趙亮
一、對STEM教育的深刻認(rèn)識
STEM教育以真實(shí)問題解決為任務(wù)驅(qū)動,讓學(xué)生通過運(yùn)用多學(xué)科知識和技能來解決實(shí)際問題,從而培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐、創(chuàng)新與探究能力。
1. STEM教育有利于完整知識體系的形成和綜合思維能力的培養(yǎng)
人類的智慧來源于知識觀的完整,它不是零敲碎打的,而是與整體特征密切相關(guān)的?,F(xiàn)行的分科教學(xué)有利于系統(tǒng)知識的習(xí)得,但不利于完整知識體系的形成和綜合思維能力的培養(yǎng)。STEM教育中的跨學(xué)科學(xué)習(xí)倡導(dǎo)根據(jù)生活中的問題設(shè)置主題,不同學(xué)科圍繞同一個(gè)主題,構(gòu)建相互銜接貫通的課程體系。同時(shí)強(qiáng)調(diào)整合各學(xué)科知識解決實(shí)際問題,從而鍛煉學(xué)生的綜合思維能力。
2. STEM教育是促進(jìn)學(xué)生深度學(xué)習(xí)的有效方式
深度學(xué)習(xí)既是決定人工智能興衰的關(guān)鍵所在,也是決定未來教育成敗的關(guān)鍵所在。人類要想從人工智能時(shí)代的職場中勝出,就必須從強(qiáng)調(diào)記憶和練習(xí)的傳統(tǒng)學(xué)習(xí)中脫離出來。因此,我們急需探尋一種新的教育模式促進(jìn)學(xué)生進(jìn)行深度學(xué)習(xí)。STEM教育強(qiáng)調(diào)還原知識的豐富情境,在面向?qū)嵺`的學(xué)習(xí)活動中,以技術(shù)為支持,以任務(wù)驅(qū)動的方式組織學(xué)習(xí),鼓勵(lì)學(xué)生用所學(xué)知識解決實(shí)際問題,并提供成果展示及表達(dá)的機(jī)會,最終進(jìn)行多維評價(jià),這正符合深度學(xué)習(xí)的要求。
3. STEM教育有利于培養(yǎng)有創(chuàng)意、有溫度的人
在人工智能時(shí)代,有創(chuàng)意、有溫度的事情和工作無法被智能機(jī)器人所替代。創(chuàng)意和溫度是人工智能教育無法實(shí)現(xiàn)的領(lǐng)域,然而STEM教育卻著重培養(yǎng)學(xué)生成為一個(gè)有創(chuàng)意、有溫度的人。由于STEM教育涉及多個(gè)學(xué)科、多個(gè)領(lǐng)域,學(xué)生可以將科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)等多個(gè)學(xué)科進(jìn)行交叉融合,經(jīng)由實(shí)踐解決現(xiàn)實(shí)問題、進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì),不斷培養(yǎng)和提升創(chuàng)新素養(yǎng)。STEM教育強(qiáng)調(diào)在真實(shí)情景下,學(xué)生通過合作探究解決實(shí)際問題,在此過程中學(xué)生的交流能力、合作能力得到鍛煉,并逐步發(fā)展成一個(gè)善于與人交流、善于幫助他人的有溫度的人。
二、STEM課程的緣起
1. 引導(dǎo)STEM試點(diǎn)校開展探究式項(xiàng)目的思考
在指導(dǎo)學(xué)校STEM研究過程中,我們首先引導(dǎo)學(xué)校開展基于學(xué)科特色的項(xiàng)目式學(xué)習(xí)研究。比如某試點(diǎn)學(xué)校組織數(shù)學(xué)、生物和物理學(xué)科積極開展了形式多樣的探究式項(xiàng)目學(xué)習(xí),如表1所示:
【案例】水的秘密——壓強(qiáng)與浮力探究項(xiàng)目
初二物理課上,任課教師講授壓強(qiáng)與浮力知識點(diǎn)時(shí)改變傳統(tǒng)的教學(xué)方式,將該課改編成“水的秘密——壓強(qiáng)與浮力探究”項(xiàng)目。在該項(xiàng)目中,任課教師融合了學(xué)科內(nèi)部多種知識的講授與應(yīng)用,如物質(zhì)結(jié)構(gòu)、壓強(qiáng)、勢能等知識。
在項(xiàng)目實(shí)施過程中學(xué)生需要通過帕斯卡裂桶實(shí)驗(yàn)理解水的壓強(qiáng)與深度的關(guān)系,然而現(xiàn)實(shí)環(huán)境無法滿足該實(shí)驗(yàn)的實(shí)施,學(xué)生在探究活動中通過利用礦泉水瓶、橡皮膜、橡膠管制作了新的實(shí)驗(yàn)裝置并順利完成了實(shí)驗(yàn)。
2. 科創(chuàng)項(xiàng)目的啟發(fā)
引導(dǎo)學(xué)校結(jié)合自身發(fā)展特點(diǎn)把科技創(chuàng)新作為重點(diǎn)打造的文化特色之一,積極開展各種科創(chuàng)類主題項(xiàng)目,比如圖書分揀機(jī)器人項(xiàng)目、水火箭制作與發(fā)射項(xiàng)目和無人車探險(xiǎn)項(xiàng)目等。
【案例】圖書分揀機(jī)器人項(xiàng)目
項(xiàng)目起因:初二年級學(xué)生在書吧借閱圖書時(shí)發(fā)現(xiàn)老師要經(jīng)常分揀、整理圖書,由此提出:“是否可以發(fā)明一個(gè)分揀圖書的機(jī)器人來減輕老師的工作負(fù)荷?”
