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時間︰2020-3-5 19:56:01        來源︰國際交流中心

 

 

 

 

中美合作STEAM課程的教學魅力(發表于《中小學校長》雜志)

 

一、引言

STEAM是一種融科學、技術、工程、藝術、數學于一體的教育理念,被譽為美國的“素質教育”,代表著當今世界課程改革的潮流和方向。

STEAM是一種融科學、技術、工程、藝術、數學于一體的教育理念,被譽為美國的“素質教育”,代表著當今世界課程改革的潮流和方向。

《普通高中課程方案(2017年版)》要求“努力構建具有中國特色、體現國際發展趨勢、充滿活力的課程體系”。STEAM教育符合當前我國學生發展核心素養、創新教育等教育理念,與當前普通高中課程改革和高考改革的方向和目標具有一致性。借鑒STEAM教育這一國際課程改革的成果菁華,打破當前高中課程的分學科的局限問題,開設具有跨文化、多學科、綜合化、立體式的特色課程,構建融數學類、科學類、工程類、技術類、文學類、藝術類、外語類等課程多位一體的創新課堂教學模式,已成為高中校本課程改革創新的一項重要課題。

2017—2019年,河北定州中學與美國加利福尼亞州奇諾谷學區開展項目合作,在河北省基礎教育領域率先嘗試了中美合作全英文STEAM課程項目,將學校課程體系與美國科學類、技術類、工程類、數學類、文學類、藝術類、外語類等課程對接和融合,圍繞學校特色綜合實踐類校本課程建設和特色拓展探究類校本課程建設展開研究與探索,並取得了一定實際效果,為推進STEAM課程本土化和特色化研究與實踐提供了可行性範例,具有重要的現實意義和實踐價值。

 

 

二、關于STEAM教育核心概念的界定

STEAM代表科學(Science)、技術(Technology)、工程(Engineering)、藝術(Arts)和數學(Mathematics)五個學科的簡稱。其中,“S”,是指科學的概念,是開展STEM課程的基礎,因為無論課程主題是什麼,都要圍繞一個科學概念來展開;“T”所代表的技術是學生在課程中操作工具、運用材料等動手能力;“E”即工程,是進行問題分析、設計方案、建模、測試等解決問題的過程,這也通常是課程設計的主線;“A” 即藝術,指廣泛的人文藝術科目,涵蓋社會研究、語言、形體、音樂、美學和表演等。“M”是數學和計算思維,是指學生和教師進行數據解讀與分析的能力。STEAM教育支持學生以學科整合的方式認識世界,以綜合創新的形式改造世界,培養他們解決問題的創新能力。它要求學習者進行基于問題的學習、基于探索式的學習、基于項目式的學習、基于情景式的學習。它要求教育者擁有多學科、跨學科、綜合性、多面性的知識,以趣味性、游戲性的教學方式去設計和開發STEAM課程。

 
 

STEAM教育由美國政府主導的STEM教育計劃演變而來。STEM教育研究最早起源于美國科技促進協會在1985年發起的一項致力于改革美國科學、數學與科技教育的“2061計劃”。STEM教育模式以項目為引領,強調是在眾多孤立的學科中建立一個新的橋梁,為學生提供整體認識世界的機會,以消除傳統教學中各學科知識割裂、不利于學生綜合解決實際問題的障礙,是一種大綜合的科學教育理念。後因部分學者主張,STEM只是“理工科”的學習,不應該只包含理工科知識,還需要有藝術、人文、社會、情感等學科的融入,所以應該加上一個A,即藝術(Arts),故而STEM變成了STEAM。

國外STEAM教育主要集中在美國、英國等發達國家。如,美國的項目引路機構在中學階段推出的STEM課程的教學活動多為基于項目或問題的學習,讓學生在產品研究、設計、測試中得到綜合訓練。美國還建立了專門的STEAM中學,學生可以申請經費、得到專家的指導,學校為表現好的學生設立大學先修課程,大幅地提高了學生在這些領域的知識及科研水平。

