STEM课程设计的最大挑战
老师们常以答题的对错来决定学生的学习成效。因为一切朝“对”的方向看，我们很自然的会像学生示范“正确”的解题模式和诠释方法。身为老师或者家长的我们相信，这么做的结果，学生犯错的概率会更加低，遇到学生犯错的时候，我们也很自然地主动教导并且叮咛：“应该”这样做，这样回答就对了。朝“对”的方向走，在无形当中，我们也灌输学生“不能犯错的想法。 ”犯错“在长久的教育史里，已经成为一种禁忌，让学生试错，在大班教学环境里面，也被认为不够高效，这也是STEM课程设计者最大的挑战——应对不能犯错的迷思。
其实，“犯错”是一个机会.
英国作家丹尼尔·科伊尔（Daniel Coyel）对天才的养成和学习特别好奇，他行走各国各地去观察各领域天才的学习情形。他发现，这些天才除了有先天的优势之外，最重要的是后天养成的遭遇挫折反而更加努力的不服输精神。这些天才的共同点在于允许自己犯错，一次一次在犯错后停下来思考，然后尝试新的方法来突破瓶颈。如果犯错了，就再次思考，反省可能的犯错原因，接着进一步寻找解决的方案。
深层练习
科伊尔把这种针对于犯错来学习的过程定义于深层练习（deep practice）。“深层练习”可以让学习者尽情的无后顾之忧的犯错，并从错误中学习，不断的寻找更有效率的方法来解决问题，换句话说，练习不是盲目的，而是经过思考和脑力激荡的。
科伊尔的深层练习确实可以增进学习成效，但是实行起来并不容易，因为要有成功的深层学习，得先找到一套有效的教学工具。
在教育学中，这个教学工具，就是课程教案的设计。
就像科伊尔所说：“当我们看见别人有效率的投入练习的时候，往往会用，有意志力，专注，坚持等词汇来形容那些挑战极限，让观众惊心动魄的经验。当这些天才在忘我的投入练习中，从表面上看来，他们似乎不断遭到挫败，抓不到要领。事实上，他们正刻意的，极尽所能的挑战自己攀登能力的更高峰。也正因如此，失败的概率可想而知，从某些方面来说，挫败是自我成长的利器。“因此，一个好的老师除了要有丰富的经验，耐心和广博的知识，更要在课程计划中提供学生深层练习的机会，带领学生思考研究，而不是使学生只会答题。老师们要舍弃”不能犯错“的教学迷思，校长们要给老师们”课程失败“的空间，从正面的态度重新诠释”错误“的意义，了解在学习过程中所经历的沮丧和挣扎，其实是驾驭，学会某种技术或知识的必备要素，因为这些负面的情绪，是帮助大脑进行深层思考的动力。
逆向设计
要保证学生学习的有效性，最简单最直接的方法就是精心编写课程计划，在编写的过程中，老师可以针对学生的能力设计有利于学生学习的内容和活动，并预设学习的成效。维格金（Wiggins）与迈克提格（McTighe）鼓励老师进行以预想学习成效主导的“逆向设计”（backward design）来规划教学计划，他们相信教学者心中如果已经预设一定的教学目标，与其学生有某种程度的表现，那么在撰写教学计划的时候就会有比较清楚的脉络思路，会为了增强学生学习效果而刻意安排各式的学习活动。除了确保这些活动合乎逻辑性与次序性之外，他们也相信这种逆向设计，可以自然而然地吻合学习指标的要求。逆向设计STEM课程更注重“学习者将会学到什么”多于按照老师的计划“老师将要教什么”，是以学生为中心的课程设计。
逆向设计有三个阶段，每个阶段需要设计者为知识的获取而积极思考，下面的表格以提问的方式来检视主题-目的-成效三个方面所影射的内容，评价，实践的关联性。
很多教师选择逆向设计STEM课程的原因有：
逆向设计是一种被科学教学理论支持的方法
提升知识留存率，提高教学效果
这是一种有目共睹和被广泛接受的课程设计方法（在西方国家）
容易记住和解释
适用于多种教学情况，多种学科
统整课程设计（Integrated Course Design）
芬克（L.Dee Fink）提出了统整课程设计，统整课程设计将逆向设计（backward design）法拓展成针对高等教育的详细教学法。统整课程设计很关键的特点是，它把逆向设计变成了可同时进行的三种做计划策略。
统整课程设计通过以下十二个步来创造和调整学习效果，课堂活动，评估准则，测试指南，教学大纲可能存在的挑战和内容难度轻重。
初始阶段：建立课程的主要构成部分
1. 识别重要的情境因素
2. 识别重要的学习目标
3. 规划合适的反馈机制和测试步骤
4. 选择高效的教和学的活动
5. 确保这些重要的部分之间可以被统整在一起
过程阶段：将主要构成部分衔接成为一个整体
6. 为课程设计主位结构（语言学概念——根据听众知识水平，理解力和状态来决定说什么怎么说）。
7. 选择和创造教学策略。
8. 统整课程结构和教学策略去设计学习活动的总方案。
最后阶段：完成剩余重要工作
9. 设计评分系统
10. 纠正可能出现的错误
11. 写下课程教学大纲
12. 给自己的教学和课程设计一个评测。
总而言之，统整课程设计提供了一种详细的实现逆向设计课程的模式，这种模式将环境和情境因素对学生学习的影响都考虑在内。
统整学科的教学目的是要打破单一学科，单一领域的框架，统整学科的教学强调的是系统性思维的养成，它融合纵向思维（vertical thinking）的深度，横向思维的广度（lateral thinking），系统思维（system thinking）的连接性，一体多面的介绍全是反思与应用已获得的知识和想获取的知识。在学习知识的过程中，只是已经不再是独立的个体，运用它的复杂性和互联性能够有效的把知识的获取推向极致。这一切的成功与否，完全取决于老师愿不愿意积极主动的设计、规划、实践、评估并改进课程计划的撰写和教学。
中国公立校的课堂设计受限于中高考单一的评价标准，教师们负责自己教授的学科，努力提升自己所带班级自己教授学科的平均分，很难有动力去设计统整式的课程。教育如同很多其它行业一样，顶层设计决定了底层努力的方向，好在新高考政策在慢慢推进，“一考定终生”的状况也会逐渐改变，对于统整式的教育在中国的推进是一个大好消息。当顶层设计（新高考）开始变了，作为一线教师的你准备好了吗？公立教师培训系统同时也搭建起来了吗？学生能否真正了解自己的兴趣和长处，能够在六科中选出“真爱”的三科，在高一就规划好自己的学习方向和职业方向？……一切的一切都是教育改革过程中的挑战，让我们拥抱变化，共同成长。
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