澳门新葡亰娱乐官网新时代STEM教育的使命——“新时代、新课标、新实践”小学STEM课堂教学观摩研讨会学习心得

by admin on 2020年5月3日

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题记:

创客教育与STEM教育、科学教育的异同

| 第十组 王楠楠、李欣婕、张蓉蓉|

【摘要】数字化时代,教育形式也在悄然发生着变化,注重创造的创客教育、强调跨学科的STEM教育和科学教育在当今教育领域蓬勃发展,本篇文章着重总结了STEM和科学教育的特点并对侧重的教学领域进行了比较,力求为教育发展提供较为简明的参考。
【关键词】创客教育;STEM;科学教育

STEM

“2049年的中国教育,将会稳稳地立于世界的中心。中国标准,中国方案,将成为那时世界的标准和方案。届时,中国将成为世界各国留学生的目的国。”                                                                 

一、STEMD教育定义及特点

STEM最早是由美国国家科学委员会发表的《本科的科学、数学和工程教育》报告提出的,是科学(Science)、技术(Technology)、工程(Engineering)及数学(Mathematics)四门学科的缩写。

其最早影响的是美国高等教育领域,比较偏向理科层面的跨学科融合,鼓励学生解决实际问题。经过几十年的发展,一些学者也对STEM进行了补充和发展,较为著名的是美国弗吉尼亚科技大学学者格雷特亚克门提出了STEAM概念,其中A不仅指艺术,还指美(Fine)、语言(Language)、人文(Liberal)、形体(Physical)艺术等含义。在国家实力的比较中,获得STEM学位的人数成为一个重要的指标。

从课程角度来讲,它最重要的特点就是跨学科、多学科的融合。这个名称在国际上一般叫“综合课程”,也就是说这个课程所涉及的问题需要综合两个以上的学科方能解决。从学生的角度来看,STEM教育主要是通过项目驱动的方式,让学生在解决问题的过程中实现学习。从教学的角度来讲,STEM教育主要的教学目的不是为了完成学科知识教育,而是为了完成应对未来挑战能力的教育。STEM教育因其来源于基础教育课程,在教学实施方面享有一定的优势,STEM既可以在理论学习中突破单一课程束缚,加强相关学科的应用性和拓展性,还可以在综合实践活动中培养学生探究某一领域的思维方式和能力,具有较大的灵活性。


STEM由科学、技术、工程、数学这四个学科的英文单词第一个字母构成。STEM是美国国家科学基金会2001年在其有关教育方案中提出的,其后美国在多种政策和法案中提到STEM。2006年美国总统的国情咨文中提出培养具有STEM素养的人。2007年,美国国会通过法案,在三个财政年度内为STEM研究和教育计划投资433亿美元。同年10月,美国国家科学委员会发布报告,明确要求对学生开展STEM教育。在奥巴马总统执政期间,对STEM的关注与投入达到新的阶段,从联邦政府到州政府都制定了对STEM重点学校和STEM科研项目的投入规划。STEM之所以在美国引起普遍的关注,一方面因为现代社会对科学、技术、工程、数学方面的需求不断增长,另一方面因为在国际上获得科学与工程学位的人数美国排名仅第20位,这对于保证美国在科技与经济上的领先地位构成了挑战。加强STEM教育成为美国教育界的共识,并受到美国政府的大力支持。

                                  ——陈宝生

三十年后的中国教育一定会是以上的样子。这是基于我们的文化自信,这是基于我们对新时代教育发展的强大历史使命。陈宝生部长对未来中国教育的展望,让我们激情澎湃、跃跃欲试。十九大的胜利召开,为中国教育的发展绘就就了一张宏伟蓝图。发展素质教育,深化教育改革,立德树人等一系列深改措施,让我们的中国教育在新时代的征途上必将有新任务和新作为。

2017年,STEM的概念以迅雷不及掩耳之势进入我们的视野。当我们还没有充分认识到它的来龙去脉的时候,其实早在5年前它就已经开始在上海、浙江等地氤氲发生,进而弥散全国。进行STEM学习的课堂究竟是什么样子的?它是如何运作的?怎样才能确定在课堂里进行的是真正的科学探究与学习活动?

