STEM教育课堂实施案例与策略初探

文章来源:本站原创 作者:吴永凤 邓飞扬 发布时间:2019年03月31日 点击数: 次
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STEM教育课堂实施案例与策略初探

? 论文摘要:

未来的人才竞争主要在于综合性人才的竞争,在此背景之下,美国率先推出了STEM教育并取得了良好的效果,相继欧美各国也相继加入其中,这是新时代教育发展的趋势,也是培养综合性人才的重要途径之一。基于小学科学教育,STEM教育作为一种先进的教育理念,更加注重学科之间的相互补充、相互支撑、相互交融。

? 关键词:

彰显STEM理念 ???凸显STEM方式 ???构建STEM框架 ???优化STEM技术

? 正? 文:

STEM教育是科学、数学、工程、技术的英文简称,本着将各个学科领域融会贯通的宗旨,着力于培养学习者的综合能力。为了加强学习者的创造力,在其中加入了Arts(艺术),形成更加全面的STEAM。

对于小学科学学科,给学习者创设关键的问题和情景,使其运用已有的知识思考和解决其中的问题,提升学习者跨学科的思维能力和解决问题的能力,开发创造力,培养综合性人才。

一、优化项目,彰显STEM理念

小学科学是一门综合性很强的基础性学科, STEM教育理念下,对于科学学科教学,以团队竞争为基础的学习方式优势更为明显,主要体现在以下几个方面:

1、STEM教育是以团队学习为主要方式,学习中更加注重以团队为单位竞争,从而更好地满足STEM教育理念,同时科学新课标也指出在科学探究中应“重视科学与人文的结合,科学与数学的结合,科学与语文的结合”。这就为STEM教育增添了丰富的内涵,同时也提出了STEM教育的走向。比如小学五年级数学教学中的《可能性》单元,笔者充分利用团队合作学习的方式,融合教学方式,开展项目式学习,让STEM教育理念深入到课堂教学中,达到提高课堂效率的目的。我们都知道,数学教材中主要是通过学生扔硬币的方式来揭示硬币正面朝上和反面朝下的几率几乎都占二分之一。如何来科学证明这一科学原理呢?教师对该课内容进行了大胆的融合、思考。教师将科学学科的探究方式融入到本节课的教学中,让学生先进行探究式学习,记录硬币正面朝上或反面朝上的数据。探究学习结束后,学生对探究活动中的数据进行分析,处理,最后发现,正面朝上和反面朝上的次数几乎持平,扔硬币的次数越多,两者的差距越小即正面朝上和反面朝上的几率各占二分之一。为了进一步说明这一科学结论的可靠性,教师将搜集到的扔硬币的探究数据呈现在学生面前,加强对科学结论的解释。

2、STEM教育更加注重团队学习,在团队学习中更加注重团队成员中,每位成员在学习活动中充分发挥自己的优势,完成个人所完成不了的项目。因此,STEM教育更加注重各成员之间的团结协作能力和团队精神。团队的作用是STEM项目学习能否顺利完成的关键。比如项目式学习《童手搭高塔》,整个项目从学生的学习方案的设计到开始实际施工建造高塔,都需要学生的相互协作,共同完成。方案的设计需要学生的综合智慧,实施过程需要小组内同伴的共同动手操作,等等这一切的活动都需要一种团队合作意识。

3、通过相互学习和良性的竞争获得成功的喜悦集体荣誉感,增加自信心。符合STEM教育特征的技术增强性、趣味性。比如笔者根据教科版科学小学六年级《建高塔》的教学内容中,为了让学生更好地认识塔的建造过程,科学解释本节课的科学概念,学校STEM教育团队设立了STEM教育项目。该项目将赋予学生工程师团队的身份参与到活动中来,对各个团队进行号召和鼓励:“每位工程师都有机会成为最优秀的工程师团队成员,请各工程师团队结合学科教学内容和自己的生活经验进行思考:怎样才能造出不容易倒的铁塔呢?怎样才能让自己团队建造的铁塔更美观?怎样才能让自己团队建造的铁塔更省材?”,在思考交流的过程中,有同学马上就提出了可以利用加斜杆的方式,利用“三角形的稳定性”这种科学学科以外的知识来解决建筑中的难题。