項(xiàng)目開展:了解到學(xué)生這一想法后,信息教師牽頭組織其他相關(guān)學(xué)科教師第一時(shí)間投入研究“圖書分揀機(jī)器人”項(xiàng)目。項(xiàng)目開展過程中由圖書管理教師講授圖書分類方法,物理教師講授傳感器、物鏡、電子光學(xué)等知識,信息教師講授編程知識,美術(shù)教師參與指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行外觀設(shè)計(jì),多學(xué)科共同參與的探究活動就此展開。
3. 思考與啟發(fā)
通過以上活動的開展,學(xué)生表現(xiàn)出對該種學(xué)習(xí)模式濃厚的學(xué)習(xí)興趣,教師也表達(dá)了嘗試這種新型教學(xué)方法的強(qiáng)烈意愿。所以我們的STEM教育就是要以真實(shí)問題的解決為任務(wù)驅(qū)動,讓學(xué)生通過運(yùn)用多學(xué)科知識和技能來解決實(shí)際問題,從而培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐、創(chuàng)新與探究能力,這也正是STEM教育的本質(zhì)所在。
接下來我們引導(dǎo)學(xué)校開始思考,如何打造符合學(xué)校辦學(xué)特色、學(xué)生成長特點(diǎn)、真正落地生根的STEM課程。
三、STEM課程的開發(fā)與實(shí)施
1. STEM課程目標(biāo)的確定
STEM本質(zhì)上是一種跨學(xué)科教育,是Science(科學(xué))、Technology(技術(shù))、Engineering(工程)、Mathematics(數(shù)學(xué))學(xué)科教育的統(tǒng)稱,其初衷是為了更有針對性地培養(yǎng)科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)領(lǐng)域的人才,始終以培養(yǎng)“學(xué)科素養(yǎng)”(單科或綜合)為目標(biāo)。因此,STEM課程目標(biāo)首先應(yīng)包含學(xué)科目標(biāo),例如數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)、信息技術(shù)等學(xué)科目標(biāo)。
同時(shí),STEM教育不是多種學(xué)科的單一組合,其強(qiáng)調(diào)學(xué)生綜合運(yùn)用多學(xué)科知識解決實(shí)際問題,可見其重視學(xué)生綜合能力的發(fā)展。然而,21世紀(jì)更需要具有創(chuàng)新能力的人才,更需要具有核心素養(yǎng)的人才?!吨袊鴮W(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)》提出的我國學(xué)生應(yīng)發(fā)展的六大核心素養(yǎng)——人文底蘊(yùn)、學(xué)會學(xué)習(xí)、科學(xué)精神、責(zé)任擔(dān)當(dāng)、健康生活、實(shí)踐創(chuàng)新,已成為教育改革的風(fēng)向標(biāo)。STEM教育因其倡導(dǎo)學(xué)科整合對發(fā)展學(xué)生的核心素養(yǎng)具有舉足輕重的作用,甚至被稱為發(fā)展核心素養(yǎng)的“療效藥”。因此,STEM課程目標(biāo)也應(yīng)包含核心素養(yǎng)目標(biāo),并主要體現(xiàn)《中國學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)》中所提出的問題解決、技術(shù)運(yùn)用等18個(gè)基本要點(diǎn)。
綜上所述,STEM課程目標(biāo)包含學(xué)科目標(biāo)和核心素養(yǎng)目標(biāo)兩部分。
2. STEM課程定位及課程體系的形成
在這一階段,各個(gè)學(xué)校要分析學(xué)生的特點(diǎn),梳理來自學(xué)生的反饋,然后通過專業(yè)團(tuán)隊(duì)的研討,最終確定STEM課程定位,形成STEM課程體系。
(1)基于學(xué)生立場