带着这些问题,2018年1月15-16日我有幸跟随济南市教研院李国卿主任参加了在浙江嘉兴实验小学举办的全国小学STEM课堂教学观摩研讨会。两天的时间里,我们倾听了北师大教育技术学院副院长董艳教授、浙江省特级教师、浙江省教科院科学教研员喻伯军老师等8
位专家对STEM的深度解读。观摩了浙江省嘉兴市实验小学吴建伟老师上的STEM展示课。专家们由浅及深的通识培训,师生们基于STEM视角下的精彩课堂呈现,让我对STEM视野下的跨学科教学设计有了重新的认识。

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二、中小学科学教育定义及当前我国中小学科学教育的特点

中小学科学教育是以青少年为主体,以学校教育为主阵地,以自然科学学科教育为主要内容,并涉及技术、科学史、科学哲学、科学、文化学、科学社会学等学科的整体教育。一般来说,科学教育是在各级各类学校和教育机构中相对于人文科学和社会科学教育而言的数学和自然科学、技术科学的学科教育。科学教育强调培养青少年的科学素养,学会科学分析,利用科学探究,用科学的方法解决问题,让科学与人文精神融会贯通。

在课程方面,中小学科学教育应实行综合性教学,但通过调查我们发现,目前我国实行的是分科教学,综合性弱。小学到中学的科学课程普遍偏难。小学科学教学虽是综合性的,但教师普遍缺乏综合科学的训练,而且小学科学教学至今尚未真正受到重视。

在实验方面,中小学科学教育应注重演示、实验以及操作。但由于地区发展不平衡,一些地区科学教育基础设施不完善,导致我国目前一些中小学科学教育重理论而轻实践。

在课堂教学方面,中小学科学教育应以学生为中心,突出学生的主动地位,强调学生的参与,但目前我国中小学科学教育课堂中学生多为被动学习,以教师为中心,对老师的依赖性很强。


近年来随着中小学STEM教育的深入开展,美国幼儿教育界也在关注STEM教育。在2015年美国幼儿教育年会上,STEM成为一个热点,是许多分会场报告的主题,有数十篇相关论文在这次年会上交流。

一、理论本源——熠熠生辉的科学文化

STEM起源于美国,它是科学、技术、工程和数学的学科综合学习模式。这样的学习样态是美国基于对其本国战略发展的教育革命。走过了农业革命和工业革命,美国的科技和工程发展日益凸显他们的优势。迈进信息革命时代,美国教育的发展重文轻理的现象,越来越多的理科生把目光投向了文科。这样的短板,让美国谋求世界科技霸主的地位受到了影响。面对人工智能时代的到来,他们越来越重视高校人才的培养方式以及基础教育的改革实践。于是他们开始了一种基于跨学科整合的学习方式变革,那就是STEM教育。

STEM教育的核心特征是:跨学科、艺术性
、体验性、情境性、协作性、设计性。浙江教育出版集团总编辑邱连根在《不忘初心,牢记STEM责任,做真正的STEM教育》的报告中引导我们思考:我们目前对STEM的理解还不到位,基础还很不足。真正的STEM教育需要有科学的精神作为支撑,要有批判性思维做保障。学习空间不等于学习世界,学业与生活很容易被割裂。如果不改变我们的思维方式,不改变我们的教育价值观,我们的教育的核心竞争力就会大打折扣。实际上,我们古人对于科学精神的判定还是值得我们骄傲的。《礼记·大学》中就有“致知在格物,物格而后知至”的论述。南宋朱熹发展了格物致知的思想,明代的王阳明把格物致知又发展到知行合一的境界,这就是崇尚科学的文化。而这一切都离不开实践和探究。

嘉兴市教育学院张建芳老师为我们讲述了STEM在美国的发展。美国为了保持其科学领域的主导地位,出台了《K-12
STEM整合教育:现状、前景和研究议程》以及《2015
年STEM教育法》等文件。了解了美国在STEM研究过程中的一些做法,也分析了中美差异,从中明白了STEM的精髓:从基于真实情境的问题入手,指导学生开展基于项目的STEM学习,从表面引入背后原理,建立评价体系促进学生学习兴趣的持续。

