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1、【課程設(shè)計論文】STEM課程設(shè)計實踐研究
摘要:STEM教育作為未來綜合性人才的培養(yǎng)模式,優(yōu)勢已日趨明顯,而STEM課程資源的豐富度和適切性是影響STEM教育有效且持續(xù)開展的重要因素。文章結(jié)合實踐分析如何根據(jù)學(xué)生、教師及學(xué)校特色設(shè)計適切的STEM課程,提出了STEM課程可以從平移、教材、社團、社會、企業(yè)五個方面挖掘并設(shè)計,希望能夠為尋找適切的STEM課程的一線科學(xué)教師提供借鑒。
關(guān)鍵詞:STEM教育;STEM課程;課程設(shè)計;人才培養(yǎng)
一、從平移中來:洋為我用,吸納改良
隨著2018浙江———印州中小學(xué)STEM課程平移項目開幕式在杭州舉行,
2、STEM教育理念迅速在我國傳播,同時引起科學(xué)教師的廣泛關(guān)注。許多教師尋找國外可以借鑒的STEM課程,但此類課程因為受各國教育背景、教育方式以及學(xué)生認知水平和能力差異等因素的影響,無法很好地適合師生實際,容易造成“水土不服”的現(xiàn)象。因此,教師可對課程內(nèi)容進行本土化改編,作適當(dāng)調(diào)整。例如,在借用引進的課程“跨越河道”的設(shè)計框架時,教師可結(jié)合本地“紹興橋鄉(xiāng)”的特點進行設(shè)計。圍繞紹興的橋,要求學(xué)生有針對性地認知橋的外觀、結(jié)構(gòu)、材料,最終設(shè)計制作一座有紹興特色的“橋”。教師按照提出問題、準(zhǔn)備階段、闡述制作、展示評價4個步驟設(shè)計STEM課程“紹興的橋”,取得了較好的效果。第1課時,展現(xiàn)情景,提出問題。建設(shè)
3、管理部門發(fā)出招標(biāo)通告:紹興古城改造,需要在護城河上建造一座跨度30米(橋梁模型跨度30厘米)的古橋。第2課時,知識準(zhǔn)備,引導(dǎo)討論。你見過幾種形式的古橋?能否在紙上畫出來?每一類的共同點是什么?請你簡單敘述橋梁搭建應(yīng)該遵循什么步驟?第3課時,設(shè)計方案,制作橋梁。學(xué)生分小組進行討論,確定設(shè)計方案,畫出簡單設(shè)計圖,對材料和分工進行標(biāo)注。學(xué)生領(lǐng)取材料制作橋梁。第4課時,載重測試,改進橋梁。使用小車對橋梁進行載重測試,以確保建造的橋梁能夠承載重物。第5課時,展示介紹,評價總結(jié)。每個小組需要展示創(chuàng)意、設(shè)計、分工、建造和最終完善的過程,同時還要對本組設(shè)計的橋梁的應(yīng)用進行展示。對自己小組設(shè)計和建造的橋梁特點進
4、行分析,并與其他小組的橋梁進行比較。師生共同從橋梁載重、橋梁跨度、橋梁自重、紹興特色、制作工藝、團隊協(xié)作等方面對各小組橋梁模型打分。
二、從教材中來:研究教材,重構(gòu)整合
現(xiàn)行小學(xué)科學(xué)教材很多單元有開展STEM活動的素材,如“制作一個保溫杯”“做個太陽能熱水器”“造一艘小船”等,不少科學(xué)教師注意到了這些素材,但不知怎么設(shè)計成STEM課程。其實,只需認真地梳理和挖掘,結(jié)合師生實際和本校特色,找到科學(xué)和數(shù)學(xué)、信息技術(shù)等其他學(xué)科之間的連接點和整合點,以綜合的視野看問題,就能把這些內(nèi)容設(shè)計成STEM課程。例如,五年級科學(xué)上冊“運動和力”單元中“設(shè)計制作小賽車”一課,就有比