STEAM教育中國特色體系已初現端倪。2016年教育部《教育信息化“十三五”規劃》要求有條件的地區要積極探索信息技術在“眾創空間”、跨學科學習(STEAM教育)、創客教育等新的教育模式中的應用。2017年教育部印發的《中小學綜合實踐活動課程指導綱要》也明確地將創意物化能力培養作為課程目標,引導中小學開展STEM教育。2018年1月新頒布的普通高中課程標準中,很多學科也都明確滲透或倡導了STEM教育思想。STEAM教育已成為我國進一步深化課程教學改革、創新人才培養模式和選拔模式、提升學生科學與創新素養的重要抓手。

三、中美合作STEAM課程項目教學實踐案例

1.關于《制作淨水設備》的課程案例

(1)課程目標︰

?培養學生環保意識和創造理念,在世界範圍內研究解決水污染問題的方法和策略,確保農村水污染地區用水安全。?制作一個各種各樣類型的易于使用的淨水設備,最終成品是學生做出的淨水系統,學生們以專題廣告形式和畫廊陳列模式來展示產品,進行模擬商業銷售。

(2)科目設置及授課內容︰

該項目總學時30小時,包括英語語言文學、化學、數學、3-D虛擬設計、工程(3-D實體模型)等五個科目教學內容。英語課,閱讀關于水污染的研究文章,討論當地水污染問題,並為淨水系統寫使用說明並作為銷售廣告。化學課,學習淨水系統的原理並對精華前後的水進行檢測。數學課,計算出淨化出的純水佔為淨化之前的百分比,並計算出需要淨化多少水以供家庭使用。工程課,在電腦上設計淨化系統,並使用工程設計制法來制作模型。

授課期間,學生以合作小組形式人人參與,運用英語進行閱讀、寫作和交流,並設計、制定問題解決方案,同時反復論證、修改。活動結束時,學生通過廣告設計、3-D作品、實體模型等形式,展示設計思路和產品,並進行模擬商業銷售。

 
 

2.關于《衛星和軌道航天器》的課程案例

(1)課程目標︰

?發掘學生的創造潛能,開發學生想象力和動手操作能力,增強社會實踐能力;陶冶學生的語言、文學、美術、健體等藝術修養,提升學生的跨文化語言交際能力;引領學生了解自身興趣愛好、性格特征,提高對未來進行職業規劃的能力。?學生以繪畫藝術、電腦設計、實體模型來展示衛星、機器人和宇宙飛船圖案,並通過實際操作演示宇宙飛船著陸。

(2)科目設置及授課內容︰

本項目總學時30小時,包括以下科目︰?《工程Engineering》︰工程建造、評估和重新設計模擬發射衛星;工程設計和建造減震系統以運輸宇宙飛船。?《藝術欣賞Art Appreciation》︰行星藝術品,學習藝術元素-形狀、線、顏色、明暗度、紋理。?《科學Science》回顧和注釋與衛星和航天器有關的文章。?《數學探究Mathematical Inquiry》︰制定一個幾何機器人,送入太空;制定和草擬衛星設計。?《大學/職業規劃College/Career Readiness》︰使用計算機實驗室探究自己感興趣的領域和職業。?《美國歷史H》︰馬丁路德金及美國黑人運動史等。?《體育運動Physical Education》︰美式橄欖球、排球、籃球、跳繩等。

在完成項目過程中,學生發揮想象力和創造力,設計外形美觀的衛星和機器人模型。通過力學裝置,將物理力學、建築學、和藝術審美有機結合起來。項目任務不僅涉及了物理、工程等基礎知識,而且還從團隊協作、數學探究、職業規劃、藝術修養、人文歷史及強健體魄等綜合角度全方位讓學生體驗不同專業學科領域常識。

 

 

四、中美合作STEAM課程項目的運作流程、主要特征及其教學魅力

  中美合作STEAM課程項目基于“一個核心”立足(課程的核心或立足點基于要解決的問題或項目),圍繞“兩個循環”開展(教師的教學設計和學生的學習活動圍繞“探究學習循環”和“設計制作循環”), 呈現 “六個特征”(即課程具有 “跨學科學習、跨文化交流、工程設計主導、學生動手操作、團隊共同參與、成果多元開放”的主要特征),凸顯“六個魅力”(即創新魅力、人文魅力、思維魅力、實踐魅力、合作魅力、個性魅力)。

