基于STEAM理念的深度学习活动设计与实践
唐翠兰 张丽娜 范福兰
摘要：深度学习是近年来我国教育教学领域关注的热点问题，旨在提高学习者高阶思维能力，培养符合新时代要求的创新创业型人才。steam教育理念的出发点是运用跨学科知识来培养学习者问题解决能力和创新能力，这与深度学习的目标不谋而合。基于此，文章在活动理论的指导下，构建了以“STEAM”为基本理念、以“真实场景”为学习环境、以“自我目标的设定”为中心、以“学习过程”为核心和以“多元评价方法”为手段的面向STEAM教育的深度学习活动设计框架，并结合具体的教学实践论证了模型对促进深度学习起到积极的作用。实践结果显示学习者对模型中的“真实场景”和“自我目标设定”给予了极高的评价，期望能给研究深度学习领域的学者提供一定的理论支撑。
关键词：STEAM教育;深度学习;活动理论;学习活动
中图分类号：G421 ? ? ? ? ? 文献标志码：A ? ? ? ? ?文章编号：1673-8454（2020）04-0001-06
一、引言
北京师范大学智慧学习研究院与NMC联合发布的专门针对中国高等教育新兴技术应用状况的报告《2017新媒体联盟中国高等教育技术展望：地平线项目区域报告》提出推动教育技术应用的长期趋势是转向深度学习的方法[1]。李克强总理在两会上也提出，提高高校人才培养的效率，逐渐引导学习者进入深度学习[2]。由美国“21世纪技能合作组织（Partnership For 21st Century Skills）”制定的《21世纪技能框架》指出，21世纪技能主要包括三大类：①学习和创新能力（批判性思维能力和解决问题的能力、沟通和协作能力，创造力和创新能力）;②信息化技能（信息素养、传媒素养和ICT素养），即学习者能够有效运用通讯、网络工具等数字技术获取、管理、整合、评估和创作信息;③职业和生活技能（灵活性和适应性、主动性和自我导向、社会和跨文化互动的技能），最终目的是促使他们在生活的各个方面都获得成功[3]。
由此可见，如何促使学习者深度学习是当今国际上教育教学改革的趋势，学习深度由浅层向深层转化是改革的重要内容，教育大数据的不断发展和学习分析技术的日益精准，改变的不止是表象的学习方式和学习行为，学习者内在的学习动机和思维的进阶也有待提高[4]。文章基于笔者多年高校工作经验总结和实践，试图从学习活动设计的角度出发，解决以下两个问题：在STEAM理念指导下，设计怎样的学习活动模型能促进高校学习者进入深度学习;如何以“自我目标的设定”为中心实现个性化深度学习，并科学有效地评价学习结果。
二、STEAM与深度学习
1.STEAM
STEAM的雏形是STEM，美国国家科学委员会1986年发布《本科科学、数学和工程教育》报告中提出“科学（Science）、数学（Mathematics）、工程（Engineering）和技术（Technology）教育集成”的建议[5]。随后逐渐从政府领域扩展到教育领域，自2007年开始迅速在美国教育领域蔓延。STEAM是在STEM教育模式的基础上，又加上ART （艺术）的综合性教育方式。
在我国，STEAM是刚引进不久的一个新兴概念，不同专家和研究者对此观点也各不相同。大致分为以下三类：①STEAM教育是一种教育实践。学习者应用科学、数学、工程、艺术和技术等学科的知识进行重组和整合的实践课、动手课和操作课。这个概念类似于创客教育[6]。②STEAM是一种跨学科教育的理念，不涉及具体的课程，而是指导我们进行教学的一种思路[7]。③STEAM是以数学为基础，从工程和艺术的角度解读科学和技术，以跨学科的理念整合不同类科目，成为一种人力资源教育模式[8]。综合以上的观点，STEAM是一种基于真实环境下融合多门学科的教育手段和理念的综合，其教育目的是以多学科整合的教学形式，强调在实践的过程中解决真实问题，在问题解决的过程中，强调从知识的层面向能力层面的过渡，培养创新与创造力以及跨学科的高阶思维能力。STEAM教育具有跨学科、趣味性、体验性、情境性、协作性、设计性、艺术性、实证性、技术增强性等特征[9]。
2.深度学习
深度学习是由机器学习演化而来，最初是计算机领域的专业术语。随着信息化教育的进一步推广和应用，深度学习在教育领域也开始普及和应用。国内黎加厚教授率先界定了深度学习的概念，他提出深度学习是学习者基于对知识深度理解的基础上能够辩证地认识新的事物和观点，并重组和整合自己已有的认知结构，能够在众多思维之间迁移并进行联系，能够将已有的知识迁移到新的情境中，做出决策和解决问题的学习[10]。
