加拿大經濟發(fā)展與STEM教育研究

劉春岳

摘?要：STEM教育是科學、技術、工程和數(shù)學教育的整合，通過基于項目的跨學科學習，培養(yǎng)21世紀所需的解決問題能力和創(chuàng)新能力。為應對社會的經濟發(fā)展和提高國家競爭力，加拿大注重和倡導中小學STEM教育，其中項目是學生體驗STEM教育的重要方式。以加拿大“番茄圈”項目為例，在成立的20多年里，通過讓學生觀察和對比太空和地球的種子發(fā)芽過程，開展和支持中小學STEM教育。借鑒之，我們需要重視和開發(fā)適合本土的STEM教育項目，進而激發(fā)學生的科學探究精神。

關鍵詞：科學探究;加拿大;STEM教育;番茄圈

中圖分類號：F74?????文獻標識碼：A??????doi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2020.36.016

1?“番茄圈”項目的啟動與內容

在一個迅速變化的世界里，對于科學、技術、工程和數(shù)學（STEM）相關工作的人才需求只會繼續(xù)增長，加拿大的兒童和青年需要保持好奇心，提出問題，并有能力面對生活的挑戰(zhàn)，但現(xiàn)實大多數(shù)加拿大學生在高中畢業(yè)前就放棄了STEM課程。為了改變此現(xiàn)狀，2001年啟動番茄圈，在2014-2015年期間，全國性慈善組織“讓我們談科學”（Lets Talk Science，簡稱LTS）承擔了對“番茄圈”加拿大業(yè)務的管理監(jiān)督。番茄圈是一個基于探究的課堂項目和動手操作的項目，利用學生對空間探索的興奮為基礎，培養(yǎng)學生科學探究和實驗技能，同時也為當今重要的研究做出貢獻。自“番茄圈”項目啟動以來，已經吸引了300多萬名學生，每年加拿大有超過15000所幼兒園和12年級的班級利用“番茄圈”來調查空間對食物的影響。

在種子調查中，學生觀察空間環(huán)境對番茄種子萌發(fā)的影響。當人類尋求深入太空旅行的方法時，我們必須找到擴展維持生命系統(tǒng)的方法。番茄是一個理想的選擇，因為他們通過葉片的蒸騰作用提供健康的營養(yǎng)和水分。通過光合作用，番茄植株還能將宇航員呼出的光能和二氧化碳轉化為生存所需的氧氣。番茄圈種子調查的問題是暴露在太空環(huán)境或類似太空的條件下如何影響番茄種子發(fā)芽的數(shù)量？調查包括種植兩組番茄種子，檢查和記錄種子發(fā)芽情況，并提交結果。

2?“番茄圈”項目的實施

“番茄圈”項目有一個完整的實施過程，具有包括六個步驟。

2.1?實施過程

春天來臨，學生收到兩包西紅柿種子，一個包裹裝著送往太空或在太空模擬條件下處理的種子，另一種是未經處理的“對照”種子。學生種植種子和實驗，探索外層空間環(huán)境對番茄發(fā)芽的影響。通過番茄圈，學生將學習如何進行科學實驗和比較兩組種子發(fā)芽的數(shù)量。在完成項目的同時，學生將研究如何為太空探索任務提供維持生命所需的食物、水、氧氣，并消耗宇航員呼出二氧化碳的方法，討論太空探索涉及的許多問題。根據(jù)年級和課程的不同，教師可以將番茄圈種子的基本調查與植物、空間、營養(yǎng)、數(shù)學或環(huán)境的研究聯(lián)系起來，從而擴大調查范圍。番茄圈的實施包含五步驟即注冊和排序種子、復習和準備課程材料、教師向學生介紹項目、播種、觀察和記錄種子發(fā)芽情況、在線提交結果。

