价值共创视角的工程类STEAM课程设计研究

梁玲琳 徐智炜 陈絮菲

关键词：STEAM教育 价值共创 设计方法 共创机理 产品设计

引言

进入21世纪以来，科学技术的创新决定了一个国家的核心竞争力。从“创新驱动、智能转型、强化基础、绿色发展”的视角来发展技术教育[1]，科技的创造性人才的培养，是国家实行“创新驱动发展战略”的重要路径[2]。在“应试教育”背景下形成的工厂式的教育模式导致长期以来学生创新意识和创造能力的缺失。“STEAM”教育的概念演化于“STEM”教育，是指科学、工程、技术，以及数学学科相关和综合的教育。[3]自STEAM教育从诞生以来，就内蕴了国家战略意志和社会发展需求，STEAM教育的蓬勃发展是与社会进步、民族复兴相联系的。

现阶段STEAM教育研究中有关STEAM教育与创新能力和核心素养的关系史现阶段STEAM教育研究的重心和热点。[4]STEAM理念在现实落地中基本仍止步于劳动教育、通用技术教育等校本课程的限制中，对课程学科知识逻辑整合、项目式教育、重建知识体系等跨学科交融的研究占比较少。[5]虽然一部分学者对于课程案例进行剖析，试图提供有建设性的STEAM教育模式，但是从设计介入，对于STEAM课程设计本身的研究尚且不足。STEAM教育区别于传统学校教育在于STEAM教育以项目式的跨学科学习方法培养21世纪学习者的学习能力、实践能力、创新能力。[6]通过学生动手实践，在创造的过程中完成知识与思维的学习，其本质可以理解成在价值共同创造中达到教育价值形成的教育模式。

因而本文从共创视角出发，对工程类STEAM课程的共创机理进行剖析，分析产品产出过程在工程类STEAM课程中作为工程价值生成过程中所起到的作用。提出“建构-解构-再建构”的工程类STEAM课程设计方法以期更好地解决实际STEAM课程开发中存在的STEAM教育形式化问题，推动技术教育改革，更好地让学生能够通过项目式的跨学科学习获得解决现实世界问题的能力与创新能力。

一、价值共创概述

价值共创的概念是随着19世纪服务经济学兴起而产生的，价值创造从交换经济时代的以商品主导（G-D）逻辑发展为顾客和企业共同生产价值的逻辑，企业和顾客的互动成为价值创造的核心，且二者不是单向的传递过程，而是通过彼此之间的互动来创造价值。[7]21世纪以来，随着信息技术进入大众生活之中，体验成为企业竞争中的重要关注点，共同创造价值理论随之进入新的阶段，Prahalad和Krishnan指出价值共同创造是企业通过沟通和主动互动，在产品或服务中重新创造体验的过程。[8]

从顾客主导逻辑出发，顾客以诸如知识、技能、经验的资源为主，整合企业提供的资源来完成价值创造，这种价值创造是以体验为主的。同时，顾客成为价值共创过程的主导者，企业是价值共创过程的辅导者，以顾客、企业和其他利益相关者的积极互动作为价值创造的核心行为逻辑。[9]显然，工程类STEAM课程中具有类似于企业與顾客的两种身份，即教师与学生，二者在以项目式的工程任务完成过程中将解决问题的思维、能力、经验作为供给性资源传授给学生，与学生自身具有而且非显性的存隐性资源进行整合实现价值创造。在STEAM教育实践中，课堂的主导者是学生，而教师以辅助者身份保证课程的进行，解决模拟情境中的实际问题、完成工程项目。换言之，工程类STEAM课程是在学生为主导的课堂中，在学生与教师共同创造工程价值的过程中以体验的方式进而拟合出教育价值。

因此工程类STEAM课程的项目式学习的本质要求使得其与价值共创理论具有天然的联系性。另外，共创理论对于重新审视工程类STEAM课程提供了独特的视角，为设计者在快速理解优秀工程类STEAM课程逻辑和设计新课程提供了帮助。

二、工程类STEAM课程的共创机理

服务中的角色不仅具有复杂性和多元性特征，同时还具备可转换的特征，使得系统本身及其解决方案更趋错综复杂。[10]从价值共创角度解析工程类STEAM课程，是将学生与教师双向互动看作价值共创的过程，如何实现学生与教师的积极互动，从而满足学生创造力发挥实现价值增值就需要对工程类STEAM课程的共创机理进行剖析，如图1。

工程类STEAM课程的共创机理中在需求侧存在两个角色，一个是学生，另一个是教师，课程成为两种需求来源碰撞后的产物。STEAM课程秉持“以学生为中心”的教学理念，在价值共创视角下，共创价值前因是学生需求。以虚拟价值链和实体价值链构成的价值矩阵表达价值共创过程，同时价值共创的结果则是具象效用的工程价值和抽象理性的教育价值作为衡量指标。“师生共创”是有计划的行为，遵循“认同—意愿—激发—行为”这一路径。[11]