赋予其“工程师”社会身份,是STEM教育的典型学习特征,同时也是激发学生参与到STEM项目学习中重要因素,它将更能激发学生的主观能动性,并让其学习主动性得到明显增强,从而提升学生的自我效能感。STEM教育理念正是因为是团队合作学习方式,因此这种良性的团队竞争是增强学习者主动性的最好的方法之一。

二、做好方案,凸显STEM方式

“统整学科的教学目的就是要打破单一学科、单一领域的框架。”这是STEM教育的重要理念之一。最直接也是最常见的学习方式就是学科融合教学。所谓学科融合是指承认学科差异的基础上不断打破学科边界,促进学科间相互渗透、交叉的活动。学科融合既是学科发展的趋势,也是产生创新性成果的重要途径。科学、技术、工程、数学、艺术之间实质上有着天然的共通性和互补关系。他们将是学习活动中促进学生学习方式变革、学习思维提升的有力抓手,同时促进学生综合解决问题能力的形成。

1、汇聚众智,优化设计方案:《童手搭高塔》项目学习的设计环节中,各个团队首先要汇聚自己团队已有的艺术技能画草图,对团队的高塔进行设计,接着进行预算具体需要的材料类型以及需要材料的数量。接着团队要对自己的设计方案进行展示交流,让其他小学组提出更加优化的设计方案,修改出更加可行的操作方案。最后定稿后,向老师汇报本组的设计方案,STEM教师团队按照每个团队汇报的情况进行材料发放。

学习者们立刻进入角色,工程特长生作为材料选择的指挥者,数学特长生作对高塔进行设计和材料预算的指挥者,美术特长生作为画高塔草图的指挥者。项目学习团队之间相互协作,相互成长,从做中学,从实践中发现问题,解决问题。同时,在不断实践和思考中,汇聚团队的力量和智慧,优化自己团队的设计方案,让操作更科学,建筑更美观。

《童手搭高塔》可以说是集科学、数学、工程、技术、艺术为一体的项目式学习典型案例,它将各学科知识、学习方式、思维方式融合在一起,让学生在学习中汇聚纵人之长,提高自己的综合学习能力。

2、学科基础,优化设计方案:科学新课标指出“科学探究是人们探索和了解自然。获得科学知识的重要方法。以证据为基础运用各种信息分析和逻辑推理得出结论。”科学学科本身自有的求证性契合STEM教育特征中的求证性,均遵守客观的科学规律。比如在开展《测试滚动和滑动摩擦力》项目学习时,为进一步优化项目学习方案,项目组需要为借助科学学科的探究特点,以学科探究方式为基础开展方案设计。

3、思维融合,优化设计方案:加入工程和数学的理工思维,选择需要的材料、计算所需的材料数量。利用艺术的创造性思维,画草图对高塔进行设计。从对知识的理解转变为对实际操作中对问题的解决,与STEM的学科融合相一致,相互支撑、相互补充、相互交融,促进学生综合能力和创造力的提升,培养综合性人才。同时也满足了设计性、协作性、体验性等多个特征。

三、突出探究,构建STEM框架

1、科学引导项目探究:利用各个团队所制定的项目实施计划,依据各项目学习团队的预算情况,项目团队向老师申报所需的项目实施材料,按照团队的申请,各项目团队在辅导教师处领取相应数量的材料,建造出自己团队设计的高塔,在建筑过程中记录核对数据。某些组可能存在对材料预算的错误或者高塔不够稳固的情况,辅导教师要注重巡视并且科学引导学生解决建造过程中遇到的问题。学生的作品建筑完成后,学生可以发现将团队建筑好的作品放在水平台面上都比较稳固,为了检验学生作品的抗风性,教师带来了电风扇(模拟风从不同方向吹来的情况)。教师利用风扇的风力对各个作品进行一一测试,在测试过程中充分检验学生的设计情况,对于抗风能力不好的作品,建议学生根据存在的问题再进行改进。项目学习中要求各个小组对每个作品的特点进行观察、记录,分析作品中的优点、不足,便于改进方案。

