淘汰「中国式教育」,STEM 教育课程是如何设计的?
从上世纪 90 年代开始实行的 ‘学生减负’ 以及 21 世纪开始推崇的素质教育,其实本质上都是一样的,都是来源于对于现状的发展产生的疑问和试图寻找解决方案,素质教育提升的是总体的知识(Knowledge)以及技能(Skills)。
在同等高度,甚至技能要略高于知识的比重。这是由时代的发展造成的,而基于知识为主技能为辅的理论势必会落后于时代的发展。
与此同时,STEM 教育越来越受到重视,针对 STEM 教育各大媒体对其都是处于普及概念的阶段,而如何设计好 STEM 课程更应该是大家关注的重点。
美国中小学的课程设置分为核心课程和选修课程,在核心课程中,主要包括数学、科学和信息技术,在职业类课程中,有健康科学教育、信息技术教育、技术和工程教育,而这些职业技术类课程主要是在高中开设的。
美国小学和初中的 STEM 课程主要通过数学、科学课程以及信息技术课程来实现,至于选修课程,各校开设的选修课程都不同。
正如我之前谈到的,STEM 教育活动并不仅仅局限于科技创造小发明等等。
幼儿园教育阶段来更多的是进行大自然接触的活动,了解万物,培养对接触到事物的感性认知,提出疑问并寻求成年人的解答,这就是一种很适合的 STEM 活动。
我上篇《新一代科学教育标准到底是什么?为什么开展 STEM 教育?》文章中针对 STEM/STEAM 教育概念做了介绍,这里我会继上篇文章针对不同年级(幼儿园、小学、初中、高中)给出四个 STEM/STEAM 教育的课程设计。
STEM/STEAM 是一个跨学科的、需要孩子们自主完成项目的学科,课程设计也应围绕综合素养培训为目标,我通过阅读了大量文献以及一直对创客教育 STEM 教育的专研,整理了几个 STEM 课程设计的课件,希望大家能对 STEM 教育有一个更全面的认知。
一个项目涉及到的信息主要包含以下部分:
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STEM Project Name;
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Activity Requirements;
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Project Time;
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Objectives;
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How to Prepare;
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How to Start.
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How to Assessment
下面是根据各年级整理的 STEM 项目题型,这里不对每个题型的具体实现做介绍,仅列出每个项目的实现步骤。
一、果园秘密的探索(针对幼儿园年级学生)
STEM Project Name: 走进果园
课程简介: 由老师带着幼稚园小朋友们化身果农,一起走进果园摘水果,除了亲近大自然,观察大自然的色彩,更是培养小朋友对各种水果的名字与特性有一个直观的认知,通过统计所采摘水果的种类、数量,计算每种水果的价格与其他水果加起来的总价格,学习一到十之间的四则运算。
课程用时: 一天 (九个小时)
Activity Requirements:
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小朋友们需要穿好户外衣服、鞋子;
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器材介绍及使用说明;
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介绍户外活动纪律要求。
Objectives:
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科学: 小朋友能够清楚地说出常见水果的名称及其特性;
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数学: 学会一到十之内的计数,解决情境问题的过程中学会计算单价;
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艺术: 对大自然的色彩有更只观的认知,培养其色彩感官能力;
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其他: 小朋友们能够与小组其他成员进行有效的沟通和合作,主动表达和分享其观点。
How to Prepare:
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第一阶段,老师向小朋友们介绍日常见的水果;
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第二阶段,介绍吃水果对人类身体的好处;
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参加活动前,需要确保参加的学生都已具备能从 1 数到 10 的能力;
How to Start:
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学生到果园后,开始课程活动;
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讨论及分享(如何讨论及如何分享):引导小朋友们提问问题;
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分享话题:对于小朋友们来说,引导他们问 “这是什么” 比 “为什么这样” 更容易激发小朋友的兴趣,同时大人也容易解答小朋友的问题。
Asking Good Questions: Focus on “What”?
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这是哪里?
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我们今天做了什么?
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我们都摘了哪些水果?
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小朋友们今天还没完成的任务?
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我们在做任务的过程中有注意到旁边的同伴是如何做的吗?
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今天小朋友们都很乖没有爬树,如果我们有不乖的小朋友,大家猜猜会发生什么事吗?
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小朋友们都是如何计算得出这些水果价格的呢?
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如果今天给了其他商品,大家会算吗?
