STEM教育引入小学科学课堂的有效策略课件.ppt

STEM教育引入小学科学课堂的有效策略,什么是STEM教育？,STEM教育出现于21世纪初，STEM代表科学（Science），技术（Technology），工程（Engineering），数学（Mathematics）。STEM教育就是科学，技术，工程，数学的教育，但它并不仅仅是把这4个词堆叠在一起，而具有一定的深意、内涵和教育意义。,美国政府STEM计划是一项鼓励学生主修科学、技术、工程和数学（STEM）领域的计划，并不断加大科学、技术、工程和数学教育的投入，培养学生的科技理工素养。在科学界和教育界的共同努力下，于本世纪初逐渐走入基础教育，特别是2010年前后成为以美国、英国为代表的国际科学与技术教育新兴的教育实践和研究范式的主流。,科学、技术、工程、数学四者之间的联系与区别,技术：指任何为了满足人类需求而进行的对自然状态的改变或者对世界的改造。工程：指为满足人类需求系统地、反复地设计对 象、进程和系统的一种途径。技术与工程素养：指使用、理解和评估技术的能力，以及理解开发解决方案和实现目标的技术原理和策略。虽然有很多学者对技术素养、工程素养、技术和工程素养等给出不同的定义，但在这些不同范围的定义中都显示出技术和工程之间密不可分的关系。2014年提出技术与工程素养评估的领域分为3个部分：技术与社会、设计与系统、信息与通信技术。,科学提出关于自然界的问题，并用以基于实证的解释的方式给出答案；工程学明确有关人类需求和愿望的问题，并以新产品和新工艺的形式给出解决方案。科学、技术与工程之间有着一种很强的共通性和互补关系，随着人类科学技术的不断进步，科学、技术、工程和数学领域的联系也越来越紧密，解决任何一个领域的问题都会涉及到其他三个领域；任何一个领域的发展都将为其他领域打开进步的空间，任何一个领域的素质都是未来公民基本素质的重要组成部分。,即使是最简单的科学现象和问题，都可以在人类生活中找到它的影子，找到它转化为技术和工程的途径；当人类在解决实际生产/生活问题时，想到的不仅是技术、是设计、是工程，同样也必须考虑其中涉及的科学原理和规律，只有遵循这些原理和规律，才能真正找到问题的本质；而数学作为解决问题的工具在其他三个领域中被广泛使用。,STEM教育的本质,在众多孤立的学科中建立一个新的桥梁，为学生提供整体认识世界的机会，通过把这四个领域内学科知识和技能的教与学整合到一种教学范例中，使学生学习的零碎知识变成一个互相联系统一的整体，这样就消除了传统教学中各学科知识割裂、不利于学生综合使用解决实际问题的障碍，是一种跨学科的的学习方法。,STEM教育是一种“后设学科”，即这一学科的建立是基于不同学科之间的融合然后形成一个新的整体，将原本分散的学科形成一个整体，由此形成当今日趋受到重视的、跨领域的STEM教育。美国高度重视STEM教育的根本原因，在于其深刻认识到美国科学技术的滑坡在于其人才的严重短缺，这在美国近10余年来的大量文献中屡屡被提及。,STEM教育重在培养学生四种素养,第一，科学素养第二，技术素养第三，工程素养第四，数学素养,STEM教育的特征,STEM教育并不仅仅是把科学教育、技术教育、工程教育和数学教育这四个词堆叠在一起。而具有详实的脑科学、认知科学和教育科学研究基础并具有知识社会对创新人才需求的内涵和教育意义。,STEM的教学也并不是简单地将科学与工程组合起来，而是要把学生学习到的零碎的知识与机械过程转变成一个探究世界相互联系的不同侧面的过程。,STEM教育的课堂教学特征,一个STEM项目的课堂上教师可能提出一个问题，然后要求学生组成一个班级范围内的探究小组开展原创性研究。在研究过程中，学生被要求使用各种技术和方法搜集信息、证据和数据、分析数据，并设计、测试和改进一个问题的解决方案，然后与其他同伴交流研究成果、分享信息。这个看上去“杂乱无章”的教学情境，强调的是学生设计能力与问题解决能力的培养，可能涉及纳米技术、生物医学和天体生物学等多种学科知识与技能。,青少年科学探究活动的流程,科学探究,基本环节（流程）,收集和获取证据,设计实验方案,提出假设,选题,交流与展示,分析数据、得出结论,阅读、观察、记录,工程设计类项目的基本流程,确定设计机会,调研,讨论,设计,选材,（设计需求）,设计简介可行方案,设计要求,概念草图,建构（模型与原型）,测试,设计、模型、原型）,展示与交流,改进,工程设计项目的10个步骤,1.