 

 

    1.中美合作STEAM課程的目標、核心或立足點基于要解決的問題或項目。

 

STEAM課程強調在看似雜亂無章的學習情境中發展學生的問題設計能力和問題解決能力。學生學習的過程就是解決實際問題和完成實際項目的過程,是對傳統的分學科教學中教師“講授原理”、“舉例說明”、“鞏固訓練”等型慣性教學方式和學習方式一種顛覆和革命。因此,基于現實情境的真實問題或項目的解決構成了驅動學習的任務目標、核心因素和關鍵點位。

2.師生的教和學始終圍繞“探究學習循環”和“設計制作循環”進行。

STEAM項目研究過程包括了“探究學習”和“設計制作”兩個並行或串行展開基本循環。STEAM課堂上學生圍繞問題或項目,根據個人的興趣及學習中的困惑和疑問,開展“探究學習”和“設計制造”活動,主動搜集資料、分析數據,並設計、測試和改進問題的解決方案,同時不斷與合作伙伴交流、分享研究成果。當然,每個循環都涉及各種寫作、反思與公開展示,以幫助學生闡釋經驗,澄清所學知識,並將行動與目標聯結起來,逐步完善設計方案,進而提高對科學概念的理解、充分發展實踐與創新能力。

3.中美合作STEAM課程的主要特征及其教學魅力

與傳統分學科教學相比,中美合作STEAM課程具有鮮明的跨學科、跨文化、體驗性、情境性、協作性、設計性、藝術性、趣味性、實證性和技術增強性等特點,尤其凸顯了“跨學科學習、跨文化交流、工程設計主導、學生動手操作、團隊共同參與、成果多元開放”等主要特征,並在“創新性、人文性、實踐性、工程思維、合作學習、學生個性發展”等方面展現出獨特的教學魅力。

 

 

(1)跨學科學習展現STEAM課程的創新魅力

STEAM課程的跨學科學習是一種現代教育哲學,具有方法論意義。它不是把科學、技術、工程、藝術和數學等知識進行簡單疊加,而是在解決實際問題中使各門學科有目的、有意識地有機融合。

首先,對于中國教師來說,跨學科學習促使其跳出自己熟悉的基于標準化考試的傳統教育思維定勢,使其勇于以融合多種學科的視角積極探索,在教育理念、教學方式和教學內容上不斷革故鼎新。其次,對于中國學生來說,不僅在跨越學科界限、綜合運用多種學科知識設計解決方案的過程中,逐步形成跨學科的思維習慣和學習習慣,而且在對一個個模糊不確定的課題的一次次鍥而不舍的探究過程中,會進一步啟迪了求異思維,發掘了創造潛質,生成了創新意識、創新思維和創新能力。再次,對于中國學校來說,課程項目本身最直接、最重要的價值就是引發了對校本課程體系的改革創新。

(2)跨文化交流彰顯STEAM課程的人文魅力

跨文化交流為學生搭建了平台,提供了機會,增強了學生的人文情懷、藝術修養和語言修為。一是為幫助學生樹立了人類命運共同體意識和多元文化意識,形成開放包容的態度創造了條件,為學生未來適應世界多極化、經濟全球化和社會信息化奠定了基礎。二是通過美術、音樂、健體等藝術課程人文素養浸潤,培養學生高尚的審美情操和藝術鑒賞品位。三是地道的英語口語教學和英美文學陶冶了學生的語言、文學修養,提升學生的跨文化語言交際能力。四是職業規劃課程學習,引領學生了解自身興趣愛好、性格特征、擅長的學科,進一步提高了對未來進行職業規劃的能力。

(3)工程設計主導透視STEAM課程的思維魅力

工程始終是STEAM課程的主導或主線,能夠在有意義的情境中整合、強化科學、技術、藝術、數學等學科學習和應用。工程的關鍵是在工程設計和研究過程中要形成工程思維。工程思維是一種籌劃性、系統性的思維,是運用各種知識解決工程實踐問題的核心,是提出問題的時機、工作的排序與調整、有效的思維模式、如何判斷工作成果優劣等程序和方法。通常包括以下步驟︰一是確定需要解決的問題和需要達成的目標;二是研究和制定解決問題的方案;三是根據已有知識與目標制作模型;四是對模型進行評估,選擇最優方案;五是如果沒有達到預期目標,則重新定義問題設計步驟。