浙江省科学教研员喻伯军老师指出:STEM的核心是学生的学习兴趣培养与激发,要让孩子具有创新的热忱和改变世界的愿望。STEM的特点是:融合科学、技术、工程和数学四个要素;以工程设计过程为主导;关注现实问题,注重在情境中学习;以学生为中心的主动实践;团队合作和参与;结果开放,允许多个正确答案。

北京师范大学董艳教授在跨学科整合课堂的整合层次中指出:整合的方式不是一开始就有的,而是由单一课堂、主题式、多学科慢慢演变成统整、跨学科的方式,让我了解了课程的发展历程。

通过理论学习,我深刻地体会到:STEM教育就是要让孩子像科学家探索未知和科学家解决问题的思维方式和路径去学习,力求实验与思维的有机结合,层层递进,使学生处在积极参与的状态中。不仅关注“要学生知道什么”,更关注学生“怎样才能知道”。在这样的探索学习中,加深学生对实物的认识和观察,最后完成对知识的“动态建构”。而这一切都是来自于熠熠生辉的科学文化。一个民族对待科学的精神事关这个民族的进步与发展。STEM,我们起步虽晚,但我们有中国传统文化的滋润,再加上我们对科学的探索精神。我们一定会迎头赶上!

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三、在课程形式、教学目标等方面,创客教育与后两者有何差异?

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辛辛那提大学莫牧教授对如何在幼儿园实施STEM教育有比较深入的研究,她在2013年出版《早期教育中的STEM教学》一书中总结了当前美国在早期科学和数学教育四个关键的教育实践,并把它们作为在幼儿教育阶段进行STEM教育的理论指导。这四个教育实践分别是有目的的教育、为理解而教、鼓励探究和提供真实生活。

二、实践分享——让探究在课堂上生根

1.基于课堂的STEM案例研讨,尝试构建STEM教学范式

嘉兴实验小学吴建伟老师从《轮子》的教学案例出发,为一线教师提供了进行STEM教学实践的操作范本。他从问题情境的设计、学生方案的制定、制作以及最后的作品展示环节,都充分体现了STEM的教学理念:以问题学习为特征,围绕发现问题、解决问题,让学生体验全新的学习过程,同时实现学生学习动力的多重激发:目标激励,教师鼓励,同伴挑战,知识魅力,也让我们看到了开放的课堂教学,把主动权交给孩子,把学习交给孩子,一切皆有可能。这也让我重新审视教师在
STEM课堂教学中的角色转变:教师应该是引导者、组织者和协同学习者。这也让我们看到了从知识核心时代向核心素养时代的转型是多么的必要。

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这堂典型的观摩课引发了我的思考:STEM落地生根关键在教师,那教师应该如何做呢?我们的教学中心应放在如何设计有质量的问题,把学习权利交给学生,适时调整课程进度,小组讨论困难。与此同时,教师创设PBLSTEM学习情境,要在教会学生上下工夫:驱动问题、学习目标、情景探究、促进协作、成果作品,缺一不可。另外,老师教给孩子项目教学,以学生为中心,小组合作,解决真实问题,项目导向。最新研究表明,这样的学习动手能力强,批判思考深,自主学习能力强,锻炼学生的动手能力。

2011年,马里兰州教育部把5E模式引入到STEM教学,以探讨跨学科教学的具体设计方法…引入、探究、解释、延伸、评价。这样的探究让学生的学习真实发生。PISA发布了2018全球素养框架,该全球素养评估主要有两部分组成,一部分是认知测试,一部分是背景问卷。认知测试为培养学生分析当地、全球和跨文化问题、理解和欣赏他人观点和世界观、与不同文化背景的人进行开放、得体和有效的互动、为集体福祉和可持续发展采取行动。这样的素养分析与提炼,让教育更加有的放矢。也只有综合学习,跨学科学习,研究性学习才能塑造具有时代意义的学生核心素养,这是时代教育的显性特征。