2.2?實施步驟

項目的實施分為六個步驟，分別是：注冊和排序種子—復習資料—向學生介紹—播種—觀察和記錄發(fā)芽情況—在線提交結果，具體如下：

（1）注冊和排序種子。注冊一個LTS賬戶，進行購買。

（2）復習和準備課程材料。

①熟悉番茄圈的資源。教師通讀指南來探索資源，這些學習資源將學習內容引向種子調查以外的領域，就如何培養(yǎng)探究技能和跨課程概念提出建議。

②計劃做種子調查的時間。在星期三或星期四播種（除了寒暑假），第一批種子需要5-7天的時間發(fā)芽，學生應該在場看到第一次發(fā)芽跡象。

③安排種植和觀察。首先播種計劃，40-60分鐘，視學生年齡而定;其次觀察、測量和記錄，每天5-10分鐘，最好是每天同一時間;最后發(fā)芽，在理想條件下5至7天，但可長達3至4周。

④準備從番茄圈獲取材料。學生應該收到兩包種子（兩個不同的字母標記）。一個包裝含有“對照”種子（未經處理），另一個包裝含有“試驗性”種子（經過處理），這些種子暴露在太空或類似太空的條件下。

（3）教師向學生介紹這個項目。在每個資源中，按年級分配的活動建議適合其年齡的建議和場景，他們可用于啟動和參與學生的種子調查。

（4）播種。在種植前，將泥炭球在溫水中浸泡約40分鐘，或直到完全膨脹;將每個泥炭球（或土壤）放入一個單獨的種植容器中，或者可以用一個苗木托盤來保存種子和小球（或土壤）;用種子包裝上的字母準確地給種植容器貼上標簽;讓每個學生將一顆種子壓入每個泥炭球（或土壤），深度大約與種子的長度相同;確保標簽是準確的。

（5）觀察和記錄種子發(fā)芽情況。

①種子護理和澆水。泥炭球（或土壤）在萌發(fā)期應保持濕潤。每天檢查泥炭球或土壤，確保接觸到的是潮濕的，而不是浸濕的，根據(jù)需要相應加水。澆水時間表可能會根據(jù)房間的濕度而有所不同。周末出發(fā)前記得給泥炭球（或土壤）澆水，回來時要盡快澆水，重要的是保證泥炭球或土壤不會變干。

②觀察和記錄結果.確定發(fā)芽：種子調查的主要目的是確定發(fā)芽種子的數(shù)量與兩種類型種子（處理和未處理）中每種種子的播種數(shù)相比較。當可以看到兩個明顯分開的子葉（胚葉）時，可以認為種子已經發(fā)芽。

③記錄結果。記錄每天發(fā)芽2-3周或直到最后一粒種子發(fā)芽5天的種子數(shù)量。當每顆種子都被記錄下來時，用塑料攪拌棒來標記。觀察的內容包括：播種數(shù)、播種日期、第一粒種子發(fā)芽日期、最后一粒種子發(fā)芽的日期（不算未發(fā)芽的種子）、發(fā)芽種子總數(shù)。

（6）在線提交結果。注冊時使用用戶名和密碼;種子的數(shù)量和種子發(fā)芽的數(shù)量。

2.3?實施成效

在LTS帶領下下，番茄圈項目已發(fā)展支持7000多名注冊教育工作者，比前一年增加了5%。加拿大安大略省教師范達納“當我開始教太空單元的時候，我認為這是我在教室里創(chuàng)造太空的機會，用我的熱情來激勵年輕人。多虧了LTS和番茄圈項目，我才能實現(xiàn)這個夢想。與宇航員杰里米·漢森的會面使學生對加拿大的太空探索和太空生命的可能性有了更好的了解。這些年輕的加拿大人獲得了在STEM領域追求事業(yè)的動力。教育家的反饋也為新的番茄圈教學資源的開發(fā)提供了信息，這些資源支持以探究為基礎的學習和科學過程。不列顛哥倫比亞省教育家索菲婭很欣賞這個項目，感謝它為學生建立好奇心和探究所做的一切，她喜歡應用到各種不同的年級和教室”。