當前高中學校的教學方式多以認知型思維為主。STEAM課程將工程思維引入課堂教學,是一種思維方式的變革。工程思維能夠使學生完整地經歷提出問題、規劃方案、修訂方案、解決問題、形成成果、展示交流、評價改進各個階段,使學生的知識與技能、實踐應用能力、遷移創新能力、跨領域合作溝通能力等不斷發展,對學生思維方法、心智模式、統籌能力的形成具有極為重要的意義。

(4)學生動手操作體現STEAM課程的實踐魅力

STEAM課堂不是在桌椅整齊的教室上課,而是一個充滿木板、銼刀、畫筆、電線、電路的板、芯片、3D打印機、以及各種奇怪教育科技產品的工作坊或操作間。學生的認知與學習,不是直接從書本或教師處獲得知識,而是發生在完成任務和解決問題的過程中,是通過動手操作活動這一中介體完成的。

在做中學,在學中做。互聯網查詢資料、構想可行性方案、動手制作產品等一系列實踐活動,對學生充滿挑戰,讓學生們充滿激情。動手實現自己的一個個新奇的想法並制作成作品,會喚發出無窮的創造力潛能。這就是的STEAM教育的實踐魅力。

(5)團隊共同參與凸顯STEAM課程的合作魅力

STEAM課程凸顯了教學過程中溝通、互動、交往和合作的本質。傳統教學的學習方式為“孤獨學”或“單一學”,而STEAM為“對學”或“群學”。傳統教學信息傳遞方式為 “一對多”, 而STEAM課程中實現了多元化,既有“一對多”,也有“多對一”,更有“一對一”和 “多對多”。

一是在達成團隊目標的過程中,通過個體發言、同位商討、小組討論、同學辯論、教師點評等多維互動方式展示不同的觀點和經驗,實現課上互學、課下互助、師生互動、生生合作的多邊活動形態,有利于項目順利開展。二是通過合作學習、質疑爭辯,智慧共享,增強學生學習動機、提供更多參與機會、體現不同學習風格,融洽合作者之間的關系,進而提高課堂教學活力。三是在反思、改進的過程中,提高學生接受反饋、與同伴對話、反思改進的能力,主動糾正錯誤、體驗成功快感,享受學習愉悅,感受成長幸福,有助于學生創造生命力的生成、持續和延展。

(6)成果多元開放釋放STEAM課程中學生的個性魅力

成果的多元開放是STEAM教育的真正魅力所在。在進行工程設計時,學生們或分析綜合,或聯想想象,或發散收斂,或探索批評,常會提出一些出乎教師意料的各種風格、充滿奇思妙想和個性思維的設計思路,在思維靈活性、聯想和創新能力等方面表現出風格迥異的個性特點和魅力。

當然,學生的探究結果有可能與教師預期結論並不相同,也可能失敗。STEAM課程允許挫折、彎路和失敗。事實上,創新就是一個試錯的過程。基于失敗作品的重新研制也是正常且必要的,對失敗的反思、重新設計與制作的過程,就是一個再認識、再思考和再創造的過程。尊重差異,允許失敗,發掘學生聰明才智和創新潛質,綻放學生個性發展的魅力之花!

 

 

五、結語

新時代,新思維,新課程。在當前推進中國學生發展核心素養落地、加強創新型人才培養的大背景下,學校課程建設要主動作為,把培育學生積極的人生態度、價值取向、創新意識和關鍵能力有機整合為課程目標,積極借鑒國外STEAM教育優質資源,加強STEAM教育的本土化、特色化探索,讓科學與創新深入每一個孩子的心田,進一步培養學生的中國情懷、國際視野和人類命運共同體意識,努力寫好高中新課程改革的奮進之筆!(本文轉自縱筆新泉公眾號

 

 

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