工程类STEAM课程为了以项目式的情境体验中解决实际替代传统教学方式，具有情境引入、定义问题与工程目标、方案设计、分工与实践、演示分享5个单元，这5个单元成为了工程项目的虚拟价值链。学生通过自身经验、技能、知识等存隐性资源借助教师提供的诸如工具、材料、道具、新技能等的供给性资源在虚拟价值链中以循环互进的方式凝聚成产品，完成工程价值和教育价值的聚合。学生在情境引入中接受信息后在接下来环节中通过资源整合创造价值，教师则完成信息传达后主持整场价值创造过程，因而情境引入环节是虚拟价值链的收集信息步骤。定义问题与工程目标则是在信息收集后对已有信息进行组织整理，明确并梳理出真正问题与工程目标的信息组织步骤。进而，针对具体的问题与工程目标，学生需要对若干可能解决方案进行选择，方案的选择即是对信息的选择。分工与实践是在引入新的学生个人信息，完成对工程目标拆解后形成单个任务目标的分配及各个任务完成情况与结果的信息分配与合成。工程实践并不总是一次就可以达到预设目标，所以常常需要多次实验，返回到重新定义问题和工程目标进行迭代循环，虚拟价值链也在循环过程中最终完成价值创造，如图2。

虚拟价值链描述了信息在价值生成中的作用，而实体价值链则是描述具体产品在生成中的变化，二者角度不同，但具有逻辑上的密切关联。工程类STEAM课程是项目式的学习，因而项目中的物料变化构成实体价值链中的变化，呈现出完整的闭环系统，即“情境引入-信息记录-原始物料-实验测试-工程产品”。

第一，情境引入中教师通过使用诸如视频、教具、绘本等课堂道具将虚构的环境信息传递给学生，学生反馈情态帮助教师把握课堂；
第二，教师以主持身份帮助学生通过信息记录的手册、表格定义问题与工程目标；
第三，学生在定义问题和工程目标后提出解决方案，此时以教师提供或学生收集的方式完成原始物料的收集；
第四，分工实践则是学生对于原始物料按照方案设计进行试验与测试，对于学生所不具备的经验、知识、技能，教师进行事前与事中的指导，产出试验性产品。如果未能顺利通过测试，则返回重新定义问题与工程目标步骤，在新的经验下，再次进行原始物料收集与实验测试；
第四，在试验性产品通过测试，能够解决情境中存在的问题后，以演示与讲解的方式阐述此次工程总结。

在上述過程中，学生与教师始终进行有效的信息交换，以物料到产品的逻辑完成价值共创过程，产品生成过程即是共创的实体逻辑过程。

三、价值共创视角下的工程类STEAM课程设计分析

（一）设计分析

如前所述，工程类STEAM课程是产品生成的过程，是价值共创的过程，产品生成贯穿了工程类STEAM课程的核心逻辑。学者白仁飞与蔡军指出价值创造是一个复杂的系统工程，一方面通过价值生产进行价值主张的传递，一方面通过让渡权利寻求用户的价值认同。[12]对工程类STEAM课程分析价值供应的权重变化，理解和把握课程设计逻辑具有指导意义。

从产品生成过程的价值供应看，情境引入中学生作为被动接受信息的一方，不参与这一过程，价值供应完全在教师。定义问题与工程目标则需要双方共同进行完成，教师在其中扮演主持者的身份，价值供应的主要对象开始向学生偏移。方案设计涉及的主要物料是工具和材料，取平均情况，物料的价值供应略偏向教师侧，而草图与结构模型的制作主要由学生完成价值供应。分工实践的结果是工程产品，因而材料工具需要相对自由的环境帮助学生尽可能实现创意，教师和学生的共同努力缺一不可。在最终的演示分享中，学生对课程过程进行回顾，充分获得过程中产生的教育价值。整个过程内完成了价值主张的传递和教师向学生的权利让渡。

所以，价值共创视角下，产品在工程类STEAM课程中具有以下三点作用：第一，在价值上，产品是STEAM课程中共创产生的价值的凝聚物，是存隐性资源与供给性资源整合的结果，对教学评价直接产生影响；
第二，在教学过程上，课程中的产品构建过程是共创的核心阶段，是价值供应重心从教师侧向学生侧传递的过程，在这一过程中完成STEAM教育的目的；
第三，在教育方法上，产品生成是过程是实体化的问题解决思维，产品是教师教授问题解决思维的假借物。进一步来说，产品在工程类STEAM教育的共创价值构建中发挥了中流砥柱的作用，产品可以作为工程类STEAM课程设计的牵引。

