STEM課程的設(shè)計(jì)與實(shí)施策略

2019-04-09 05:28:56

物理之友 2019年3期

(江蘇省南京市第二十九中學(xué)致遠(yuǎn)校區(qū)，江蘇南京 210029)

STEM教育目前無論在國際還是國內(nèi)，都是一個(gè)熱點(diǎn)，STEM是科學(xué)(Science)、技術(shù)(Technology)、工程(Engineering)、數(shù)學(xué)(Mathematics)四門學(xué)科英文首字母的縮寫。其中，科學(xué)在于認(rèn)識世界、解釋自然界的客觀規(guī)律；技術(shù)和工程是在尊重自然規(guī)律的基礎(chǔ)上改造世界、解決社會發(fā)展過程中遇到的問題與難題；數(shù)學(xué)則作為技術(shù)與工程學(xué)科的基礎(chǔ)工具，STEM課程重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)、技術(shù)素養(yǎng)、工程素養(yǎng)、數(shù)學(xué)素養(yǎng)。因此，在學(xué)校開展STEM教育的過程中，要能夠真正做到學(xué)科的融合，從課程的角度進(jìn)行設(shè)計(jì)與實(shí)施，同時(shí)關(guān)注學(xué)生的年齡特征，挖掘教師的潛能，提升學(xué)校的課程品質(zhì)。

筆者所在學(xué)校在2017年9月被批準(zhǔn)為“江蘇省STEM教育項(xiàng)目試點(diǎn)學(xué)?！?，于2018年3月又被評為“江蘇省STEM教育項(xiàng)目試點(diǎn)樣本學(xué)校”。作為課程的主要負(fù)責(zé)人，從開始申報(bào)STEM教育項(xiàng)目起，就開始思考并實(shí)施課程的校本化進(jìn)程，參與了江蘇省教育廳基礎(chǔ)教育前瞻性教學(xué)改革重大項(xiàng)目“具有江蘇特色的STEAM教育體系構(gòu)建與實(shí)踐研究”的課題研究，承擔(dān)了“STEAM教育課程內(nèi)容的開發(fā)”和“STEAM課程環(huán)境建設(shè)案例研究”兩個(gè)子課題，經(jīng)過一年多的實(shí)踐與思考，現(xiàn)就學(xué)校STEM課程的設(shè)計(jì)與實(shí)施談自己的體會。

1 課程的設(shè)計(jì)必須依托學(xué)?，F(xiàn)有的課程優(yōu)勢

目前，學(xué)校的課程改革正在蓬勃開展，在國家課程的校本化實(shí)施、地方課程的活動化開展、校本課程的趣味化探索、特色課程的精品化嘗試、項(xiàng)目課程的融合化設(shè)計(jì)等方面我們做了一些嘗試，在此基礎(chǔ)上，學(xué)校領(lǐng)導(dǎo)就STEM課程做了深入的研究和意見的收集，最后決定在課程價(jià)值、課程提綱、面向群體方面做一些探索，設(shè)計(jì)和開發(fā)了《極速賽車》、《人工智能》、《模擬城市》、《自我認(rèn)知》四門STEM課程，課程之間相互滲透，根據(jù)年級劃分難度等級和學(xué)習(xí)內(nèi)容。

做這樣的設(shè)計(jì)與開發(fā)主要是依托學(xué)?，F(xiàn)有的課程體系，我校是“江蘇省青少年信息學(xué)奧林匹克活動中心學(xué)校”“南京市中小學(xué)科技創(chuàng)新星光計(jì)劃的特色示范項(xiàng)目學(xué)?！薄敖K省初中物理教育研究基地學(xué)校”，學(xué)校擁有一支優(yōu)秀的科技教育和教練員隊(duì)伍，賽車項(xiàng)目有現(xiàn)成的社團(tuán)和興趣小組，每年參加各項(xiàng)比賽都能夠取得優(yōu)異的成績?？萍际且粋€(gè)國家和民族發(fā)展的未來，公民的科學(xué)素養(yǎng)直接影響著國家的進(jìn)步、民族的發(fā)展。如何從少數(shù)的優(yōu)秀過渡到全體的參與，最好的路徑就是課程，我校設(shè)計(jì)開發(fā)了《極速賽車》課程，面對全體學(xué)生，把學(xué)生取得的學(xué)分計(jì)入成長手冊，已經(jīng)開設(shè)了兩屆，從實(shí)施的效果看，學(xué)生和教師的積極性非常高，在課程開設(shè)的過程中，挖掘?qū)W生和教師的潛能，真正提高了學(xué)生和教師的科學(xué)素養(yǎng)和工程技術(shù)能力。