二、编程教程(针对小学学生)
STEM Project Name: 生态学金字塔生命科学
https://www.tynker.com/ide/?p=56202450af9231964e8b45a4
课程简介: 学生将使用编程工具来创建一个交互式的生态金字塔来,从而追踪动植物如何流经一个生态系统。
此项目会引导学生们通过创建一个生态金字塔的生态系统,学生们对每种每种植物、动物的特性进行研究,从而了解他们在生态系统中扮演的角色,并将这些信息添加到他们的项目中。
课程用时: 四十五分钟理论课程、四十五分钟实际操作
Activity Requirements: 装有 Tynker app 的手机或 iPad; 可以使用互联网的电脑
Objectives:
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科学: 学生能准确读出海洋生物和植物的名称,并且对海底世界有一定的认知;
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工程: 能利用互联网做更多有关该主题的研究 (research) 和搜集额外的信息 (information) 来完成自己的项目;
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技术: 了解编程是什么,能应用编程知识完成小游戏;
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其他: 锻炼学生们的逻辑思维能力。
How to Prepare:
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登录老师账号
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注册学生账号
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登录尝试
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更新软件
How to Start:
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软件的使用;
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讲解操作方法和实现逻辑;
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根据生态环境和生物特性讲解其实现逻辑;
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学生尝试操作;
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讨论分析为何操作步骤的逻辑;
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分享完成的项目。
三、自制植物酸碱指示剂(针对初中学生)
STEM Project Name: 自制植物酸碱指示剂
课程简介: 自然界中部分花、叶、茎、果实中含有植物色素,主要是花青素,花青素在不同的酸碱环境中,会呈现不同的颜色,我们可以利用植物的这种特性来制作酸碱指示剂。
就植物酸碱指示剂材料的筛选,植物色素提取液的稳定性、色素晶体的提取,色素临时提取液的变色情况测试,色素提取液测酸雨等方面进行研究,培养学生们科学研究的方法,激发学生们的学习兴趣。
Activity Requirements: 蒸馏水、滤纸、研钵、浓度 95% 酒精、玻璃棒、 烧杯、纱布、漏斗、量筒、小刀、胡萝卜
Project Time: 一个课时(45 分钟)
Objectives:
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科学: 通过实验,了解植物色素的工作原理;
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技术: 了解植物中的花青素可以作为酸碱指示剂检验物质的酸碱性;
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工程: 学会研究实验,学会数据处理;
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数学: 学习计算酸碱度,认识到对数是什么。
How to Prepare:
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讲解酸碱性的的原理
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讲解工具的实验注意实现
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讲解色素提取方法
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讲解记录收集结果
How to Start:
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从胡萝卜皮中提取酸碱指示剂:取一根胡萝卜把皮刮下来,将其放入研钵用力研成浆状,用量筒汲取 2 毫升浓度为 95% 的酒精倒入研钵,用玻璃棒搅拌酒精与胡萝卜,使之充分溶解,再量取 20 毫升蒸馏水注入研钵加以稀释,搅拌后倒入有 3 层纱布的漏斗中进行过滤,滤液流入烧杯或玻璃杯中,即可得到酸碱指示剂。
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汲取 10 毫升制作好的酸碱指示剂溶液放入瓷碗中,用滤纸浸泡 10 分钟,浸透后取出来干燥,直到指示剂容易全部被滤纸吸收,便可得到酸碱指示试纸。
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详细复述一遍实验的制作方法。
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分析讨论结果。
四、3D 打印(针对高中学生)
项目:https://www.thingiverse.com/thing:13638
STEM Project Name: 工业应用设计—— 3D 打印
课程简介: 3D 打印是现在非常火的应用技术和工业设计工具,3D 打印能实现从三维构图到实物展示,它是集科学、技术、工程、数学及艺术的一门课程,学生结合所学的这几门知识创造出实际项目,并且在学习情景中提升设计能力、合作能力、问题提出与解决等能力。
本课程将需要学生们认识 3D 打印机,学习 3D 打印的原理,并掌握使用方法,学习三维建模知识 ,激发学生对工程领域的热情,让 3D 打印作为辅助制造工具帮助学生完成自己的工业设计产品。
Activity Requirements: 3D 打印机、3D 打印材料、电脑安装好制图软件
Project Time: 八个课时(每课时 45 分钟)
Objectives:
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科学: 学习 3D 打印的技术原理和设计方法,学习计算机建模方法;
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技术: 掌握机械建模的流程,学习合理设计机械零部件;
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工程: 设计并使用 3D 打印机完成自己的作品;
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数学: 学习点-线-面-体的几何关系。
How to Prepare:
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展示 3D 打印在当今社会的广泛应用
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讲解 3D 打印的工作原理
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展示 3D 打印机器的使用
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3D 打印材料介绍
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制图软件的使用
How to Start:
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学习三维建模知识,激发学生学习兴趣
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收集学生创意,引导学生进行创作
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学生作品展示,并进行讨论
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挑选最佳最具创意作品进行讨论
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模板展示
项目:https://www.thingiverse.com/thing:13638
Assessment
每完成以上一个课程,我们都需要对学生所学知识进行考核,考核是整个学习系统中最重要的过程之一,保证学生已掌握相关技能与知识。
首先,我们需要对孩子进行评估和考核,就必须有一套行之有效的考核标准,这里说的考核标准并不是我们平时接触的期中期末考试,它需要一套详细的考核标准,它又是需要一整个篇幅作详细的介绍,我将在下篇文章中讲解如何对 STEM 课程进行考核。
STEM 教育主导的其实也就是加强技能发展,Science, Techonology, Engineering 和 Mathematics 都是依赖着相应技能才可以学习的,就在这四个部分中,数学就是其他学科的认知工具,是用来分析其他三个部分的工具。
对于 STEM 课程设计,发达国家已经就相关内容研究出了诸多经验,我们可以参考发达国家已有经验和优秀课程, “不要制造发明轮子”,要充分利用已有的经验和成果,避免不必要的投入和浪费。
来源:GitChat,作者:嘉糖
参考文献:
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[1] 田莎 . 中美 STEM 课程案例分析研究 [D]. 2016
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[2] 世外中学化学组 . 家庭实验《自制植物酸碱指示剂》[J]. http://www.docin.com/p-494415683.html. 2012
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[3]https://www.tynker.com/ide/?p=56202450af9231964e8b45a4
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[4]TYNKER. Teacher Guide: STEM Project [OL]. https://www.tynker.com/hour-of-code/stem
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[5] STEM Course Book. Spartanbury County School District 6. [OL] 2016-2017
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[6] Heidi. FREE Art Projects for the First Week of Pre-K or Kinder. [P] 2011-08-05
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