外層空間對番茄種子萌發(fā)有什么影響？來自加拿大各地的415700名學生，他們在2016-2017年使用了番茄圈項目來回答這個問題。該項目在2016-2017年期間引入了一個新的網(wǎng)站和更多的教育資源，教授學生科學探究的技能和過程。參與該項目的馬尼托巴州石墻市石墻百周年學校八年級學生亞當·斯塔姆勒說，“番茄圈太神奇了?！彼任覀冊跁凶x到的任何東西都更吸引人。2016年至2017年，來自加拿大各地的41.57萬名學生使用番茄信息素項目回答了這個問題。該項目在2016-2017年期間引入了一個新的網(wǎng)站和更多的教育資源，教授學生科學探究的技能和過程。參與該項目的馬尼托巴州石墻市石墻百周年學校八年級學生亞當·斯塔姆勒說，“番茄圈太神奇了，它比我們在書中讀到的任何東西都更吸引人?！蓖瑢W卡特·艾夫斯非常興奮，他在自己家里的花園里種了一些幼苗，并記錄了它們的生長情況，他說“我從這個項目中學到了很多東西，它激發(fā)了我的想象力，我開始思考在太空種植食物的所有機會，我絕對希望有一天能從事農業(yè)工作?！?017年至2018年，石墻百年學校（Ecole Stonewall Centennial）的一個八年級班決定將“番茄圈”提升到一個新的水平。尼克爾說，“學生喜歡太空植物的概念，也喜歡他們的研究對長時間飛行甚至火星旅行中食物生長的研究有益。一些學生甚至稱番茄圈計劃是他們有史以來最好的學校體驗。當學生能夠興奮起來，并為科學探究打下基礎時，一切都是無限的?！?/p>

3?思考及啟示

番茄圈培養(yǎng)了學生的探究技能，教會其批判性思考，它為學生提供一個極好的機會，讓學生像科學家一樣思考和行動，練習他們的探究技能，發(fā)展對科學本質和公平測試概念的理解。隨著學生參與種子調查的步驟，這些技能可以在各種資源的支持下進行介紹和實踐，并提出適合不同年齡和不同理解水平的學習經驗。探究是一種學習方法，它在一系列的過程中來探索自然、物質和/或社會世界。探究讓學生參與提問和回答有意義的問題。其中一些問題將由教師提出，而另一些問題則將由學生提出。學生會有許多機會參加實際活動，這些活動會產生問題的答案和解決問題的辦法，并可能導致進一步的調查。

科學探究過程并不總是一個線性的進程，但往往更多的是一個來回或周期性的一系列事件，通常從開始和計劃階段開始，之后進入執(zhí)行和記錄階段，再進行公平的測試或協(xié)議，從而產生數(shù)據(jù)和證據(jù)。在分析和解釋階段將收集到的數(shù)據(jù)和證據(jù)進行檢查，這可能導致進一步的問題，并隨著新調查的啟動和計劃重新開始這一循環(huán)。溝通和團隊合作對調查周期各個階段的成功和效率非常重要。這個過程遵循5E教學模式。5Es教學模式包括參與（engage）、探究（explore）、解釋（explain）、擴展（extend）和評估（evaluate）的循環(huán)步驟，可以疊加在基本的探究周期之上。參與階段對應于開始和計劃。探究和解釋包含了探究的執(zhí)行和記錄階段，擴展和評估包含了探究的分析和解釋階段。

科學探究具有其自身的獨特性，因為它有以下特點：科學探究是由好奇、興趣、需求或熱情驅動時，它是在科學的背景下回答一個問題的;這個過程從一個要回答的問題開始;生成一個預測/假設;根據(jù)書籍、視頻、其他人的專門知識和見解等資源中的背景知識，規(guī)劃并實施了一項調查。這些特點是科學探究所獨有的，在科學探究過程中培養(yǎng)學生的探究技能、探究經驗和好奇心，但是在科學探究過程中也有其需要注意的問題：觀察數(shù)據(jù)的收集，記錄使用各種代表性表格;可能會出現(xiàn)更多的問題，從而導致更多的勘探和調查;要使經驗有意義，需要反思、交談、與他人比較發(fā)現(xiàn)、解釋數(shù)據(jù)和觀察，以及將新概念應用于其他情境，所有這些都有助于學習者構建一個更完善的精神世界框架。

綜上所述，好的課程播下了好奇心的種子，而好奇心是探求的先導，探究是STEM開始的源泉，因此加拿大“番茄圈”項目就是在科學探究中播種好奇心的種子，為我國提供了一些借鑒價值，當然由于國情不一樣，我國在學習的同時也要注意本土化。

參考文獻

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