我們還依托信息技術(shù)項(xiàng)目開發(fā)《人工智能》課程，依托數(shù)學(xué)、政治、歷史優(yōu)勢開發(fā)《模擬城市》課程，依托物理、化學(xué)、生物等學(xué)科開設(shè)《自我認(rèn)知》課程，目前課程框架已經(jīng)完成，待進(jìn)一步細(xì)化和完善后開設(shè)。

2 課程的開發(fā)需要有高層次專家的引領(lǐng)

作為一所義務(wù)教育階段的學(xué)校，由于長時(shí)間的教學(xué)習(xí)慣和對課程的理解，對于STEM課程的開發(fā)和實(shí)施需要一個(gè)長期的適應(yīng)和理解過程，由于我們的教師自身接受的教育是分科進(jìn)行的，目前在教學(xué)過程中采取的方式仍然是分科教學(xué)，因此，在開發(fā)和設(shè)計(jì)綜合性課程的過程中有很大的難度和障礙，因此，僅僅靠本校教師單獨(dú)設(shè)計(jì)出優(yōu)秀的課程是不現(xiàn)實(shí)的，再加上學(xué)校目前升學(xué)壓力的存在，教師還有學(xué)科教學(xué)任務(wù)，因此，我們想到的是借智借力的模式，在學(xué)校課程開發(fā)的過程中，我們聘請了鳳凰傳媒和東南大學(xué)教授參與指導(dǎo)。

首先，我們向?qū)＜医榻B了自己學(xué)校的課程狀況和開設(shè)想法，讓專家協(xié)助我們拿出課程的框架和設(shè)想，經(jīng)過多次協(xié)商和修改，形成課程雛形，再經(jīng)過所有參與教師集體討論和進(jìn)行可行性研究，在廣泛收集意見、建議的基礎(chǔ)上，由專家?guī)椭晟普n程內(nèi)容，并對全校教師進(jìn)行培訓(xùn)，在此基礎(chǔ)之上，我們讓教師自愿報(bào)名，遴選上課教師，然后再由課程專家進(jìn)行集體培訓(xùn)，為了確保STEM課程的全覆蓋，我們利用課表上專門的時(shí)間進(jìn)行授課，從先期上課的效果來看，學(xué)生、教師、專家對此都非常滿意，特別是通過專家和教師共同備課和研討的《極速賽車》課程，雖然初一學(xué)生還沒有系統(tǒng)學(xué)習(xí)物理、化學(xué)和工程等知識，但在科學(xué)思維和工程能力方面得到了很大的發(fā)展，連東南大學(xué)的教授都驚嘆于學(xué)生的能力和水平，特別是面對問題時(shí)的小組合作和質(zhì)疑過程，學(xué)生的能力讓全體教師感到驚喜。這樣的課程能夠培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維和科學(xué)精神，促使我們加快《人工智能》等課程的開發(fā)和實(shí)施，專家的眼界和引領(lǐng)是我們做好STEM課程的有力保障。

3 課程的實(shí)施需要教師核心團(tuán)隊(duì)的積極參與

STEM課程的實(shí)施是一個(gè)復(fù)雜的綜合工程，不可能所有的教師都有能力或者興趣參與其中，因此，在剛剛開始實(shí)施的過程中，必須要有課程開發(fā)和實(shí)施的核心團(tuán)隊(duì)，而且，團(tuán)隊(duì)成員必須是具有高度熱情的人員。