5、較明顯的工程研究內(nèi)容,為此,教師可引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計一個完整的STEM課程“挑戰(zhàn)號小車”。第1課時,明確任務(wù)要求,進行基礎(chǔ)準(zhǔn)備。要制作一輛比賽用的小車,行駛路程大于1米且能載重一個雞蛋的彈力小車或反沖力小車。研究影響小車摩擦力大小的因素:接觸面光滑程度、小車對地面的壓力、小車運動方式。第2課時,學(xué)生先各自查閱資料,再交流討論工程師是怎樣思考設(shè)計賽車的,使賽車時速達到300千米以上,同時盡量做到平穩(wěn)、安全。第3課時,根據(jù)任務(wù)要求設(shè)計小車,小組成員交流設(shè)計方案,選出最好的設(shè)計方案。第4課時,根據(jù)設(shè)計制作小車。能載重一個雞蛋對學(xué)生是個挑戰(zhàn)。學(xué)生在制作時,要考慮小車行駛的平穩(wěn),盡量走直線,啟動不能太快,彈力
6、或反沖力又不能太小,路程行駛盡可能長,還要克服輪子打滑等問題。學(xué)生通過不斷設(shè)計、制作、測試和改進,制作出符合要求的小車,同時思維得到發(fā)展,綜合能力得到提升,學(xué)到了運動和力的相關(guān)知識以及車的建造原理。
三、從社團中來:依托活動,篩選重組
科技社團活動以科學(xué)技術(shù)問題為核心,把理論知識、實驗制作、實踐創(chuàng)造、展示交流融為一體,其本身呈現(xiàn)提出問題、設(shè)計制作、展示改進等相對完整的過程,活動內(nèi)容與形式與STEM教育比較契合,其中的許多項目可以成為STEM課程的素材。為此,教師可選取幾個適合學(xué)生的科技社團活動的項目,結(jié)合STEM教育的本質(zhì)和特征,設(shè)計出具有本校特色、學(xué)生喜愛的S
7、TEM課程。例如,“水槍,射,射,射”這一科學(xué)活動,設(shè)計靈感就來源于學(xué)生的科技小制作。教師可把它設(shè)計成以制作一個發(fā)射得更遠的空氣火箭為任務(wù)驅(qū)動的活動項目,分7課時開展教學(xué)。第1課時,提出問題,明確任務(wù),要為古代軍隊制作一把攻城用的水槍。第2課時,閱讀相關(guān)資料,了解制作水槍的材料及制作原理。第3課時,思考水槍的射程和哪些因素有關(guān),并畫出水槍設(shè)計圖,確定自己小組的最佳設(shè)計。第4課時,學(xué)生自帶材料,按設(shè)計圖制作水槍。如細的PVC管、雷竹桿、橡膠塞、膠帶、竹棒等。第5課時,各組對水槍進行射程測試、分析,并對水槍進行調(diào)整。第6課時,作品展示,集體測試。各組用水槍射倒搭建的“峰火臺”,根據(jù)測試結(jié)果小組討論
8、可以改進的地方和措施。第7課時,圍繞事先設(shè)計好的問題進行全班討論,引發(fā)學(xué)生深入思考與水槍相關(guān)的技術(shù)、科學(xué)原理和社會問題。其中社會問題可這樣設(shè)計:水槍適用于哪個年齡段的人群?能否作為武器?不同的人對水槍會有什么看法?水槍的使用是否會降低某些人的生活質(zhì)量?類似于這樣一些滲透科學(xué)工程因素的科技活動項目,本身就具備STEM元素,把它們設(shè)計成STEM課程,可以賦予其新的活力,幫助學(xué)生實現(xiàn)深層次學(xué)習(xí)。
四、從社會中來:貼近生活,解決問題
社會和生活中有些自然情境為學(xué)生提供了需要解決的問題,也涉及具體材料的使用,有真實的活動可以模仿,這比校內(nèi)有些活動更具體、更真實,可以更好地
9、培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用知識的能力。教師要做個有心人,善于抓住社會生活中學(xué)生關(guān)心的某些主題的STEM因素,以項目學(xué)習(xí)的形式設(shè)計成STEM課程,同時融入探究思考內(nèi)容,協(xié)助學(xué)生在具體情境中學(xué)習(xí)與項目主題相關(guān)的科學(xué)、技術(shù)、工程技能和數(shù)學(xué)知識。例如,在紹興當(dāng)?shù)?,許多家庭都會制作傳統(tǒng)食品霉干菜。秋末冬初,菜園里的芥菜抽了苔,拇指粗細,頂帶花蕾,脆嫩味甘。這時,摘下菜心,晾掛幾天。待葉子變軟,放進大盆,撒上鹽,用手揉搓,滲出一些菜汁,裝入陶甕,碼一層撒一層鹽,裝滿后把甕口封嚴(yán)。過十天或半月,取出曬干,便成為色澤金黃、咸酸味甘的霉干菜。教師可對此進行深入挖掘,按照STEM理念設(shè)計課程“好吃的霉干菜”。學(xué)生先明確任務(wù),制