确定设计机会2.围绕设计机会展开调查研究3.集体讨论可能的问题解决方案,4.起草设计简介5.研究并完善解决方案6.准备设计要求和概念草图,7.建构模型、构件和零件8.建构解决方案原型9.测试、评估和修订解决方案,10.交流解决方案,选题,设计,模型制作、测试、修订制作原型,交流与展示,科学课程有效教学法的特征,探究式的教学方法基于神经发展科学社会建构主义形成性评测的运用,如何有效地学习？,以学生为中心的探究式学习是在教师指导下学生的主动的探究过程和在学习共同体中互动的过程，不是学生自我探究，自我发现有效的学习需要将有关事实的知识和概念的框架相结合，不仅要注意学习者，还要注意学习的内容和过程有效的学习需要儿童主动地参与，这是学习者真正能改变他们的原有概念和学习新知识的前提和关键有效的学习应符合儿童的认知和情感发展规律有效的学习，特别是对学生情绪能力和表达能力的提高，需要互动的环境形成性评测有助于发展学习者的元认知，促进有效的学习,学什么?核心概念和模型怎么学?基于探究的学习方法如何有效的学习?遵循学生脑的发展规律（神经发展科学和社会建构）采用个体化的形成性评测和干预,将STEM引入科学课堂,将工程的思想和实践引入科学课堂小学科学教育中重视工程教育侧重于连接科学与工程的少数重要概念“工程知识与实践”和“科学知识与实践”为具有同等重要性的两大主题，开发和科学探究与工程技术相关的实践新的课程、教学设计和资源支持STEM 进入课堂,将STEM教育引入科学课堂的标准,将STEM引入科学课堂的策略,基于科学情境，结合技术与工程活动。基于实际工业情境，融合科学问题与工程技术基于生活情境，巧妙结合科学、技术和工程问题,基于科学情境，结合技术与工程活动小小建筑师,“小小建筑师”是“做中学”科学教育改革实验项目为低年级（12年级）小学生开发的教学模块。该模块围绕如何使结构更加稳固开展设计与技术的教学活动。这是一个科学和技术交织在一起的案例，结构的稳固性中既有科学原理，又蕴含着工程设计和操作技术。,基于科学情境，结合技术与工程活动小小建筑师,结构的稳固性是一条有效的线索，它连接着与稳固性和结构相关的科学原理和工程技术。学生首先探索三角形和正方形的特点，尝试加固正方形和立方体，了解结构的对称性和稳定性，理解三角形是一种稳定的结构，理解结构的稳固性与结构的形状、所用材料的材质、连接的方式等有关。最后运用三角形的稳定性、探索建筑物的稳固性，通过设计和制作搭建建筑。,基于工业情境，融合科学问题与工程技术流动的液体,“流动的液体”项目首先通过工业生产情境设置，提出了一个需要解决的难题如何让粘稠胶水更容易流动？为学生指出探究要求：提供尽量多的数据，测量不同液体的流动性，反映出科学家与工程师工作的意义和方式。这样基于工业情境设计的活动新颖而富有启发，通过精心设计的工业情境，促使学生在学习科学知识的同时，联系生活、接触工业生产，运用学到的知识解决实际问题，提高儿童在科学、技术、工程和数学各方面的技能。,基于工业情境，融合科学问题与工程技术流动的液体,围绕使粘稠的液体增强流动性展开，从了解一般液体的性质开始，逐渐过渡到测量和改变液体的流动性，进而研究和解决工业问题，将若干探究技能和科学概念整合在一个有意义的任务中。远离儿童日常生活的工程和技术在这些活动的引导下，变得不再陌生，同时激发了学生学习科学和工程技术的兴趣，加深了学生对科学与数学在技术和工程方面运用的理解。,基于生活情境，巧妙结合科学、技术和工程问题自封文件袋,自封袋是学生生活中常见的用品，通过不同的连接方式，使两个部分牢固的锁在一起，起到密封的作用。这其中包括有材料的特征和特性、连接的方式和方法，受力的控制等科学原理和工程技术。学生通过观察和研究常见的各种自封袋，了解力可以通过多种方式进行传递，可以用一些装置控制力，以实现自由的打开和闭合；了解这样的装置中有的部分需要能移动和旋转、有的部分必须牢牢地固定住；理解在设计结构时要考虑其用途和条件的限制，要考虑材质的选择和链接的方法。,活动方案：探索自封袋,引入：1.