2.基于学校的 STEM 课程顶层设计,为学校提供可持续发展的动力

嘉兴实验小学的张晓萍校长为我们分享了学校STEM教育的实践经验。张校长从学校管理者出发,为学校STEM教育做出了顶层设计:建设”1+1+x”课程体系,促进儿童和谐发展。学科校本拓展课程,丰富、完善学科内容,重构教学流程,改变学教方式;实践类拓展课程,运用学科课程所掌握的双基,解决实际问题,培养实践创新能力;体艺、科技、身心拓展类课程,发展学生的个性特长。拓展性课程开发的思路有:衔接、关联、融合、综合。张校长的报告引发了我对学校发展的思考:学校要发展,关键看校长的理念,张校长很好地诠释了这一点。学校的顶层设计为一线教师的教学实践奠定了坚实的基础,有一个理念超前的好校长对学生来讲真是一大幸事。特级教师喻伯军还从学科教学的融合渗透、社团活动的融合等方式给我们带来了实践的引领,方法切实可行,值得一试。

3.基于区域化的STEM课程实践方式,为学校STEM协同教学提供可能

张建芳老师分享了嘉兴STEM区域推进策略:体现STEM教育思想的科学教育;以设计和制作为主题的STEM课程;应用技术实现创意的创客实践
;体现STEM教育思想的研究型学习;利用STEM题材的社会实践活动科学技术类的研学。这些实践方式,给我们提供了实践的法宝,老师们都可以根据自己的实际情况,有选择性的实践。

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总结:

教学目标方面:

  1. STEM教育强调跨学科,创客教育则强调创造,中小学科学教育强调科学理论和实践。

  2. 创客教育强调真实作品的产出,而STEM关注动手实验,中小学科学教育强调理论和实践相结合。

课程形式方面:

a.
创客教育和STEM教育强调基于真实情境问题教学,但创客教育问题主要来自学生,STEM教育多数来自教师预设;中小学科学教育主要以课程安排为引导进行教学。

b.
STEM教育和中小学教育存在比较系统的知识体系和课程规划,而创客教育则不存在这样的系统知识体系和课程规划。


有目的的教育

三、未来展望——STEM 教育的使命担当

信息技术的迅猛发展,创造了一个全新的世界,也为科学教育变革创造了新的可能性。未来的时代充满着不确定性,未来已来,我们该给孩子怎样的教育?这也引发了我的深入思考
:STEM教育现在有很多版本 ,有STEAM ,STREAM
,STEM+等。不管是什么方式,都需要教育者站在儿童立场,对教学内容进行优化和重构,设计出符合教师、学生、学校的STEM课程,以此推进学校的创新,促进教师、学生的协同成长。前期,BBC发布了
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种职业在未来的“被淘汰概率”,其中教师以0.4%的被取代率成为最不容易被人工智能淘汰的职业。我相信,老师们看到这样的消息,心理上或多或少会获得些许安慰,甚至有人会误认为教师可以高枕无忧。

   
教师职业不易被取代,并不代表着所有的教师都不会被取代。打字员、会计、职员等之所以会成为最容易被淘汰的职业,是因为他们的工作机械重复程度高,基本不具有挑战性、创新性。如果我们的教师还只是在充当知识的搬运工,被取代也就在所难免。
一个不容争辩的事实:未来已来,而且正在流行。面对扑面而来的智能化浪潮,如果教师不为自己准备好“压舱石”,也许很快就会被拍死在沙滩上。

不管我们准备好了,还是没有准备好,STEM已经到来!在这个捧着地球看世界的时代里,我们一定要进入STEM的教育本质,那就是要有批判性思维,要有探究性学习。重拾我们的科学精神,让所有的传统的教变为适应未来的学。让学业和生活结合起来,让我们和孩子一起,带着问题,带着思考,带着对STEM的热情,认真地做有价值的教育!不忘初心,方得始终。让我们从改变开始,一起资源共享,一起协同创新,一起去肩负起STEM的强大使命!