學(xué)生應(yīng)永遠(yuǎn)站在學(xué)習(xí)的正中央,真正成為學(xué)習(xí)的主人,各學(xué)校專門組織學(xué)生以小組合作的方式,讓學(xué)生圍繞身邊的校園生活盡情描繪他們心目中STEM課程的樣子。結(jié)果顯示,科學(xué)學(xué)習(xí)的有效工具、智能生活的特色產(chǎn)品、師生關(guān)系的巧妙維護(hù)、環(huán)境保護(hù)的創(chuàng)意發(fā)明以及未來校園的現(xiàn)實(shí)模樣等等,都是學(xué)生的興趣所在,也是學(xué)生樂于探究的方向。
(2)專業(yè)團(tuán)隊(duì)分析研討
山東省STEM協(xié)同中心組織省內(nèi)外STEM專家團(tuán)隊(duì),定期與學(xué)校的STEM教師進(jìn)行線上線下的專題研討,制訂詳細(xì)的實(shí)施方案,為學(xué)生成長提供最有力的支持與幫助。
在研究與實(shí)踐中,某初中試點(diǎn)學(xué)校整體工作比較突出,基于學(xué)生的培養(yǎng)方向和成長需求,圍繞校園生活實(shí)際問題構(gòu)建了5個(gè)版塊、12個(gè)項(xiàng)目的STEM課程體系。
項(xiàng)目組根據(jù)每個(gè)項(xiàng)目中涉及的知識點(diǎn)難易程度以及學(xué)生的學(xué)情,將項(xiàng)目合理劃分到不同年級,如表2所示:
3. STEM項(xiàng)目實(shí)施階段
在我們指導(dǎo)學(xué)校開展STEM的研究過程中,我們通過前期的探索實(shí)施,初步總結(jié)出一套STEM項(xiàng)目實(shí)施的一般過程,該過程分為項(xiàng)目啟動階段、項(xiàng)目實(shí)施階段、總結(jié)分享階段和評價(jià)反饋階段。
(1)項(xiàng)目啟動階段
在項(xiàng)目啟動階段,項(xiàng)目指導(dǎo)教師要將學(xué)生劃分小組,設(shè)計(jì)項(xiàng)目方案,明確小組分工,制訂小組計(jì)劃。
(2)項(xiàng)目實(shí)施階段
STEM項(xiàng)目的實(shí)施以活動探究為主要推進(jìn)形式,通過設(shè)計(jì)難度層層遞推的問題,讓學(xué)生逐步解決,最終完成作品成果。在實(shí)際開展項(xiàng)目時(shí),該階段會根據(jù)項(xiàng)目的實(shí)際情況劃分為更加具體的小階段。
(3)總結(jié)分享階段
在STEM項(xiàng)目中,學(xué)生完成一系列活動后需分享自己在項(xiàng)目中的收獲與感悟,并展示學(xué)習(xí)成果,該成果可以是作品也可以是研究報(bào)告等。
(4)評價(jià)反饋階段
在STEM項(xiàng)目的實(shí)踐中,各項(xiàng)目試點(diǎn)校要通過學(xué)生的學(xué)習(xí)、教師的教學(xué)等多維視角反饋項(xiàng)目學(xué)習(xí)效果,通過過程性、表現(xiàn)性、開放性的評價(jià)體系,引領(lǐng)學(xué)生進(jìn)行基于真實(shí)世界的深度學(xué)習(xí)。
4. STEM課程評價(jià)
基于跨學(xué)科教學(xué)的STEM課程,強(qiáng)調(diào)學(xué)生實(shí)現(xiàn)學(xué)科目標(biāo)和核心素養(yǎng)目標(biāo),這與傳統(tǒng)教學(xué)只強(qiáng)調(diào)學(xué)科目標(biāo)的完成大不相同,因此在進(jìn)行課程評價(jià)時(shí)應(yīng)多方考慮,不僅要完善評價(jià)的內(nèi)容,更應(yīng)創(chuàng)新評價(jià)過程、評價(jià)工具和評價(jià)的主體。
為了有效評估STEM的學(xué)習(xí),我們引導(dǎo)學(xué)校建立評價(jià)體系,通過多樣的評價(jià)方式判斷學(xué)生的知識和能力水平。評價(jià)體系包含多元的評價(jià)主體、多元的評價(jià)工具、多元的評價(jià)過程和多元的評價(jià)內(nèi)容,如圖2所示。
四、STEM課程實(shí)施案例
下面將通過“時(shí)間都去哪兒了”這一項(xiàng)目具體介紹STEM課程的具體實(shí)施情況。