有些人用塑料包装纸包三明治，有些人用铝箔，有些人用塑料袋。你会用什么包三明治？2.看一看老师给你的各种自封袋，试着打开和封上。再用放大镜观察这些自封袋的构造。注意它们有些什么共同点和不同之处。3.画出至少两种不同自封袋的构造。写一写这些自封袋是如何工作的。和同伴、老师分享你的发现和思考。探索：1.设计一个能将文件封住的自封装置，绘制计划草图。2.在老师同意你的计划之后，使用你能得到的材料建构一个工作模型。3.进行模型测试后再进行修改，最终得到你的最佳文件夹模型。安全提示：在实验过程中佩戴安全护目镜,解释：1.解释你的结构是如何将文件封住的。包括描述其中的受力，通过画图的形式用箭头表示出受力的情况。2.将你的设计和你之前观察的自封袋相比较。写出它们的共同点和不同点。你做的是单轨、双轨还是多轨的结构？3.在班级分享你的模型和解释，讨论用于封住文件夹的不同方法。评价：选择你使用或观察的一个方法，发明一个新的结构，写下并解释你的创造。,在这个项目中，解决自由的打开和闭合这个实际问题成为一个贯穿始终的线索，将科学学习、设计、和技术运用结合起来。在我们的课外科技活动和各类科技竞赛活动中，可以开展这类形式的STEM教育。,STEM项目和课程的设计,设计STEM教育项目的原则,确定有针对性和说服力的明确需求针对所确定的需求，能用严格评估的方法来持续评测和告知项目的进展情况确保STEM教育项目可以持续地推进确保项目是可复制和进一步推广的能够吸引具有较高影响力的合作伙伴参与,设计STEM教育项目的原则,保证项目能达到预定的目标 提供具有挑战性、和学习者密切相关的STEM学习内容包含并鼓励开展基于STEM的实践活动能够激发学生对STEM的兴趣和提高学生STEM教育项目的参与度 能够考虑到弱势群体的特殊需求,STEM课程的六大特征,STEM课程关注现实问题；STEM课程是以工程设计过程为引导的；STEM课程让学生沉浸在动手探究和结果开放的探索之中；STEM课程使学生融入高效的团队合作中；STEM课程提供了学生们正在学习的、严谨的数学和科学内容；STEM课程中允许多个正确答案，对失败作品的重新研制是学习的一个必要部分。,STEM科学教育活动设计和实施需要考虑要素,活动应当具备特定的学习目标、采用交互式的活动、参与式的学习、多元化的情境，并鼓励参与者分享经验；应建立在社区与教育机构的合作基础上，并且充分结合社区的科学学习和传播需求；活动的工具与题材应当在学习者、教师、课程规划者和专家之间互动发展而成；教师应当融合问题、日常生活语言、世界观和历史，与多元学习者进行互动。,活动设计充分考虑学习者的认知和生理发展的特点,低年级和初次接触工程技术教育的学生：对世界的认识较为简单，在进行任务之前需要对所制作的对象有一个加深认识的过程；让学生了解一些工程与技术的基本知识，包括设计的重要性，制作与设计的统一性，测试的目的及意义等；尊重学生的创造性和多样性，包括材料选取、设计创作、制作过程以及展示方式等，允许学生有自己的独特想法，但也要提醒学生不能脱离实际；保证充足的课时，既能让学生完整地体会工程设计与制作的整个流程，还能与其他领域进行融合，真正培养学生各个方面的技能和认识。,思考：如何依托现行教材开发STEM课程,学校层面，STEM课程的实施可以围绕学校办学特色建设、综合实践、校本课程建设来开展，尝试将他们与数学、科学、艺术课程对接融合。,教师可以根据科学课与STEM可能的交集，寻求可能的突破方向，也可依托综合实践、校本课程实施相关的自我研发科目，建议组团共同研发实施。,现行教材中也有STEM的影子，可以适当开发。如五上：简单电路；五下：搭支架、建桥梁、造房子、折形状；六下：寻找生物的家园、节约能源和新能源；三下：雨下得有多大等。,课堂的思路更加明晰，（参考设计路线图）教师需要丰富的多学科基础知识和较高的操作技能。,STEM科学学习成效的评价指标,学生能够积累学习自然与物理世界的经验、兴趣与动机；能够理解、记忆、并运用科学的概念、解释与模式；能够操作、测验、探索、预测、质疑、观察自然与物理世界；获得反思科学与工程实践的能力（元认知）；能够参与科学活动并使用科学语言与工具；发展科学学习者自我认同的能力。,不当之处敬请指正，谢 谢 各位！,