也就是说，深度学习是一个主动探索、具有批判性思维的高阶学习过程，以问题解决、高阶思维、自主学习、知识创新等高阶能力为目标，从而培养具有中国核心素养的“全面发展的人”。“全面发展的人”包括自主发展、社会参与和文化基础三个维度，其中自主发展包括学会学习和健康生活，社会参与包括责任担当和实践创新，文化基础包括人文底蕴和科学精神[11]。
3.STEAM与深度学习的融合
STEAM是一种新型的教育理念，倡导给学习者提供一个真实的环境，在各学科知识的理解和整合的基礎上，通过解决真实的问题来提高学习者创新能力。深度学习是一个主动探索、具有批判性思维的高阶学习过程，以问题解决、高阶思维、自主学习、知识创新等高阶能力为目标。这一点与深度学习的目标不谋而合。深度学习最终也是以促进学习者创新创造能力作为学习目标的衡量标准。那么，深度学习与STEAM教育理念的融合会产生一种怎样的化学反应？文章基于活动理论，在STEAM教育理念的指导下，构建深度学习活动的设计框架，并在教学中展开应用，来验证引言中两个问题是否得到解决。
三、STEAM教育理念下的深度学习活动设计
1.“互联网+教育”背景下学习活动设计梳理
在数字资源社会化、在线学习大众化的信息时代，学习活动设计的好坏直接影响学习者沉浸学习的程度。李青提出的以活动为中心的学习模型中，学习主要涉及到活动、目标、资源、学习者和环境五个要素[12]。吴军其利用 LAMS进行的学习活动设计包括课堂教学设计、作业的设计和在线学习的设计三个板块， 并给出了相应的设计案例[13]。黄荣怀通过对 30 余个国际移动学习项目或活动的分析，得出了移动学习活动设计模型（MLADM 模型），包括需求分析、聚焦学习者、學习场景设计、提供必要的技术环境、约束条件分析和学习支持服务设计六个板块[14]。刘清堂教授从活动理论视角，基于MOOC的学习特点和学习活动设计的一般过程，构建了以学习目标为中心，由内向外进行学习准备（学习任务、学习共同体以及学习任务分工）和实施阶段（学习过程设计，包括教学媒体、交互工具、在线答疑、在线讨论以及学习者的行为监测和新的学习任务的生成）两个部分[15]。王楠从在线学习活动的本质、理论基础及其构成要素出发，构建的在线学习活动设计模型由五部分组成，分别是背景分析、任务设计、场景设计、辅导支持设计和评价设计，每一部分又包含相应的具体内容[16]。赵呈领等借鉴学习生态思想描述翻转课堂结构及其要素，基于翻转课堂生态体系具有的特征，构建翻转课堂生态学习活动设计模型，并将该模型应用到《现代教育技术》课程学习活动的设计中[17]。王朋娇等利用微信的功能和特点，并结合开放教育学习者的认知学习特征，构建“微信功能包”以及“微信功能包”支持下的移动学习活动设计模式[18]。
上述研究者从技术的层面或教育学的角度提出了学习活动设计的过程、要素和模型，并通过具体教学展开实践，取得了一定的成绩。但大多仍然是在传统教学的基础上设计网络学习活动，并没有在新的教育理念的指导下完善学习活动过程，不能完全接轨互联网时代学习者的认知方式和学习特征。
2.构建深度学习活动设计框架
“互联网+”时代的学习者认知结构不再是呈线性，而是网状结构。他们从小接触网络环境的熏陶，接收各个学科的知识，具备良好的跨学科基础。然而现阶段主要以独立课程进行教学的方式已不适合学习者已有的认知结构。我们在进行学习活动设计的过程中，要考虑到学科与学科之间的联系，要倾注跨学科的教学观念。而活动理论是一个交叉学科理论，认为人类活动是多向的、结构化的交互系统。活动理论还认为，学习活动要借助一定的工具，学习者在使用工具的同时，可以反过来将工具作为客体学习。活动理论将学习活动划分为心理和行为两个维度，在一定条件下两者可以相互转化[16]。
文章基于活动理论提出以“STEAM”为基本理念、以“真实场景”为学习环境、以“自我目标的设定”为中心、以“学习过程”为核心和以“评价方法”为手段，构建面向STEAM教育的深度学习活动设计框架（见图1）。
（1）基本理念