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四、三者发展的趋势

三者既有相似的地方,也有不同的地方,不可相互取代,可以根据实际情况进行融合。

比如近两年我国对于创客教育的重视,创客也开始走进中小学生的课堂。但由于我国的教育体制和选拔形式,创客不可能作为一门主课进行学习。需要根据我国的教育国情将创客教育与我们的中小学科学教育进行融合。

我们可以将创客教育的动手精神和STEM的跨学科解决实际问题的理念融合到中小学科学教育当中,打破学科间独立的知识体系,将不同学科知识进行综合,并且在这个基础上鼓励学生拓展思维独立思考。

创客教育强调以学生为中心的教学,STEM教育强调以教师为中心的教学,而对于中小学科学教育,可以结合两者,教师保留引导者的角色,但也要给学生充分的发挥空间。

此外,可以将创客教育的动手精神和STEM的跨学科解决实际问题的理念融合到中小学科学教育当中,打破学科间独立的知识体系,将不同学科知识进行综合,并且在这个基础上鼓励学生拓展思维独立思考,培养具有创新意识的人才。

它意味着教师在头脑中仔细计划教学活动,让幼儿获得有关的经验。有目的的教育要求教师在设计课程和环境的时候把对幼儿可能的影响事先想好,在整个教学过程中注意抓住每个机会。教师需要理解每个课程领域幼儿的学习与发展轨迹,及其发展上的个别差异。教师也可以介入幼儿和材料的互动,来组织每个幼儿的学习。例如,幼儿教师在科学区介绍不同大小和种类的松果,希望幼儿能探索松果的相似和不同之处。在活动中,教师注意到一位幼儿把大的松果放一堆,把小的松果放另一堆。根据这位幼儿的兴趣,教师指导他把6个松果按长度排队。而另外两位幼儿在这方面已有相关经验,教师就让他们用量具来量松果,并在纸上记下测量的结果。在这个例子中,有目的的教育体现在三个方面,首先教师知道测量是活动的目标之一,其次他知道测量概念的发展轨迹,及班里幼儿的发展阶段,其三他考虑到对不同的幼儿提供适合他们的活动。

为理解而教

这是哈佛大学教育研究生院提出的一个教育模式:理解意味着把学习到的知识灵活加以应用的能力。美国全国数学教师协会发布的学校数学教学的原则和标准中提出,数学教师必须理解学生所知道的,学生需要知道的,及怎样支持学生的学习。这些原则对学前到高中一样适用。不管在什么年龄,学生都是利用已有知识和经验建构新的知识。对数学概念的理解非常关键,因为学生可以用数学知识解决新问题。科学教育也是在理解概念的基础上学习,而不是死记。在教数学和科学时,教师应该鼓励幼儿通过自己思考解决问题,而不是提供答案。这样可以让幼儿用已有的知识,加深对概念的理解。如一次切苹果的活动中,幼儿发现里面有籽,有个幼儿数了一下,发现有9颗籽,就认为每个苹果都有9颗籽。第二次切苹果的时候,教师提醒他再数一数。这次他发现只有8颗籽,教师就把第一个苹果里的籽拿出来,让他想想有什么办法知道两个苹果的籽是不是一样多。这位幼儿把第一个苹果的籽排成一排,然后把新苹果中的籽与它们一个个对应排列,第一个苹果的籽多了一颗。这样他就不再坚持自己原来的看法。在这个例子中,幼儿应用了一种他可以理解的方法来解决问题。如果教师简单地同意他原先的看法,这个幼儿就没有机会建立符合自己理解水平的知识。

鼓励探究

美国国家科学教育标准中提出探究应该是科学教育的重点。这意味着教师在提出学习内容的要求后,应该注重幼儿掌握相应学习内容的过程,向幼儿提出问题,鼓励他们探究,让他们试验,并在寻找问题的答案时提供支持。莫牧教授主张,在STEM教育中鼓励幼儿探究是一个基本的原则。如幼儿在操作材料时,有很多形成关系概念的机会,他们会把物体按类别分类,把大动物放到一个地方,小动物放到另一个地方。然后,他们开始比较,大动物多还是小动物多?每个大动物都可以有个小动物陪吗?它们能从大到小排队吗?所有这些问题都应该得到鼓励和支持。他们的探究将导致数学关系的建立。教师应该激励他们进一步探究,如问这些动物都能放到卡车里吗?要装这些动物,需要多少辆卡车?有目的的探究可以让幼儿进行STEM方面的思考。

