STEM教育——美国幼教界的一个新动向

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文章在探讨STEM整合教育的可借鉴性基础上,探究在现有条件下开展STEM优化科学探究教学的有效模式,以重庆一中初中科技课作为实践平台,对“伪全息3D投影制作”个案进行分析。为有效融合STEM课程理念,该案例尝试以5-E教学模式,即参与、探究、解释、详细说明、评价5个阶段开展教学,希望能获得更多同行的建议指导。

STEM

STEM;5-E教学模式;伪全息3D投影;科技课

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。

原标题:STEM视角下的初中科学课程教学实践研究

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。

作者简介:李崎颖,金晓凌,丁旭梅,余波,重庆市第一中学校
技术教研组,重庆 400030

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。

内容提要:文章在探讨STEM整合教育的可借鉴性基础上,探究在现有条件下开展STEM优化科学探究教学的有效模式,以重庆一中初中科技课作为实践平台,对“伪全息3D投影制作”个案进行分析。为有效融合STEM课程理念,该案例尝试以5-E教学模式,即参与、探究、解释、详细说明、评价5个阶段开展教学,希望能获得更多同行的建议指导。

有目的的教育

关 键 词:STEM 5-E教学模式 伪全息3D投影 科技课

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。

中图分类号:G434 文献标志码:B 文章编号:1673-845424-0035-05

澳门新葡亰平台官网,为理解而教

一、STEM与科技课程的结合

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。

之所以选择科技课率先作为STEM理念的实践平台原因有三:首先,科技教育在重庆一中开始于20世纪50年代,是具有悠久历史的传统教育活动,也是重庆市第一所开展科技教学的中学。课程内容包括三模一电、科技四小活动、机器人和计算机信息技术等活动,其中科技四小活动作为联合国教科文组织研究项目“创新学习研究与实践”的一级子课题,在科技教育方面积累了较为成熟的经验,科学探究氛围浓厚,学生基础较好,便于开展实践研究。

鼓励探究

其次,STEM课程强调真实情境、亲自动手、做中学、合作分享等理念,这与重庆一中科技教育的培养模式类似。在长期的教学实践中,为最大程度地挖掘学生的创作潜能,激发对科技活动的兴趣,重庆一中技术教研组的教师们在《课外科技活动策略》一书中提出了三段式教学策略:创设情境,激发求知欲是培养学习兴趣的前提;创造宽松的思考空间,让学生在“做中学”是引发学生学习兴趣的重要环节;科学评价,增加激励措施,是激发学生学习兴趣的催化剂。

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。

最后,STEM教育形成发展于科学教育,STEM教育是科学教育改革的新思路。STEM名称缩写也是以科学开头,这一缩写暗示了STEM教育中科学教育是最为重要和核心的部分。[1]回看STEM教育的发展历程,有关STEM教育的研究项目和报告大多由科学机构赞助,如NASA(美国国家航天宇航局)、NSF、NSB(美国国家科学委员会)等。STEM教育的发展立足于科技教育,同时又在探索科技教学的改革路径,借助哲学上系统、联系的思维解析理工科,甚至文艺课教育之间的普遍联系。

提供真实生活

在国外,STEM教育已经过了原始积累阶段,正逐步从本科教育向中小学教育推进,而在我国却是从中小学开始,最有代表性的就是现在很多中小学如雨后春笋般创客空间的建立。初中作为K-12阶段中承上启下的关键,结合我校科技课的浓厚氛围,本研究将以初中科技课作为实践STEM教育理念的主要场地。

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。

二、STEM教育视野下科学课程的设计

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。

1.明确初中科技培养目标

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。

在STEM教育实践中常见的教学手段有基于工程设计、基于问题解决、基于项目探究等,在我们的科技课上,经常选用的是基于工程设计的方式。在我校初中的信息技术、科技,高中的信息技术、通用技术统称技术课程,考虑到技术课程设置的连贯性与流畅性等问题,我们将初、高中的培养目标进行了区分。