深度学习是一种高阶学习过程，在认知重组和加工的基础上进行创新。任何创新都不可能是单一学科知识的应用，而需要综合使用其他学科的知识和理论。如，当一名体育教师在进行技能训练教学时，除了专业知识，还必须有心理学、教与学、营养学、审美学等知识的储备。我们也不可能把每一门学科独立进行教学和应用。加之大学生通过中小学阶段的学习，已经有了科学、数学、工程、艺术和技术的认知基础，STEAM教育理念正好吻合了大学生学习基础的特点，也可以对已学的知识加以应用和重组，为解决问题找到更多的解决方案。所以，STEAM教育理念作为学习活动设计的基础来指导后续活动的设计过程是行之有效的。
（2）真实场景
真实场景是对现在教学环境的一种突破，对传统教室的一种颠覆。真实场景从教育学的角度满足了杜威“从做中学”的条件。给学习者提供真实存在的学习环境，包括学习过程需要应用到的软硬件、设备和氛围。这种设计来源于校企合作的真实场景。笔者通过调查问卷了解到，大学生在工厂或者公司实习一个月学到的知识比在学校一学年还要多，而且更实用。因为企业给了他们一个竞争的环境，这种环境能促进内在动机的形成，也更容易产生新的想法。因此，真实场景作为学习活动设计的前提，是给学习者提供一个可靠真实的环境，来解决真实的问题或者任务，更像是在工作岗位上，给学习者责任感、竞争力，从而促进深度学习的过程。
（3）学习目标
任何的教学行为都是以目标为导向，任何的教学效果也是以是否达到目标为标准，可见目标的设定在教学过程中是非常重要的。学习目标的确定大多数是从布卢姆的三维目标进行扩展和补充，也确实达到了一定的教学效果。但信息化环境下我们越来越强调个性化学习，把个性化学习解读为独立的学习资源和环境，却忽略了学习目标也是个性化学习的内容，甚至是至关重要的内容。学习基础不一样而要达到同样的目标，难免会使能力强者没有兴趣，能力弱者失去信心。本文提出的学习目标是以个性化学习为起点，学习者通过自我设定目标来定制专属的“量身定制”个性化学习过程，更能从本质上完成个性化学习。因此，本文的学习活动框架是以自我设定学习目标为中心来展开学习活动的。
（4）学习过程
学习过程是学习活动的核心，是学习者学习行为的具体体现。学习过程包括以下几个层次：①提供真实任务。第一个环节是提供给学习者真实的任务，以真实问题为问题，社会中真实的问题并不是某一门课程知识就能够独立完成解决的，而需要知识的综合应用，如：以参加大学生全国性比赛为某一门课的学习任务，以完成企业分配的任务为学习起点，以拿到某一份证书为学习任务的课程学习，都是以具体的任务为导向。它能帮助大学生减少焦虑感，度过迷茫期，任务的完成也能给学习者更深刻的成就感。②进行头脑风暴。在真实任务的基础上，学习者自己寻找小组成员组成小组，小组内部结合任务的话题进行头脑风暴。这个过程是思维发散、思想碰撞的过程，容易产生新的想法，摈弃思维定势。在学习者自主学习前进行头脑风暴可以节省很多时间，直入主题，对症下药。③搜索信息资源。学习者在真实的场景和任务的驱动下，综合头脑风暴的想法，查找相关信息资源。这一阶段是学习者自主学习。在充足的设备和丰富的网络资源环境下，进行个人知识建构和重组的过程。④整合知识观点。学习者以小组为单位将上一个过程的学习结果分析讨论，交流观点和想法，提出问题，并加以整合重组，形成新的知识或观点。这一阶段是创造思维的表现。⑤设计作品。从整合后的知识或者观点出发，完成创意作品的设计和制作。⑥分享成果。小组之间分享知识和成果。这一阶段是观点和想法的一个交换和学习过程，促进更多知识的交融和重组，为下一次学习做好准备。
（5）评价方法
评价是检验教学效果的具体手段，行之有效的评价方法可以使教学顺利进行。过程性评价和形成性评价是实际教学中常用的两种评价手段，但是这两种评价形式仍然是基于同一个标准之下，也就是说个性化的学习最终还是到达同一个教学目的，这无疑使个性化学习流于形式。本文的评价方式在自我设定学习目标的基础上，通过自评、互评和总评得出最终结果。本文的深度学习自我评价量表在张浩《深度学习的目标与评价体系构建》中提到的知识、技能、情感三个评价维度的基础上，修改情感为思维维度，添加人际交往维度，修订后的量表如表1[19]。
深度学习同伴评价和教师总评在学习者分享学习结果这一外显行为的基础上制定，不同课程有不同的量规。这种评价过程使学习者更关注自身的不足，寻找自身的问题，并进行自我反思与评估，也就是深度学习高阶思维里的批判性思维能力。