提供真实生活

当学习的内容与生活相联系时,幼儿的学习最有效。莫牧教授认为,在学科学时,幼儿最好运用实际材料进行探索。这个年龄的幼儿往往还不能区分现实和想象。通过观察玻璃缸里的金鱼,幼儿就会发现金鱼并不像有些故事书里说的那样;同样,动物角的小兔子也不穿金扣子大衣。有关实际植物和动物的经验可以激发幼儿对真实和想象的区别的讨论。同样,学物理,幼儿也需要和真实的材料接触、试验,并观察结果。这可以帮助幼儿树立对科学的正确态度和认识。

在幼儿教育中存在很多STEM教育的机会,关键在于教师是否具有STEM教育的意识和方法。科学和数学是幼儿教师都比较熟悉的内容,但很多教师不会抓住机会把它们融入平时教学活动中。比如,幼儿喜欢玩水,喜欢用水冲轮子转动。但是他们不会考虑浇在轮子上的水量和轮子转速之间的关系,如果教师有
STEM的意识,就可以提问:“你怎么样能使轮子转得慢一点?
”把幼儿的注意力引导到水的势能对轮子的作用上。这些问题有助于幼儿产生对科学的兴趣。

尽管数学是幼儿教育课程中很关键的组成部分,但很多教师和幼儿一起数东西,读数的时候,常常不进行数学讨论。比如,Wendy和Jason在吃点心的时候发生争论,Jason认为Wendy的葡萄比他多。老师说:“我给你们每个人5颗葡萄,你们的葡萄是一样的。”这个回答错失了与幼儿进行数学对话和让他们数学思考的机会。教师应该问Jason为什么认为
Wendy的葡萄多。可能Jason的葡萄是堆积在一起,而Wendy的葡萄是铺开的,所以看起来Wendy的葡萄多。如果教师问Wendy和Jason怎么知道谁的葡萄多,幼儿就会进一步思考来解决问题。如他们可能把葡萄一个对一个排起来,或者自己数一数。不管哪种方法,幼儿都有机会来解决数学的问题。有时候教师不想把任务交给幼儿,是因为怕幼儿得出错误的结论。如果他们真的得出结论说Wendy的葡萄更多,这个时候,教师可以给予更多的支持,比如说,“你们在盘子上把葡萄一个对一个排起来,再看看谁的多。”可见具有STEM意识就会抓住激发数学思考的机会,通过讨论帮助幼儿认识并改正自己的错误。

数学可以加强科学课程,科学也有助于数学课程。很多教师安排在科学活动中运用量化的思考来支持幼儿数学概念的建立。在教师的帮助下,幼儿可以通过数年轮知道树的年龄,思考装载多少小石子可以把一只小船压沉。在准备科学活动时,要同时意识到数学的内容,把它也作为课程的重点,这样,科学和数学的学习效果都能得到提高,幼儿也渐渐理解两个学科间的自然联系。

工程能够和幼儿探索的很多概念联系起来。如教师可以让幼儿把搭积木与建筑师的工作联系起来,在周围街区走一圈可能会激发幼儿把某个特别的结构纳入到他搭的积木中。如果一个幼儿试图在沙台上搭房子,但总是倒下来,教师应该抓住这个探索建筑材料不同特点的好机会,让他尝试采用不同材料搭建。

在科学活动中幼儿需要使用工具来观察、试验、测量,这就涉及到技术。放大镜和镜子结合在一起可以让幼儿观察昆虫,显微镜连到电脑上可以更方便地观察物体的细节。其他工具如钳、吸管、泵、筛、漏斗,都是做科学试验要用到的。所以,技术不仅可以增加幼儿观察试验的机会,而且幼儿研究技术本身也可增加对科学的理解。

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