回溯到本课题的设计实践，在传统学科教育中，蜗牛相关内容出现在小学三年级上册科学课教材，以蜗牛的身体构成、运动方式和蜗牛饲养方法作为核心知识点。借以课本中蜗牛饲养箱的知识点作为蜗牛饲养箱工程类STEAM课程的起点，将11岁以上具有相对成熟推理逻辑能力的6年级学生作为授课对象。教学目标分为知识目标、能力目标，以及情感目标。在知识目标上，在现象层面了解蜗牛习性的基础上，进一步了解背后生物演化与环境关系的原理，以及工程方面了解亚克力材料特性以及编程原理与CAD软件操作。能力目标上，需要掌握环境评价指标建立、智能硬件设计与控制、激光切割亚克力板的能力。在情感目标上，一方面通过工程感知培养信心、耐心、责任心，另一方面通过课程中的社会经验培养合作意识、利他主义价值观和表达力。

（二）工程类STEAM课程设计方法

产品作为工程类STEAM课程实施时教师与学生的共同对象，设计者在设计过程中需要将产品生成过程作为核心线索，通过对挖掘出的实景问题找到产品解决方案，并按照工程逻辑解构成产品元素，最后以课程逻辑建构成工程类STEAM课程。实景是指具有模拟真实环节和情境性质的问题，实景问题的解决是综合的，需要运用跨学科思维进行解决。[13]设计者需要通过建构步骤的定位理解课程建构的主要目标，从“方案-工程-课程”3个方面逐步深入完成课程设计。在整个过程中，设计者将自己灵感式思考过程转化成理性思考方式并通过以学生为中心的教学原则整合，使工程类STEAM课程设计开发有迹可循，基于此，提出“建构-解构-再建构”的工程类STEAM课程设计流程与方法，如图3。

1.建构——方案主导

以产品的构建过程为核心线索，第一次建构以设计者识别出的实景问题作为出发点，目的是找到预设的工程目标，以预设产品制作作为第一次建构的结果，为构建课程逻辑提供基本思路和产品原型。

以方案为主导的第一次构建可以划分为初始、评估、生成三个阶段，在初始阶段设计中首先需要识别到实景问题并使用发散思维得到若干个解决方案。评估阶段则需要对方案发散出的方案通过访谈、合理性量表等设计评估方法进行筛选并得出优化建议。

智能蜗牛箱课程设计通过对于STEAM教育行业专家的访谈检验该方案的合理性并获得了课程设计建议，对于智能功能的工程难度进行评估。生成阶段需要对方案涉及的基本材料进行采购，并按照设计者预设的目标进行制作，如图4。

2.解构——工程主导

在预设产品建构完毕后则需要进行以工程为主导的解构，帮助设计者在产品原型的基础上站在没有技术、经验基础的学生视角理解工程的全部细节，从而完成从产品原型到课程方案的关键过渡。解构分成解析和挖掘两个阶段，在解析阶段需要对抽象的工程步骤以及具体的材料工具进行解构，以流程图的方法厘清工程中流程与物料的对应关系。明确从零开始搭建蜗牛箱的全部工作和工程中的课程设计点，为接下来挖掘阶段和二次建构奠定了基础。

如图5，对于蜗牛饲养箱解析成材料采买、箱体设计、箱体制作、代码书写及测试、设备安装与调试5个步骤，并对每一个步骤简单描述了具体行为、材料与工具。在挖掘阶段需要完成确定材料预制程度和开放点挖掘两项工作，材料预制程度的确定，实际上是对工程全过程进行截取，将价值量低、偏离主题、与学生能力不匹配的部分剔除，保留符合学生认知阶段和教学目标的过程。开放点的挖掘需要设计者将不影响工程逻辑的节点进行可能性发掘，在本课程中箱体空间设计、结构设计、功能定义与智能模块选用可以作为工程过程的开放点，由学生根据自己的工程目标对产品生成过程进行决策。

3.二次建构——课程逻辑主导

随着解構的完成，设计者对于要面对的问题、工程路径以及最终产品完成了从感性的认识到理性认识的过程。在有了工程骨架之后则要通过第二次建构，通过课程主导逻辑将工程过程转化成教学流程，并进一步明确课程中所需要的物料。二次建构分成逻辑生成、细节设计、迭代优化三个阶段。逻辑生成阶段是对课程主线逻辑进行梳理，站在服务接受者学生的角度理解是否合理，能够有情境有目标有路径地完成整个STEAM过程。