四、学习活动框架指导下的教学实践
1.确定教学对象和周期
笔者接下来在深度学习活动框架的指导下进行具体的教学实践。实践内容是数字媒体专业大学三年级的专业课《动画短片的设计与制作》，实践对象是笔者所在的二本院校数字媒体专业动画制作方向大三学生21人，实践周期是17周，一共51学时。
2.设定“量身定制”目标
学习者按照“科讯杯”参赛要求，结合自身条件（学习能力、学习风格和学习兴趣等）为自己“量身定制”学习目标，要求包括参赛类型、呈现形式、获奖等级等。
3.创建“工作坊”真实场景
数字媒体是在信息技术环境下发展起来的一个新型专业，主要培养动漫游戏的设计和开发人员。多媒体环境和传统信息化教学形式已经不能满足这种对技术要求非常高的专业需求。当然，技术的前提是理论储备，艺术素养为剧本的创作提供思路和依据，设计素养为视觉创造提供基础，影视、数学、工程等理论知识在创作过程中用于建模、拍摄、后期处理等，很好地体现了STEAM教育理念。基于此，学院结合专业的技术与艺术为一体的特殊性，为本专业量身打造了具有专业特色的真实场景作为学习环境基础，该场景以工作坊的形式呈现，以输出各种作品为出发点。
工作坊以学科方向为单位设计和施工，笔者实践的场所为动漫工作坊。动漫工作坊是一个小型的动漫作品制作场所，由独立的录音棚、视音频编辑室、演播室、数字产品开发室和实验室组成。这种教学环境颠覆了传统的教室设计理念，改变了师生的角色关系，使学习过程具体化和可视化，完成了学习者从学校过渡到创新创业的身份衔接和转变，解决了“大学生理论与实践严重脱节”的问题。
4.教学设计
本次实践教学以一学期作为一个单位来进行教学设计。《动画设计与制作》课程以参加“科讯杯”国家影视作品大赛为目标，以“科訊杯”的参赛要求为评价标准。详细的教学设计如图2所示。
5.教学实践
为期17周的学习过程分为两个阶段：①理论学习在前面5周进行，学习者在教师的指导下自主学习，属于学习过程里的浅层学习阶段。具体的教学过程见表2。②实践学习是从浅层过度到深度学习的过程。具体的实践学习过程见表3。
6.学习结果分析
为期17周的教学结束后以自我评价、同伴评价和教师评价三种评价方式进行课程考核，考核的标准参照框架设计的评价量表和方法。学习者自评结果显示，68.6%的学习者认为知识维度达到了深度学习的程度，76.1%的学习者认为技能维度达到了深度学习的程度，87.9%的学习者认为人际交往维度达到了深度学习的程度，59.1%的学习者认为思维维度达到了深度学习的程度，这说明大部分学习者进入了深度学习。同伴评价学习结果显现只有两组在选题、角色设计、场景设计和整体效果的综合得分超过80分。
课程结束后，通过问卷来调查学习者对学习活动设计的满意程度，分别以基本理念、真实场景、学习目标、学习过程和评价方法为题型来设计题目，一共20道题，采用五级计分方式：“非常满意”5分、“满意”4分、“有些满意”3分、“不满意”2分、“非常不满意”1分。运用SPSS 20.0分析，满意程度调查总分 100，其中最高分为94，最低分为 68，平均分为 78.72，说明学习者对深度学习活动设计整体满意度不错;标准差为3.461>1，说明不同学习者的满意程度差异较大，这与学习基础、学习目标设定等因素息息相关。随后又进一步了解各维度的总体水平的相关数据（见表4），学习者对深度学习活动设计各维度的满意度从高到低依次是真实的场景、自我目标的设定、学习过程、评价方法和STEAM教育理念。
可见，大部分学习者在学习过程中进入了深度学习状态，而批判性和创造性等思维维度的学习结果不是那么理想。学习者对工作坊的环境和自我目标设定的主动权的满意程度较高，也说明学习者在深度学习的过程中比较看重学习环境和学习目标。整体来说，STEAM教育理念下深度学习活动设计在实际教学中能够促进深度学习，学习效果较为理想。
五、总结与展望
促进学习者深度学习是当前教育教学改革的关键点和难点。笔者在学习活动设计框架指导下进行的教学实践从一定程度上促进了学习者深度学习，但是，高阶学习中的批判性思维表现不是特别满意，课后访谈得知学习者都是理科生，艺术素养水平普遍偏低，导致选题的角度和创意有所局限，这也是STEAM教育理念满意程度低的原因之一。笔者从促进学习者深度学习的角度出发，总结本次设计与实践的经验，对后期进行学习活动设计的研究提出以下几点建议：
