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怎样设计STEM课程
录入:xzs  点击次数:202  录入日期:2019年03月28日

怎样设计STEM课程

近年来,STEM教育还成为教学改革和创新型人才培养研究的热点,教师对此颇感兴趣,实践中却不知道如何设计和实施。本期,我们刊发的两篇文章既有实践经验的分享,又有理论层面的解读,帮助教师更好地设计、实施STEM课程。

课程内容设计的五个来源

吴向东

STEM是当下教育教学改革的潮流,强调学以致用,可以锻炼学生运用理工科知识技能发现和解决真实问题的能力,培养学生批判思维和创造性解决问题的能力。但是,STEM课程的内容来自哪里,如何设计?我在推动深圳市龙岗区人文引领的STEM教育(A-STEM)的过程中,建议教师用以下5种方法设计课程。

从学生中来学生喜欢什么就做什么

时下的STEM教育烙下了很深的传统教育的影子以知识为中心。因为课程设计强调跨学科,就找来各学科教师,分析是否有共同的知识,如果有就变成跨学科的STEM主题学习。若做得好,这种方法可以产生不错的学习效果,但很多时候因为缺乏内在联系而变成各学科一起活动的拼盘。这种情况是以知识为中心、缺乏对人观照的内在缺陷造成的。

我们在推进STEM教育时发现这个问题很突出,于是提出了以人为中心的A-STEM,它是STEM的变式,由人文(Arts)引领,而不是只让学生学习硬科技,一方面强调STEM项目要为人类福祉服务,另一方面强调学生的主体性,要满足学生的兴趣需要,促进学生的个性成长。于是,把Arts放到了STEM的前面,形成了独具特色的A-STEM。所以,A-STEM不是以知识主题为中心,而是以学生兴趣和个性为中心,帮助他们发展自己的研究项目。

这需要教师养成一个习惯:多了解学生日常生活中接触的是什么,对什么感兴趣,曾经玩过什么STEM项目,曾经遇到过哪些困难,目前具备完成哪些项目的知识和技能?了解了这些,就可以从学生兴趣出发,开发出学生真正喜欢的课程。比如,深圳龙岗区下李朗小学一个学生曾用凤仙花染了指甲,她的伙伴感觉这件事很新奇,想知道凤仙花是否还可以染毛线。于是,教师和学生一起把这个项目变成了一个小课题,开展了趣味盎然的研究。再比如,一年级教材中的小动物主题学习,龙岗区龙城小学的教师选择昆虫为研究对象,科学教师为学生找来《微观世界》科学视频,学生被可爱的昆虫迷住了。由于有了一定的知识铺垫和直观感受,整个校园变成了学生观察昆虫的乐园。再加上语文教师带领学生阅读法布尔的《昆虫记》,美术教师带领学生画昆虫、设计昆虫仿生物品,学生中涌现出许多小昆虫学家。

从教材中来把教材单元重构成项目实践

在推进面向全体学生的A-STEM项目过程中,我们不主张教师做加法,也不要过多占用学生课外时间。实际上,教师和学生的在校时间是有限且恒定的,做加法不仅增加了教师的教学负担和学生的学习负担,也可能因为没有时间单独去做而让主题学习流产。

A-STEM倡导向课内要时间,最直接的做法是将教材重构成项目实践。统编教材编排大多是以知识为主题设计的,这样的主题不一定能引起学生的兴趣。为此,我们重构教材,一是向学生了解哪些内容能引起他们的兴趣,二是从教材中寻找哪些内容可以设计成项目实践。

这里有必要说明一下什么是项目实践。在A-STEM中,项目实践是指一个长周期的真实探究项目,学生要在真实世界里发现问题、解决问题,弥合知识学习和应用之间的裂缝。比如在小学科学的能量单元,教材的编排顺序是:电和磁、电磁铁、电磁铁的磁力(一)、电磁铁的磁力(二)、神奇的小电机、电能从哪里来、能量和太阳。这样的编排反映了从电磁转换知识到能量转换知识的递进学习,学习方式是一个实验揭示一个知识点。在转换为A-STEM项目实践时,教师可以把前4课内容转换为一个4课时的挑战项目:用身边的材料设计一个磁力最大的电磁铁,并用实验证明哪些因素影响了电磁铁磁力的大小,你是怎样结合这些因素制作出磁力强大的电磁铁的。这样的转换将有关电磁铁的知识点包含其中,把知识获取和应用融合在一个长周期的项目中。

从这个案例可以看出,教师把按知识点先后顺序编排的线性教材转换为以解决问题为线索的开放性实践项目,不仅学生能学以致用,教师也会对自己的教学工作充满成就感。

从课标中来用研究和设计的方式学习

STEM教育采取科学研究和工程设计的方式是一种有效的学习方法,但依据课标编制的教材是以知识为中心组织的,这就需要教师把课标内容转换为以科学研究和工程设计为中心,但课标内容不可能、也没必要全部转换到这个方向上来。这就需要教师仔细研读课标,结合对学生的了解,明确哪些知识内容可以用科学研究和工程设计的方式来学习。以小学科学为例,课标中的“材料具有一定的性能”,如果只是学习知识点,介绍各种常见的材料就可以了。但是,如果要利用某些材料的性能制作具备一定功能的作品,就要设计成工程项目。例如,比较哪种学生制作的保温装置可以延缓冰的融化速度。这样的工程挑战活动不仅可以让学生了解材料特性,还可以把温度和温度传递等知识融入其中,实现了通过一个工程活动学习多个知识点的目的。再比如,声音的知识可以融入制作吸管笛这样小巧的发声玩具或乐器制作中,融入对“兔子耳朵为什么这么大”的基于模型的探究中,把知识的获取与应用融合在一起,避免学而不能用。

