设计理念

基于STEM教育理念的PBL教学设计是一种以促进学生自主学习和能力提升为宗旨，强调学生“创新学”和教师“创新教”的教学模式。“创新学”是通过情境学习、问题学习与探究学习，促进学生在“增加课程投入”后实现高阶思维能力的提升；“创新教”则是通过跨学科课程重构、产学融合、多维循证评价，鼓励教师为“激发学习参与”而进行的教学行为改革，最终达成培养具备更高的创新创业能力和跨界整合能力的工程科技人才的目标。而“创新学”与“创新教”的有效实施依赖教与学课程生态的有效整合。

设计路径

本研究以AI通识课程“人工智能创新项目设计”为例，进一步阐述基于STEM教育理念的PBL教学模式的设计路径教育管理。教学模式是一个环境系统，它包括教学原理、教学目标新项目、教学内容、教学过程乃至教学组织共同构成的系统操作样式。

基于STEM的AI通识课程PBL教学模式是以跨学科整合、循证教学和主动学习为教学设计主线；以培养具有工程创新素养、工程人文素养和AI素养的工程创新人才为教学目标；以学生设计开发一个AI创新项目所开展的工程研究实践为教学内容；以课程铺垫、科学探究、工程实践、交流强化四环节为教学过程；以多主体参与、多形式共存、教学相长的多维循证体系为教学评价；以促进产学融合、专业与通识融合的环境为教学保障的模式。

1.聚焦三大素养的人才培养创新目标设计

基于STEM教育理念的PBL教学着重培养学生的工程创新素养、工程人文素养和AI素养，通过清晰界定课程目标避免课程的形聚神散。其中，工程创新素养聚焦分析、评估、创造等高阶思维能力的培养，突出工程通用素养向工程创新素养转化；工程人文素养注重培育“领悟善、体验自由、超越和批判性思维”的心智，提高学生学业适应方案性；AI素养包括“正确理解AI科学伦理观、提升AI技术理解力、增强AI落地场景观察力”三方面能力，帮助学生探索未来职业的可能性。

2.注重探究—实践—交流的科学程序设计

基于STEM教育理念的PBL教学以项目作为课程教学的载体，以设计作为课程教学的过程，以跨学科知识、技能的创造性应用作为课程教学的宗旨。以AI通识课程“人工智专业能创新项目设计”为例，教学内容涵盖人工智专业能、产品原型设计、工业设计、创新创业等统一的知识版块及不同项目涉及的交叉学科知识领域。

教学程序设计包含课程铺垫、科学探究、工程实践和交流强化四个步骤：课程铺垫主要做好课程目标、教学方法、项目组队和团队建设，营造良好的学习氛围；科学探究是通过产业调研和实地走访完成识别问题、协作探究和方案制定三个学习环节；工程实践包含设计建造和测试改进两个哪些实践流程；交流强化以学生创业项目路演、跨专业跨界师资团队教学指导的方式，帮助学生结构化反思学习。以上四个步骤根植于真实世界，创设了探究学习、问题学习、合作学习的有利环境，有效激发学生自主学习的心理动能。

3.依据循证实践的多维多层评价设计

基于STEM教育理念的PBL教学模式，其循证实践的特性决定了实施多主体参与、多形式共存、教学相长的多维评价体系。学生的学习成果有设计方案、实物装置、视频展示、软件系统和研制报告以及路方案演汇报和回答问题情况，这些证据反映了项目实践全过程，能够有效监测教与学的实际效果。

多主体参与指专家评价、同行评价和个体评价并行（专家包括行业专家、教务部门人员与教师团队组成，同教育管理行指同班和同组同学，个体评价指学生自我评价）；多方式共存指形成性评价与终结性评价并举（项目研究推进阶段性汇报是形成性评价的依据，项目成果的质量、推广成效都是终结性评价的内容）；教学相长指向师生共同发展的评价体系构建，通过建立对学生能力和课程满意度的评估体系，为教师了解课程成效、改进目标提供资料，促进师生共同成长。

4.促进产学融合、专业与通识融合的环境保障设计

基于STE项目有M教育理念的PBL教学模式立足人才培养、科学研究和教育管理的实际需求，建立起教育与产业的对话机制：一方面，通过与行业协会企业等共同构建STEM教学实训基地新项目、学生创新项目设计平台、开发课程项目池等形式使前沿的哪些产业成果成为宝贵的教学资源，增加学生的工程实践与项目有技术体验机会，提高学生创新项目设计能力；另一方面，结合“挑战杯”“互联网 ”等竞赛，通过校园内部资源与社会资源的创新整合，邀请行业投融资专家对课程成果进行创业落地、投资孵化，实现学校与社会协同育人，帮助学生建立学习世界与工作世界的同频共振，构建产学融合、专业与通识融合的教学生态，为STEM教育的本土化实践提供环境保障。根据已有文献及上述论证，本研究提出假设，基于STEM教育理念的创新PBL教学模式：（1）能够显著激发学生的课程投入；（2）能够有效提升学生三大素养；（3）可以显著改善课程满意度。