首先，真实的场景是学习活动设计的关键因素，也是促进深度学习的基本要求。大学生们已经具备抽象思维能力和归纳演绎能力，也已经有跨学科整合的认知结构，在教室听教师讲授早已不能满足他们的学习需求。对于即将要踏入社会的大学生，必须要结合理论锻炼自己的动手能力和思维能力，为进入社会创新创业做好准备。而真实的场景可以营造一个良好的学习环境，把学习任务当成一份工作去完成。这个过程中，内在动机和自我效能会促使深度学习自然发生。
第二，自我目标的设定不仅能促进学习者深度学习，更能真正意义上满足学习者个性化学习的需求。目前的学校教育通常是制定统一的教学目标，往往忽略了学习者之间的差异，而高校的学习者学习差异在整个学校学习生涯中是最大的，这就造成了个性化学习仅仅停留在知识的获取手段和方式上。但笔者发现，当把目标设定的主动权和规划过程给予学习者的时候，他们的责任感更强，驱动力更大。他们在探讨目标实现的过程中真正完成了个性化学习，逐步进入了深度学习的状态。
第三，STEAM教育理念的普及是信息化环境下重塑教师角色第一步。虽然深度学习活动框架各维度的总体水平数据显示，学习者对STEAM教育理念的满意度最低。但是在整个学习过程中，学习者几乎都应用到了跨学科领域的知识，从数学到音乐、从理论到实践、从美术到技术，这一过程在悄无声息中进行。可见，这一理念需要通过教师教学理念的转变来应用，也就是说加深学习的深度首先必须树立正确的教育理念，而STEAM教育理念是社会发展的必然趋势，也是教师角色改变的第一步。
参考文献：
[1]高媛，黄荣怀.《2017新媒体联盟中国高等教育技术展望：地平线项目区域报告》解读与启示[J].电化教育研究，2017，38（4）：15-22.
[2]李克强.2017年全国两会李克强总理政府工作报告[R].
[3]伯尼·特里林，查尔斯·菲德尔.21st Century Skills： Learning for Life in Our Times [M].天津：天津社会科学院出版社，2011.
[4]杨雪，姜强，赵蔚.大数据分析与教育改革——对2016年第十五届教育技术国际论坛的思考[J].现代远距离教育，2017（2）：62-75.
[5]钟柏昌，张丽芳.美国STEM教育变革中“变革方程”的作用及其启示[J].中国电化教育，2014（4）：18-24+86.
[6]胡畔，蒋家傅，陈子超.我国中小学 STEAM 教育发展的现实问题与路径选择[J].现代教育技术，2016，26（8）：22-27.
[7]王娟，吴永和.“互联网 +”时代 STEAM 教育应用的反思与创新路径[J].远程教育杂志， 2016，35（2）：90-97.
[8]赵慧臣，陆晓婷.开展 STEAM 教育，提高学生创新能力——访美国 STEAM教育知名学者格雷特·亚克门教授[J].开放教育研究，2016，22（5）：4-10.
[9]余胜泉，胡翔.STEM教育理念与跨学科整合模式[J].开放教育研究，2015，21（4）：13-22.
[10]何玲，黎加厚.促进学生深度学习[J].计算机教与学·现代教学，2005（5）：29-30.
[11]赵婀娜，赵婷玉.《中国学生发展核心素养》发布[N].人民日报，2016-9-14.
[12]李青.学习活动建模[D].上海：华东师范大学，2005.
[13]吴军其，杨志峰.基于 LAMS的学习活动设计[J].中国电化教育，2007，（4）：104-107.
[14]黄荣怀，王晓晨，李玉顺.面向移动学习的学习活动设计框架[J].远程教育杂志，2009，17（1）：3-7.
[15]刘清堂，叶阳梅，朱珂.活动理论视角下 MOOC 學习活动设计研究[J].远程教育杂志，2014，32（4）：99-105.
[16]王楠.在线学习活动设计模型研究[J].中国远程教育，2014（4）：31-34.
[17]赵呈领，徐晶晶.翻转课堂中学习适应性与学习能力发展研究——基于学习活动设计视角[J].中国电化教育，2015（6）：92-98.
[18]王朋娇，蔡宇南，段婷婷.微信功能包支持下的移动学习活动设计[J].现代远距离教育，2015（1）：35-40.
[19]张浩，吴秀娟，王静.深度学习的目标与评价体系构建[J].中国电化教育，2014（7）：51-55.
（编辑：鲁利瑞）