1. 項(xiàng)目主題
時(shí)間管理器的設(shè)計(jì)制作。
2. 適用年級
7—8年級。
3. 項(xiàng)目背景
學(xué)生從小學(xué)升入初中后,隨著學(xué)科數(shù)量的增加和課程難度的提升,時(shí)間管理的能力愈發(fā)重要。根據(jù)我們?nèi)粘=虒W(xué)的經(jīng)驗(yàn)來看,學(xué)業(yè)成績往往與時(shí)間管理的能力息息相關(guān)。在對學(xué)生的問卷中學(xué)生也普遍反映出時(shí)間管理的諸多困難。
本項(xiàng)目通過研究時(shí)間管理的方法,制作一個(gè)多功能時(shí)間管理器,幫助學(xué)生做時(shí)間管理的規(guī)劃與實(shí)施。該項(xiàng)目融合了科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)、物理學(xué)科知識,是典型的STEM課程案例。
4. 課程目標(biāo)
科學(xué):了解單片機(jī)計(jì)時(shí)器的原理,了解人體紅外傳感器的原理。
信息技術(shù):掌握圖形化編程語言,了解物聯(lián)網(wǎng)初步知識,了解大數(shù)據(jù)的應(yīng)用場景。
工程:掌握電路的連接方法。
數(shù)學(xué):掌握變量在程序中的應(yīng)用。
5. 學(xué)科目標(biāo)
藝術(shù):會用3D設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及冷暖顏色的使用。
物理:了解光的三原色。
6. 核心素養(yǎng)目標(biāo)
人文情懷:通過對時(shí)間管理器功能的人性化設(shè)計(jì),培養(yǎng)以人為本的意識。
審美情趣:通過對時(shí)間管理器的外觀設(shè)計(jì),培養(yǎng)感知、評價(jià)美的意識和基本能力。
勇于探究:通過對時(shí)間管理器不同功能的探究,激發(fā)學(xué)生的想象力。
樂學(xué)善學(xué):通過對時(shí)間規(guī)劃的學(xué)習(xí),養(yǎng)成良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣。
信息意識:通過對物聯(lián)網(wǎng)的學(xué)習(xí),主動適應(yīng)“互聯(lián)網(wǎng)+”等社會信息化發(fā)展趨勢。
自我管理:通過對時(shí)間管理的學(xué)習(xí),學(xué)會合理分配和使用時(shí)間與精力的方法。
問題解決:根據(jù)學(xué)生完成作業(yè)時(shí)間使用的現(xiàn)狀,引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)和提出問題,并指導(dǎo)學(xué)生制訂合理的解決方案。
技術(shù)運(yùn)用:培養(yǎng)工程思維,能將創(chuàng)意和方案轉(zhuǎn)化為有形物品。
7. 課時(shí)安排
階段一:項(xiàng)目啟動
在該階段學(xué)生以小組為單位完成項(xiàng)目策劃書,即確定項(xiàng)目主題和項(xiàng)目目標(biāo),完成小組成員任務(wù)分配,制訂項(xiàng)目計(jì)劃并分析計(jì)劃的可行性。
階段二:功能設(shè)計(jì)
學(xué)生制作放學(xué)后的時(shí)間規(guī)劃表,并根據(jù)各自的時(shí)間規(guī)劃表在小組內(nèi)用頭腦風(fēng)暴的方法討論時(shí)間管理器的功能,并通過思維導(dǎo)圖的形式呈現(xiàn)。教師與學(xué)生共同分析所列功能的可行性與實(shí)際意義,確定實(shí)現(xiàn)時(shí)間管理器的三個(gè)功能:定時(shí)功能、自動提醒功能、不同提醒方式。
階段三:制作實(shí)現(xiàn)
在該階段學(xué)生以小組為單位,通過組裝器材、編寫程序、利用3D打印機(jī)分別實(shí)現(xiàn)定時(shí)功能、自動提醒功能、不同提醒方式。
階段四:總結(jié)分享