10、作一包霉干菜,在農(nóng)產(chǎn)品展銷會上展銷。接著上網(wǎng)查閱資料,了解腌制過程中的發(fā)酵溫度、發(fā)酵時間、含鹽量等因素對微生物和風(fēng)味的影響。再設(shè)計制作方案,標(biāo)明自己小組采用的原材料、工具,寫清楚制作方法、步驟、時間安排和成員分工。然后分3課時制作霉干菜:第一課時,學(xué)生自帶芥菜摘心晾掛。第二課時,撒鹽揉搓裝甕封口。第三課時,曬干裝袋,寫產(chǎn)品說明。最后舉辦展銷會,學(xué)生品嘗各組制作的霉干菜,按外觀、口感、色澤、氣味等方面打分,評出優(yōu)質(zhì)霉干菜。這種來自社會生活的STEM課程更受學(xué)生歡迎,學(xué)生為解決生活問題而學(xué),為創(chuàng)造美好生活而做,參與活動的積極性更高。
五、從企業(yè)中來:聯(lián)姻工廠,設(shè)計項目
11、
紹興當(dāng)?shù)赜胁簧倨髽I(yè),比如建筑裝飾、紡織服裝、食品加工、印刷包裝、設(shè)備制造等。教師可走進企業(yè),依托它們研發(fā)的產(chǎn)品、開展的項目來設(shè)計STEM課程,通過完成項目任務(wù)的方法將科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)結(jié)合起來,將抽象的知識與學(xué)生身邊的產(chǎn)品建立起緊密的聯(lián)系。例如,紹興崧廈鎮(zhèn)被譽為“中國傘城”,學(xué)生對傘有一種親切感。教師可利用這個得天獨厚的資源,把STEM元素融入其中,設(shè)計“雨傘的誕生”這一STEM課程。讓學(xué)生在動手實踐中感受和理解材料透性的概念,培養(yǎng)學(xué)生對運用工具、記錄數(shù)據(jù),并最終得出科學(xué)結(jié)論的完整過程的認識。同時,鼓勵學(xué)生設(shè)計制作防水性能好的雨傘。第1課時,明確任務(wù),基礎(chǔ)準(zhǔn)備。先提出任務(wù),要制作杭州亞
12、運會啦啦隊員用的雨傘,要求防水性能好。然后邀請傘廠的設(shè)計師給學(xué)生講課,介紹雨傘設(shè)計制作流程、雨傘種類、基本功能及設(shè)計要求。第2課時,探究材料的透性。使學(xué)生知道制作一把防水性能好的雨傘,關(guān)鍵是傘面材料的選擇。要求學(xué)生測定給定的幾種材料(報紙、棉布、尼龍布、油光紙、塑料薄膜、滌綸布、雙膠紙)的透性。為保證結(jié)果的可靠性,實驗一般需要做幾次,以作為評價透性好壞的依據(jù)。第3課時,小組討論,設(shè)計圖紙。請各小組畫出雨傘設(shè)計草圖,標(biāo)出各部件選用的材料和數(shù)量,特別是傘面的材料,確定人員分工。第4課時,制作雨傘,修改完善。各小組開始完成任務(wù),并按照評價量表思考下面問題:傘面選取了什么材料?為什么這樣選擇?除了透性
13、,還對哪些問題進行了思考?是否遇到了什么困難?是怎樣解決的?第5課時,防水性能測試。在傘面上用灑水壺均勻灑水持續(xù)1分鐘,檢查傘內(nèi)情況,觀察是否有滲漏。第6課時,成果展示,評估改進。各小組展示材料選擇、設(shè)計、分工、制作和最終完善的過程,同時展示雨傘的性能。小組互評打分,指出其他小組雨傘的優(yōu)點和改進建議。STEM課程研究與實踐仍在路上,但學(xué)生綜合素養(yǎng)已經(jīng)在提升。學(xué)生收獲的是學(xué)科視野的廣闊和生動,是與人交流的啟發(fā)和靈感,是問題探討的迷惘和釋然,是方案抉擇的艱難和期待,是動手制作的自信和熟練,是作品展示的自豪和欣喜,是創(chuàng)新精神的孕育和孵化。
參考文獻:
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