因此课程划分为3个课时，彼此间建立通畅的逻辑线条，第一课时通过未来生态环境恶化，保护蜗牛物种作为场景引入让学生尝试利用课堂提供的多种材料制成不具有智能功能的蜗牛饲养箱。进一步进行评估发现，维护饲养箱环境稳定会成为这种蜗牛箱亟待解决的共性问题，由此将新技术引入作为第一课时结课的结论。第二课时紧接着对第一课时引出的环境稳定性问题整理出若干个如湿度、温度等的具体问题，围绕技术掌握展开成原理讲解、智能模块实验教学，帮助学生掌握智能控制方法解决制作智能蜗牛饲养箱的问题。第三课时建立在第一课时不完善的产品经验和第二课时的技术学习的基础上制作相对完善的智能化蜗牛饲养箱。

四、设计方案

（一）课程规划

设计方案结合六年级儿童认知特点及科学课教科书内容作为参考，突出智能控制的新技术作为教师侧供给性资源与学生的存隐性资源拟合共创价值的过程。

教学目标在知识层面将与蜗牛习性相关的环境指标与成因、空间设计方法、智能控制原理以及产品设计思维传授给学生，能力层面重点培养学生基本生物学科研能力、通用工具使用能力、智能控制设计制作能力以及综合问题解决能力，素质层面帮助学生养成社会责任感、利他主义价值观以及学习自主性。整体课程设计具有清晰、连贯、丰富的特征，从共创价值生成的逻辑上将知识、能力、素质三个维度串联在一起，营造和谐统一、启发与反思、合理创新的课堂氛围。

为了满足学生对于新技术的学习具有足够动机，而不是被动性接受，在新技术教学之前，通过课程设计使得学生先在低技术环境下进行设计实践，并反思如何改进能使得方案更能满足预期工程目标，再进一步引入新技术学习。简单预制过程也为课程最终的复杂工程奠定了底层逻辑，帮助顺利完成STEAM过程。智能蜗牛饲养箱课程包括三个课时，每个课时为90分钟，课时之间衔接自然流畅，并且每一课时工程目标明确的同时具有教育价值侧重的变化。

（二）课前准备

课前准备工作除了要对使用的材料根据每个课时的共创内容进行必要的采买，还需要根据实际情况进行预加工和道具制作，保证课程时间不在偏离逻辑的低价值区域度过，包括第一课时的亚克力板制作的CAD文件、风格统一且高可读性的记录表、每个课时的情境引入时使用的视频、示例代码。除此以外，为了情境引入具有沉浸式体验，帮助学生获得更好的教学服务体验，可以针对每一课时的预设情境进行布置，通过工程师制服、灯光效果和桌面道具打造实验室的场景。

（三）课程节点设计

在STEAM的工程项目由教师和学生两方进行的共创过程中，每一课程节点是贯穿课程逻辑的基本单元，承载教师和学生的共创行为。无论是虚拟的价值生成或是实体的价值生成本质上可以看作信息的聚合过程，因而基于共创视角的工程类STEAM课程设计，要求把流程的每一节点看作是对信息的处理点，将教师传达的信息、学生产生的信息最大程度结合形成新价值，从而推动课程清晰前进，提高STEAM教育价值。

1.收集与组织节点：记录有待琢磨的想法较为简单，教师直接书写在白板记录即可，对于蜗牛饲养环境的空间计算需要设计专门的记录表，记录清楚变量和计算步骤，而第三课时较为复杂的产品说明文档则需要教师指引目录与写作规范帮助学生动手完成。

2.选择与合成节点：在本课程中，选择材料、制作原型、亚克力板制作、自选智能模块实验、组装智能蜗牛饲养箱都依赖于学生自主作出选择与动手实践。前置节点是从能力角度对最终工程目标节点的拆分，前置节点为最终节点提供经验和技术知识，从而保证学生有足够的能力完成较为复杂的最终工程目标。

3.评价与反馈节点：本课程的第一课时的低技术环境中制作出的蜗牛饲养箱需要学生带回使用并记录功能缺陷，同时，按照问题严重性对功能缺陷进行排序，为更复杂的智能饲养箱奠定起因。而第三课时中也需要学生对制作出的智能蜗牛饲养箱进行小组互评，提出优化建议，让学生领悟到工程不是静态的，而是需要不断反馈优化的。

结语

横向理解国内外研究，学生创新素质的培养中，STE AM教育起到多维度、由下而上的推动作用。[14]由于STEAM课程在国内关注度持续增长，STEAM课程设计研究也势在必行。从价值共创的视角出发，解析STEAM课程中的价值共创机理，得出产品生成过程即是STEAM教育价值生成过程的观点。同时，对智能蜗牛饲养箱课程的设计实践，从产品设计制造流程提出了“建构-解构-再建构”的工程类STEAM课程设计路径，促进STEAM课程教育发展，满足学生的学习需求。这种设计方法一方面可以避免STEAM教育形式化的问题，另一方面也避免因设计者对STEAM的偏差理解而导致STEAM教育效果不佳的情况发生。希望对STEAM教育提供可行思路。

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