陳詩茵,孫玉彤,張瑞平,施依嫻
(佛山科學技術學院 人文與教育學院,廣東 佛山528000)
STEM(Science Technology Engineering Mathematics) 課程是將科學、技術、工程、數學4 個要素通過整合形成的一種全新的課程形態[1]。STEM 課程具備5 大特征: 跨學科、積極學習的過程、項目式學習、合作式學習、解決與生活相關的實際問題[2]。
STEM 課程主要是以信息技術課程(專題化形式) 、校本課程、實踐活動等形式展開。結合智能電子硬件的模塊化編程需要用到電腦,對場地有一定要求,常見于信息技術課程、校本課程中的創客課程。智能造物類課程更加注重動手制作,對場地的要求沒那么嚴格,適用于創客課程、綜合實踐課程與通用技術課程。3D 打印類課程多以社團形式開展,比較適用于一般的創客課程。
STEM 課程教學模式包含的要素主要為: 真實情境、核心概念、方案設計、方案實施、教學評價,具體從教學目標,教學內容、教學評價等角度進行分析[3]。本研究從STEM 課程目標、課程內容、教學與學習過程、教學與學習過程支持、課程評價這幾個角度對所選取的STEM 課程進行案例分析。
國外STEM 課程案例以《國外優秀STEM 教育案例集》為主,國內STEM 課程案例則選取了《Scratch 與機器人創新設計》(初級、中級、高級) 、《了不起的家居生活- 互動編程》、《小小世界造起來-智能造物》、《構建我的世界-3D打印》等不同類型的課程。
4.2.1 課程目標
STEM 課程目標旨在讓學生開展以解決現實生活問題為基礎的項目式學習,在習得相應科學知識的基礎上,增加動手做的課堂體驗。學生在應用所學的數學與科學知識應對真實世界的挑戰時,創造、設計、建構、發現、合作以解決問題,主要特點為:
(1) STEM 課程尤為突出工程知識技術與工程實踐,在項目活動開展的過程中強調知識與能力并重,倡導“做中學”,強調學生創新與創造能力的培養。
(2) 注重培養學生的發現、觀察、分析、探究、設計、動手操作及交流分享能力。不同類型STEM 課程各有側重,如實驗類STEM 課程注重培養學生的發現、觀察能力;工程類STEM課程注重培養學生的設計、動手操作及交流分享能力。
(3) 設計思維的培養在STEM 課程中有著突出的體現。學生通過自主學習、頭腦風暴的形式形成創新型觀點與想法,繼而設計與制作原型,并最終完成作品。
4.2.2 課程內容
STEM 課程與傳統課程相比,更注重學科融合以及在真實生活情境中的應用,主要包括工程類、科學類、方法技能類、3D 打印類、智能造物類、互動編程類等,如表1 所示。
表1 STEM 課程類型
STEM 課程內容具有以下特點:
(1) 選題類型多樣。STEM 課程的選題不局限于具體的主題或項目,只要這個課程是跨學科的,有利于學生解決真實情境問題能力的培養,都可以稱之為STEM 課程。
(2) 跨學科領域知識的整合。以《構建我的世界》中的“漢諾塔”為例,將任務作為核心來開展課程,將各學科內容相互串聯,幫助學生在解決問題的過程中加深對各學科概念的理解,提升學生問題解決能力,這就是任務驅動式教學模式[4]。
(3) 從真實生活中取材。STEM 課程注重對生活中真實情境的應用,強調“在做中學”,通過項目活動來整合學科知識,把學科知識轉化為生活經驗。
4.2.3 教學與學習過程
STEM 課程常用的教學模式有基于項目的學習、基于問題的學習、基于設計的學習與5E 教學模式幾種,具有以下特點:①STEM 課程教學一般由真實的問題、項目引入,這些問題和項目與真實生活有著密切的關聯。具體教學是在真實的場景中進行的,相關場景、設備能夠為STEM 課程教學內容提供有效支撐;②STEM 課程教學過程中除教師為學生提供指導之外,部分課程還引入了社會專家給予協作。另外,技術為STEM 課程的順利開展提供了有效支持;③STEM課程教學成果最終為生成成品。
以“噪音探測器”課例為例,介紹最具代表性的教學方式——“基于項目的學習”在STEM 課程教學中的應用,內容如圖1 所示。
這個課例整合了科學、工程、技術與藝術等學科知識,以現實生活中的問題情境為主題,帶領學生認識與探討聲音,培養學生的發現力、質疑力、創造力,展開一個產品模型設計的項目式教學STEM 課程。課堂教學中,強調師生間的雙向互動,強調“以項目為主線、學生為主體、教師為主導”。項目完成后,進行交流分享,充分培養學生的合作交流能力以及自我展示能力。
4.2.4 教學與學習支撐
STEM 課程具有跨學科的特性,并且強調在真實情境中培養學生解決現實問題的能力,因而在教學過程中給予相應的教學支持是必不可少的。本研究以“風暴警報”課程為例展開分析,具體內容如表2 所示。
圖1 “噪音探測器”課例的項目設計模式
表2 “風暴警報”教學支持
不管哪一類型的STEM 課程都需要提供多種教學支持,而教學支持的類型也是多種多樣的。教師可以依據課程需要自由選取,旨在更好的激發學生的探究熱情,解決教學過程中遇到的各種問題。為了課堂教學高效進行,教師要提前準備好教案,做好相應的資源、技術支持準備。
4.2.5 課程評價
由于STEM 課程是跨學科的課程,沒有完全統一的課程標準,因而課程設計題材與開展形式也多種多樣,不同的STEM 課程應該根據實際需要制定評價標準[5-6]。本研究以“向工程‘奔跑’”、“項目式智能造物”為例,進行評價方式分析,具體內容如表3 所示。STEM 課程教學評價的評價內容主要包括:①學生知識的獲得,包括多個學科領域的知識,主要是通過提問、陳述、測驗等形式進行; ②學生能力的達成,包括發現、觀察、分析、動手操作、創新思維等各方面的能力,主要通過學生自我評估、小組評估、開放性問題、作品完成效果評估等形式進行。
STEM 課程教學評價包含多個維度,涉及多種方式,最終作用是為了檢測教師的課堂教學是否達到預期效果,學生是否掌握了知識,綜合能力是否獲得提升,課程設計是否合理以及有哪些需要完善的地方。
表3 STEM 課程評價分析
目前我國的STEM 教育已經取得了一定成效,STEM 教育理念為中小學信息技術課程、校本課程等的教學提供了更多的途徑與方法,值得深入研究。在推廣與實踐過程中要緊密結合教學實際,從課程教學著手,立足于課程設計,充分考慮課程設計的幾個基本要素,全方位進行考量,以學生核心素養的培養、提升為目標,進行科學合理的課程設計。