基于STEM教育的未來課程建設探究

梁雪梅 周婷 鄒慧

摘要：傳統(tǒng)教育教學難以應對“創(chuàng)新能力”的個性化培養(yǎng)需求，因此，迫切需要創(chuàng)新教育培養(yǎng)模式，變革學習組織方式，建設未來課程。未來課程不再是割裂的分科知識，而是跨學科的知識統(tǒng)整，注重學生“元認知”能力的訓練，使其在實踐過程中不斷探究學習，革新創(chuàng)意。本文探究一種基于STEM教育的未來課程建設方法，并設計了一門以“照相機”為主線的未來課程。課程圍繞STEM指標評價體系，開展教學活動，讓學生在自制照相機的過程中通過查閱資料解決實際問題，通過優(yōu)化探究不斷實踐創(chuàng)新，通過分工合作不斷協(xié)作交流，從而提高綜合素質，以滿足未來社會生產的需求。

關鍵詞：未來課程;STEM教育;元認知;融合創(chuàng)新

中圖分類號：G434? 文獻標識碼：A? 論文編號：1674-2117（2019）18-0077-04

● 基于STEM教育的未來課程建設的目的和意義

1.未來課程

《中小學綜合實踐活動課程指導綱要》指出，初中階段中小學綜合實踐活動課程的具體目標包括價值體認、責任擔當、問題解決、創(chuàng)意物化等方面的意識和能力。在未來我們需要的是具有科技和人文素養(yǎng)的創(chuàng)新應用型人才。所以，未來課程建設要多學科融合，強化學生的能力與素養(yǎng)，要回歸真實情境，以人為中心，創(chuàng)造性地完成學習過程，培養(yǎng)創(chuàng)新思維，培養(yǎng)積極人格與價值觀。正如中國教育學會副會長朱永新先生所說：“未來學校要變成學習中心，未來是課程品牌的競爭，學校的優(yōu)劣集中體現(xiàn)在課程的優(yōu)劣上”。[1]為此，筆者所在學校開啟了“未來課程”的建設工作，結合學校特點，致力于激發(fā)學生內在驅動力，尊重學生的個性差異，以體驗式教育與跨學科教育創(chuàng)建未來課堂，打造面向未來的一流教育服務體系。

2.STEM教育理念

STEM教育是科學（Science）、

技術（Technology）、工程（Engineering）、數(shù)學（Mathematics）四門學科的融合，后來學者又提出了STEAM教育，增加了藝術（Art），它不僅指藝術，還指語言、人文、形體藝術等。STEM 教育理念打破傳統(tǒng)的各學科獨立的集中教學模式，超越學科界限，借助實際問題的情境，解決跨學科的問題，訓練學生的跨領域知識關聯(lián)能力、真實問題解決能力。STEM教育理念強調創(chuàng)新、實踐和融合，在實踐中學習，注重探索過程，不一味強調結果。

3.STEM教育理念在未來課程建設中的作用

STEM教育理念所提倡的教育方法論與未來課程的建設要求有很多共同之處，因而，筆者所在學校采用STEM教育理念來建設未來課程。將STEM教育所提倡的四大素質目標——科學素養(yǎng)、技術素養(yǎng)、工程素養(yǎng)、數(shù)學素養(yǎng)融入實際應用中，同時以學生為中心，增強學生根據(jù)情境解決問題的能力，做到跨學科、情境設計、實證研究，最后達到技術增強的效果，培養(yǎng)學生善于運用技術解決問題的能力，增強個人駕馭復雜信息、進行復雜建模與計算的能力。同時，在探究實踐過程中，培養(yǎng)學生積極的人格與價值觀，以及嚴謹?shù)目茖W作風。通過建設基于STEM教育的未來課程，為未來社會生產培養(yǎng)具有創(chuàng)新實踐能力等的綜合素質的人才。

● 基于STEM教育的未來課程建設——以“照相機”為例

1.課程介紹

本課程以照相機為主題，引導學生像科學家一樣提出問題、分析問題和解決問題，像工程師一樣搜索資料，運用所學知識和技術設計和制作照相機，體會科技實踐過程。本課程將數(shù)學、物理、工程、技術、信息技術、藝術有機融合，注重學生真實問題的解決能力，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力與溝通合作能力。同時，在探索與實踐過程中，引導學生積極面對困難，樹立積極向上的價值觀。[2]

2.課程目標

科學知識目標：掌握照相機的工作原理，知道照相機是如何成像并將影像記錄下來的。學會運用生活中的常見物品制作一個簡易照相機，并用制作的照相機拍照，發(fā)現(xiàn)照相機存在的不足并不斷改進。

科學探究目標：知道科學家探究問題的一般步驟包括提出問題、猜想與假設、制訂計劃與設計實驗、實驗與收集數(shù)據(jù)、分析與論證、評估、交流與合作等[3]，學會在照相機工作原理探究活動中運用觀察、比較、推理、制作模型、計算、交流合作等技能，不斷思考與解決問題，提高創(chuàng)意革新和溝通合作能力。