我校采用教師自愿報(bào)名和學(xué)校遴選的方式確立教師團(tuán)隊(duì)，在前期全員培訓(xùn)的基礎(chǔ)上，第一期確定由29位教師實(shí)施初一全體學(xué)生的STEM課程，在實(shí)施過程中把教師按照學(xué)科專業(yè)、興趣特長、年齡結(jié)構(gòu)等進(jìn)行了合理的搭配，并要求經(jīng)過專家培訓(xùn)和集體備課后才可以走進(jìn)課堂，因此，課程的開設(shè)有趣、有序，課堂的氛圍熱烈、高效；教師和學(xué)生在上完之后都有了更高的熱情和興趣，并期待后續(xù)課程的開設(shè)，特別是室外實(shí)踐課的實(shí)施，充分調(diào)動了師生的熱情和積極性。

4 課程的開設(shè)需要開發(fā)學(xué)生的科學(xué)潛能

一門課程的開發(fā)和實(shí)施，必須具備它的現(xiàn)實(shí)價(jià)值，STEM課程的開發(fā)和實(shí)施尤其重要。以學(xué)校的《極速賽車》課程為例，我們設(shè)計(jì)了能源、結(jié)構(gòu)學(xué)、賽車操縱等模塊，有各自的課程目標(biāo)和內(nèi)容大綱，涉及太陽能賽車、賽車機(jī)械傳動、賽車之無線通訊、速度知多少等。

以太陽能賽車為例，課程目標(biāo)設(shè)定為：(1) 通過課程的學(xué)習(xí)，了解能源的來源；(2) 通過收集信息，了解能源的轉(zhuǎn)化率；(3) 學(xué)習(xí)發(fā)動機(jī)的相關(guān)知識，使學(xué)生了解能源轉(zhuǎn)化效率等內(nèi)容。

內(nèi)容大綱為：(1) 太陽能量知多少。太陽是理想的清潔能源嗎？太陽能能替代全球的化石燃料嗎？做好太陽能電池板的測試與探究。(2) 陽光下的飛馳。設(shè)計(jì)太陽能賽車，進(jìn)行組裝和設(shè)計(jì)，以分組的方式比一比誰的賽車動力更強(qiáng)勁。(3) 借用白天的陽光，研究電能的存儲、轉(zhuǎn)換的效率等。

從課程的設(shè)置我們可以看出，每一個(gè)板塊都涉及了科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)的相關(guān)知識，學(xué)生在實(shí)際的課程實(shí)施過程中也表現(xiàn)出了超常的興趣和能力，這樣的課程值得我們大力推廣。

5 課程的開設(shè)需要學(xué)校硬件設(shè)施的投入保障

隨著課程開發(fā)和實(shí)施的進(jìn)一步深入，目前學(xué)校的設(shè)備和設(shè)施尚不能完全滿足現(xiàn)實(shí)需求，這就需要有資金和硬件的投入，因?yàn)榫C合課程的開發(fā)和實(shí)施必須有配套的設(shè)備和器材作為基本保障，為了開發(fā)和實(shí)施好STEM課程，我們專門成立了STEM課程中心，拿出了近600平方米的專用教室進(jìn)行設(shè)計(jì)裝修，并由一名主任專門管理，同時(shí)，加大硬件設(shè)施投入，學(xué)校已經(jīng)投入的資金近200萬元，在未來兩年的時(shí)間內(nèi)我們還將投入300萬元打造我們的STEM課程中心。

我們的學(xué)生在專用教室內(nèi)進(jìn)行課程教學(xué)(如圖1)，從目前的課程開設(shè)效果看，STEM課程的教育實(shí)施將是未來的課程趨勢，我們也將會加大各個(gè)方面的投入力度，把學(xué)校的STEM課程打造成為全省領(lǐng)先的課程，在所在區(qū)域起到示范和引領(lǐng)的作用。

圖1