2、发挥团队意识探究:STEM项目学习注重学生的团队学习意识,在项目学习中要充分发挥团队的战斗力、协作力、合作意识。《童手搭高塔》、《压不破的气球》、《让纸飞机飞得更远》、《生鸡蛋与熟鸡蛋》等项目学习中,项目学习各个团队协作性得到了展现,执行力得到了训练,相互学习,共同进步将项目完成。教师巡视中,对于各个团队所面临的问题,可以通过正确的引导,帮助学生建立解决问题的信心、决心,对于遇到困难的问题,教师可以适当引导,一起解决学习中的问题。在 STEM 项目学习中,教师角色既是项目学习的设计者,也是项目学习的组织者、知识的讲授者和学习的引导者。教师要充分引导学生发挥团结、合作的精神,共同协作,完成各个学习环节中的任务。比如在项目学习《生鸡蛋与熟鸡蛋》中,学生对解剖生熟鸡蛋的技巧来说还是比较吃力的,为了解决这个问题,学生在方案设计、小组交流中积极发言,畅谈自己的不同观点,为团队能顺利完成项目学习提出了宝贵的意见。

四、交流分享,优化STEM技术

1、科学分析交流,得出结论:项目式学习的最终将引导学生完成对科学知识、科学规律的周期性探究活动,形成阶段性研究结论或终极性研究结论。为了实现这样的学习目标,教师要引导学生开展项目数据的统计分析工作,科学分析数据,得出科学的学习结论。在得出结论中,教师引导各个团队通过交流讨论的形式,总结归纳学习活动中的现象,结论。比如《童手搭高塔》学习中,学生通过团队中的交流分享,分析学习中的数据,得出了项目中蕴含的科学知识:下大上小、上轻下重的高塔不容易倒,且越加开放的框架结构比密集的框架结构抗风能力更强。比如项目式学习《可能性》,学生对硬币正反面朝上的数据进行分析后发现,硬币正面朝上和反面朝上的几率几乎相同,次数越多,两者的数据更接近一半即二分之一。STEM项目学习中,教师要科学引导学生开展数据分析,只有用数据来说话,才能让学生形成正确的科学探究学习方法,尊重科学。

STEM项目学习中让学习者自己去分析数据、交流发现、思考问题、解决问题,学生的主体性地位才能得到了体现,对于知识的把握才能更深刻。

2、科学反思评价,不断改进:STEM项目式学习是一个系列行学习问题,不仅仅是解决了当前的某一个问题后,项目学习就终止了,更重要的是在学习过程中不断发现新问题,不断解决新问题。关于项目学习中的《让纸飞机飞得更远》中,学生设计制造的飞机飞行的距离总是不尽人意。项目学习中各个团队都在思考解决这个问题,通过团队的再次修改,反思制作中的问题,最后归纳此次研究比较成功的经验,通过实验探究验证自己的猜想。项目学习中各个团队也对需要改正的地方进行了自评,同时教师对团队做的好的地方加以评价和鼓励,做的不好的地方提出进一步修改的方案。

通过评价反思,学生逐步学会懂得尊重科学道理,培养科学素养的情感,这样的安排符合STEM项目学习的求证性。

STEM教育理念引导了整个项目的教学和学习方向,科学学科的教学设计过程夯实了科学的严谨性,数学、工程、技术、美术其他领域的加入让学习者能够更全面的考虑问题和解决问题。杜威说过:教学永远离不开那些直达认知核心的情境,它的表现形式就是让学生自我表达。

对于教师而言,通过每一次STEM项目学习活动,更大程度上让教师掌握了STEM项目学习的核心特征所在,对于教师的专业能力的提升有极大的帮助,STEM教育的团队协作能力得到提升;对于学生而言,学生的综合实力得到了极大提升,解决问题的能力得到充分体现,综合能力得到增强。

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译文:

Case study and strategy of STEM education classroom implementation

Abstract:

??? The future talent competition mainly lies in the competition of comprehensive talents. Against this background, the United States took the lead in launching STEM education and achieved good results, and the European and American countries joined in successively. This is the trend of education development in the new era, and also one of the important ways to cultivate comprehensive talents.Based on science education in primary schools, STEM education, as an advanced educational concept, pays more attention to the complementarity, mutual support and mutual integration between disciplines.

Key words:

Highlight STEM idea highlight STEM way build STEM framework optimize STEM technology.

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