科學與工程目標：學會思考與發(fā)現(xiàn)問題，根據(jù)照相機的成像原理制作照相機，通過設計方案、制作模型、測試、優(yōu)化完善等工程設計活動，不斷完善簡易照相機，提高探究學習與科技實踐能力。

科學態(tài)度目標：保持對知識的渴望、對世界的好奇，激發(fā)想象力、創(chuàng)造力，學會與他人溝通合作，積極交流。能夠綜合運用所學知識解決生活中的一些實際問題，并且能夠大膽質疑，從不同角度客觀分析問題，提出解決方案與思路，培養(yǎng)創(chuàng)新精神。

3.課程內容

本課程分為開題階段、探究與實踐階段、成果展示階段。各階段的具體目標、內容與活動時長如表1所示。

課程結構如下頁圖所示，在探究與實踐階段不斷優(yōu)化自制照相機。例如，通過提出以下問題，引導學生不斷優(yōu)化照相機，并拓展照相機功能。

①你的照相機拍攝的照片清晰嗎？（如何解決成像模糊問題）

②你的照相機能夠調節(jié)焦距嗎？（如何設計照相機焦距調節(jié)部件）

③你的照相機能夠拍攝微觀世界嗎？（制作顯微照相機）

④你的照相機能夠拍攝水下世界嗎？（制作水下照相機）

⑤你的照相機能夠拍攝高速運動的物體嗎？（制作高速照相機）

……

通過問題的提出和引導，激發(fā)學生的創(chuàng)新能力，不斷推陳出新。

4.課程實施

課時：課內10～13課時，課外3周。

場地要求：STEM功能室。

工具要求：硬紙板、A4紙若干張、毛玻璃或半透膜、刻度尺或米尺、鉛筆、小刀、剪刀、圓規(guī)、雙面膠、細金屬桿、凸透鏡、白蠟燭等。

制作過程：

（1）首先利用太陽光通過凸透鏡會聚的原理測量出凸透鏡的焦距f。具體做法是將凸透鏡與平坦的地面平行垂直地放在強烈的太陽光下，通過調整凸透鏡與地面的距離，使得地面出現(xiàn)一個最小最亮的光點，此時通過刻度尺測量凸透鏡到地面的距離l，根據(jù)物理知識可知f=l。

（2）利用硬紙板、剪刀、小刀和雙面膠制作一個長度接近兩倍焦距、寬度大于凸透鏡直徑的矩形盒子，在矩形盒子長的兩側割出一條細軸線，將A4白紙裁剪成適當大小，然后固定在細金屬桿上并跨放在兩軸線上，便于移動A4白紙（作為照相機底片，即成像的幕布），另外在矩形盒子寬的一側利用圓規(guī)畫圓，將凸透鏡安裝上去作為鏡頭，同時在其旁邊鉆一個小孔，便于學生觀察成像情況。

（3）將白蠟燭放在矩形盒子外邊的凸透鏡前，利用米尺測量其物距u，讓其處在u>2f的位置上，這時逐漸調整幕布細金屬桿位置，通過小孔觀察，發(fā)現(xiàn)像距滿足f

（4）再通過其他對比嘗試，發(fā)現(xiàn)物像都不是照相機的成像原理。

通過STEM教育理念，實踐探索學習，從實際問題中學習，發(fā)現(xiàn)物體的工作機理和運動規(guī)律，找到物體工作原理的本質，讓學生掌握的知識更加透徹。另外，還能提高學生的實際動手能力、解決問題的能力，從而提高其創(chuàng)造性思維。

5.課程評價

評價分為教師評價與組間互評。根據(jù)STEM能力，評價量表從五個方面的能力來制訂評價指標，具體的評價指標如上頁表2所示。其中，教師評價包括形成性評價和總結性評價，小組之間互評則側重于總結性評價。

● 結束語

本文根據(jù)STEM教育和未來課程理念，探究了一種基于STEM教育的未來課程建設方法，分析了STEM教育在未來課程建設中的作用，并設計了一門以“照相機”為主線的未來課程。該課程圍繞STEM指標體系，開展了戶外拍攝、探究學習、信息收集、數(shù)學推導、科技實踐、展示匯報等系列活動?；顒又?，教師引導學生積極思考、查閱資料、解決問題、實踐創(chuàng)新，在教學過程中將數(shù)學、物理、工程、信息等有機融合，提高了學生探究學習、解決問題、創(chuàng)新實踐、溝通合作等能力，同時培養(yǎng)了學生積極面對困難的精神和嚴謹?shù)目茖W作風。

參考文獻：

[1]田志艷.通識教育理念下的大學“書香校園”建設[D].南京：南京郵電大學，2015.

[2]劉俊銘，梁宇.小學數(shù)學教學中情感態(tài)度與價值觀的培養(yǎng)[J].西部素質教育，2016，2（22）：211.

[3]徐利軍，胡銀泉.高中物理探索性實驗教學[J].太原師范學院學報：社會科學版，2006（02）：171-172.

作者簡介：梁雪梅（1991.8—），女，侗族，湖北鄂州人，碩士，研究方向為計算機應用、算法分析。