同行評價和個體評價並行（專家包括行業專家、教務部門人員與教師團隊組成，同行指同班和同組同學，個體評價指學生自我評價）；多方式共存指形成性評價與終結性評價並舉（項目研究推進階段性匯報是形成性評價的依據，項目成果的質量、推廣成效都是終結性評價的內容）；教學相長指向師生共同發展的評價體系構建，通過建立對學生能力和課程滿意度的評估體系，為教師了解課程成效、改進目標提供資料，促進師生共同成長。
4.促進產學融合、專業與通識融合的環境保障設計
基於STEM教育理念的PBL教學模式立足人才培養、科學研究和教育管理的實際需求，建立起教育與產業的對話機制：一方面，通過與行業協會企業等共同構建STEM教學實訓基地、學生創新項目設計平台、開發課程項目池等形式使前沿的產業成果成為寶貴的教學資源，增加學生的工程實踐與技術體驗機會，提高學生創新項目設計能力；另一方面，結合「挑戰杯」「網際網路+」等競賽，通過校園內部資源與社會資源的創新整合，邀請行業投融資專家對課程成果進行創業落地、投資孵化，實現學校與社會協同育人，幫助學生建立學習世界與工作世界的同頻共振，構建產學融合、專業與通識融合的教學生態，為STEM教育的本土化實踐提供環境保障。根據已有文獻及上述論證，本研究提出假設，基於STEM教育理念的PBL教學模式：（1）能夠顯著激發學生的課程投入；（2）能夠有效提升學生三大素養；（3）可以顯著改善課程滿意度。
來源丨《電化教育研究》，2019 年福建省本科高校一般教育教學改革研究項目「以創新創業能力為導向的跨學科人工智慧 STEM-PBL 教學實踐設計」（項目編號： FBJG20190068 ）；華僑大學 2019 年一流課程建設項目「人工智慧創新項目設計」
作者丨葉荔輝，廈門大學高等教育研究院