从社会热点中来做生活的参与者

A-STEM或者说所有的STEM教育都强调要与社会生活相结合。处在科技无孔不入的社会,生活中的许多问题都与STEM的内容相关。比如健康与医疗问题,有人看了《黄帝内经》《本草纲目》就以为可以当医生,生病不去医院而选择自己治疗。特别是自媒体和大众媒体关注的这类事件,在挑战着人们的良知和智慧。这些挑战中有许多案例适合中小学生去探究,所以这类问题也可以设计成A-STEM项目实践。

从最新科技中来与时代共进步

科技发展一日千里,科学类课标和教材相对于时代发展来说具有一定的滞后性,这就需要教师将一些新科技的内容设计成A-STEM项目实践,作为对课标和教材的补充。比如,小学信息技术教材长期以教“Windows+Office”的操作为主,而人工智能、物联网早已家喻户晓,学生不学编程显然是落伍的。即便是编程,以前我们都是用搭积木式的Scratch编程软件,但很快发现这个软件不具备许多基本的编程功能,而后来有研究机构开发了不少比Scratch更优秀的软件,比如,Snap在编程功能上的提升可以让学生发挥出更多的想象力和创造力,如果我们还是守着Scratch教材不去做调整,也许会让学生错过体验科技社会丰富性的一个机会。

STEM课程的本土化改造

STEM作为一门注重与现实世界联系,强调学科整合,重视动手实践,学术素养与实践创新能力并重的综合性课程,随着我国对创新人才培养的需求,越来越受到教育领域的关注。作为一门从国外引进的课程,如何在深刻把握课程价值、领悟课程理念的基础上,将本土教育需求与教育理念融入其中,形成适应我国学生学习特点和需求的课程,需要课程实践者进一步研究和探索。

近年来,不少学校在STEM课程本土化方面做了有益的尝试,通过他们的实践可以大致分析出STEM课程本土化的基本方式与策略。

把握课程基本思想。任何一门课程都是其承载的教育价值的体现,STEM课程也是如此。作为一门以实践为基本学习方式的多学科融合课程,其课程基本思想是“整合各领域知识、技能,将知识的学习与师生生活实践结合起来,解决真实世界中的实际问题,培养创新型人才”,这提示我们在进行STEM课程研发时要从现实生活中发现问题,围绕真实问题进行学习任务的设计,在设计的过程中尽可能多地涉及更多的学科和更广的领域。

找准课程建构脉络。STEM课程是涉及数学、科学、工程和技术等学科的综合性课程,考虑到数学、科学是国家课程,且学生在校学习实践时间有限,教师在进行课程建构时可以依托国家课程相关内容合理生发建构。在实践中可以是基于一门课程的延伸拓展,也可以在对多门课程相互关联的基础上进行课程建构。

建构自身结构体系。任何教育目标的达成都不是通过一两次活动设计就能实现的,相较于经验性、随意性的课程开发,系统性、体系化的课程设计能更好地向学生传达课程价值,实现课程的培养目标。当前,不少学校呈现的STEM课程是以学科内容为线索建构的体系化课程,未来我们需要思考的是体系化的STEM课程+基于STEM教育理念的学习方式所实现的STEM教育与学校整体课程的一体化建构。

观照学校整体课程。不论是引进课程还是研发新课程,都不应该是对现有学校课程的累加,而应当是通过某种方式与现行的学校课程相关联,这样才能避免课程孤岛产生,实现学生综合应用知识解决问题能力的提升。

关注课程的学术意义。尽管STEM课程强调综合性和实践性,同时将“工程设计”和技术应用纳入其中,但这并不意味着对课程知识性和学术性的忽视。在实践中,学校课程建构可以基于学科课程,将学科课程知识应用于实践,也可以是对学科课程的拓展,将学科知识学习融入其中。

关联生活现实。STEM是一门注重与现实世界联系的课程,应以开放性的真实问题作为线索展开,这里的问题应该是现实中的“真”问题,而非那些仅仅依托现有课程内容衍生出来的结构良好的“真”问题。

完善课程支持系统。STEM课程包含“工程设计”领域,这一领域对于大多数教师而言是陌生的。怎样理解“设计”,什么才是真正意义上的“工程设计”?不同教师对这些问题有着不同的认知,如果仅根据字面上的理解或通过一两次课程观摩形成的对“工程设计”的认识就进行STEM课程设计,有可能使所设计的课程无法完成预定的培养目标。因此,STEM课程如果进入自主开发阶段,就需要建立学校STEM教师发展支持体系或借助外部专业人士帮助学校进行课程修正与完善。(作者单位系北京教科院课程教材发展研究中心)

中国教师报 2019-3-27