各小組制作完成時(shí)間管理器后,依次以小組為單位上臺展示講解各自的作品,并通過PPT的形式介紹在本次項(xiàng)目中自己的收獲和遇到的困難。
階段五:多元評價(jià)
在該階段學(xué)生通過完成《項(xiàng)目式學(xué)習(xí)小組合作能力自我評價(jià)表》《項(xiàng)目式學(xué)習(xí)小組合作能力他評表》《學(xué)生設(shè)計(jì)方案評價(jià)表》《學(xué)生參與項(xiàng)目情況評價(jià)表》《項(xiàng)目式學(xué)習(xí)中PPT展示評價(jià)表》和《作品展示評價(jià)表》等多種評價(jià)量表實(shí)現(xiàn)多種評價(jià)主體、評價(jià)過程和評價(jià)內(nèi)容的評價(jià)。
五、對STEM教育的思考
1. 跨學(xué)科是針對分科教學(xué)而言的,如何處理好分與跨的關(guān)系
各學(xué)科都有內(nèi)在邏輯的獨(dú)立性,跨學(xué)科學(xué)習(xí)需要堅(jiān)實(shí)的學(xué)科基礎(chǔ),沒有學(xué)科就沒有跨學(xué)科,兩者是相輔相成的,要處理好分科教學(xué)和跨學(xué)科學(xué)習(xí)的關(guān)系,從更廣闊的視野認(rèn)識學(xué)習(xí)的本質(zhì)。
2. 學(xué)科融合方式選擇的重要依據(jù)是什么
哪幾門學(xué)科融合、怎么融合要根據(jù)所要培養(yǎng)的核心素養(yǎng)而定,這樣可以有效避免STEM教育在實(shí)際教學(xué)中出現(xiàn)的學(xué)科之間盲目融合的弊端,為學(xué)生設(shè)計(jì)更有針對性的探究問題、學(xué)習(xí)內(nèi)容以及實(shí)踐活動,讓學(xué)生能夠真正掌握跨學(xué)科的思維和方法。
3. STEM教育應(yīng)該更注重終期產(chǎn)品的生成還是過程中學(xué)生的體驗(yàn)
在項(xiàng)目開展中,雖然有時(shí)問題沒有得到完全解決,或者項(xiàng)目沒有得出最終的成果,但在參與、體驗(yàn)中習(xí)得知識的方式對學(xué)生今后的長遠(yuǎn)發(fā)展會產(chǎn)生深刻影響。
4. 開展STEM教育是否必須具備先進(jìn)的教學(xué)設(shè)施和專業(yè)的STEM教師團(tuán)隊(duì)
有人認(rèn)為實(shí)施STEM教育的前提必須建有先進(jìn)的教學(xué)設(shè)施,必須具有高精專的教師團(tuán)隊(duì),然而真正意義上的STEM教育強(qiáng)調(diào)利用學(xué)?,F(xiàn)有的教育條件、師資隊(duì)伍進(jìn)行探索并逐漸完善。STEM教師團(tuán)隊(duì)強(qiáng)調(diào)包含學(xué)校各學(xué)科教師,雖然有些教師目前還不具備專業(yè)STEM技能,但在陪伴、引領(lǐng)學(xué)生的過程中可以實(shí)現(xiàn)與學(xué)生的共同成長。
5. STEM只能演變?yōu)镾TEAM嗎
STEM教育是指科學(xué)(Science)、技術(shù)(Technology)、工程(Engineering)、數(shù)學(xué)(Mathematics)的有機(jī)結(jié)合。隨著時(shí)代發(fā)展STEM教育又強(qiáng)調(diào)藝術(shù)的深度融合,加入了藝術(shù)(Arts),演變?yōu)镾TEAM。然而無論STEM+任何元素均是源于教育的需要,源于學(xué)生的需求。因此,我們在指導(dǎo)學(xué)校進(jìn)行STEM教育實(shí)踐時(shí),鼓勵(lì)學(xué)校大膽探索,努力嘗試,逐漸形成STEM+教育體系。
我們將繼續(xù)引進(jìn)國內(nèi)外STEM教育優(yōu)質(zhì)資源,借鑒有效的教育模式,針對不同學(xué)校實(shí)際,采取重構(gòu)、創(chuàng)新、優(yōu)化等措施,努力探索STEM教育的實(shí)施路徑,開拓一條STEM課程創(chuàng)新實(shí)踐之路,為學(xué)生應(yīng)對未來挑戰(zhàn)、實(shí)現(xiàn)終身發(fā)展奠定基礎(chǔ)。
(作者單位:山東省教育科學(xué)研究院)