STEM教育理念與跨學(xué)科整合模式

STEM教育理念與跨學(xué)科整合模式目錄CATALOGUE01STEM教育的起源與發(fā)展02STEM教育的核心特征03STEM課程的跨學(xué)科整合模式04跨學(xué)科整合的基本取向05跨學(xué)科整合的項(xiàng)目設(shè)計(jì)Part01STEM教育的起源與發(fā)展20世紀(jì)50年代，美國提出科學(xué)素養(yǎng)概念，認(rèn)為提升國民科學(xué)素養(yǎng)是增強(qiáng)國家綜合實(shí)力的關(guān)鍵。隨著科學(xué)知識(shí)體系穩(wěn)定和技術(shù)工程發(fā)展，技術(shù)素養(yǎng)進(jìn)入公眾視野，STEM教育逐漸形成。從科學(xué)素養(yǎng)到STEM素養(yǎng)20世紀(jì)90年代，美國國家科學(xué)基金會(huì)首次使用STEM描述相關(guān)事件、政策和項(xiàng)目。2001年后，STEM逐漸取代SMET，成為科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)教育的統(tǒng)稱。奧巴馬總統(tǒng)執(zhí)政后，STEM教育被提升到新的層次，政府和企業(yè)界共同推動(dòng)其發(fā)展。STEM教育的發(fā)展歷程STEM教育的起源社會(huì)參與蓋茨基金會(huì)和紐約卡內(nèi)基公司支持企業(yè)CEO創(chuàng)建“變革方程”公益機(jī)構(gòu)，推動(dòng)STEM教育改革。英國政府投入專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)，促進(jìn)企業(yè)職工參與學(xué)校STEM教育。政府推動(dòng)美國政府通過立法和政策支持STEM教育，如《國家競爭力法》和《美國振興及投資法案》。白宮和教育部提出STEM國家人才培育策略，推動(dòng)各州STEM創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)合作和教師培訓(xùn)。PART01PART02STEM教育的推廣Part02STEM教育的核心特征01知識(shí)融合STEM教育強(qiáng)調(diào)打破學(xué)科界限，將科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)知識(shí)整合為一個(gè)有機(jī)整體。通過跨學(xué)科教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用多學(xué)科知識(shí)解決實(shí)際問題的能力。02真實(shí)世界應(yīng)用STEM教育關(guān)注真實(shí)世界中的問題，讓學(xué)生在解決實(shí)際問題的過程中學(xué)習(xí)知識(shí)。例如，通過設(shè)計(jì)太陽能小車項(xiàng)目，將科學(xué)、技術(shù)和工程知識(shí)融合在一起?？鐚W(xué)科性STEM教育通過設(shè)計(jì)有趣、具有挑戰(zhàn)性的問題和活動(dòng)，激發(fā)學(xué)生內(nèi)在的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)。例如，將STEM教育內(nèi)容游戲化，讓學(xué)生在探索和目標(biāo)導(dǎo)向的學(xué)習(xí)中獲得成就感。激發(fā)學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)游戲化學(xué)習(xí)可以發(fā)展學(xué)生的團(tuán)隊(duì)技能，教授交叉課程概念，提高教育產(chǎn)出。芬蘭大學(xué)和美國北伊利諾伊大學(xué)合作開展基于游戲的STEM教育，取得了良好的效果。游戲化學(xué)習(xí)趣味性STEM教育強(qiáng)調(diào)學(xué)生通過動(dòng)手操作和實(shí)踐來學(xué)習(xí)知識(shí)，而不僅僅是通過理論學(xué)習(xí)。例如，學(xué)生通過搭建樂高組件測試相關(guān)原理，將抽象的物理知識(shí)與實(shí)際生活連接起來。動(dòng)手實(shí)踐學(xué)生在參與和體驗(yàn)知識(shí)獲取的過程中，不僅獲得結(jié)果性知識(shí)，還習(xí)得過程性知識(shí)。這種體驗(yàn)性學(xué)習(xí)方式對(duì)學(xué)生未來的工作和生活產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。過程性知識(shí)體驗(yàn)性STEM教育強(qiáng)調(diào)將知識(shí)還原于豐富的生活情境中，讓學(xué)生在真實(shí)情境中應(yīng)用知識(shí)。例如，教師設(shè)計(jì)基于真實(shí)生活情景的項(xiàng)目，讓學(xué)生在解決問題的過程中獲得知識(shí)。知識(shí)情境化應(yīng)用情境性問題的解決讓學(xué)生體驗(yàn)真實(shí)生活，獲得社會(huì)性成長，提高知識(shí)遷移運(yùn)用的能力。社會(huì)性成長情境性STEM教育強(qiáng)調(diào)在群體協(xié)同中進(jìn)行知識(shí)建構(gòu)，學(xué)生需要與他人交流和討論來完成任務(wù)。例如，學(xué)生以小組為單位共同搜集和分析學(xué)習(xí)資料，提出和驗(yàn)證假設(shè)。小組合作小組學(xué)習(xí)的評(píng)價(jià)以小組成員的共同表現(xiàn)為參考，而不是根據(jù)個(gè)人表現(xiàn)進(jìn)行獨(dú)立評(píng)價(jià)。評(píng)價(jià)方式協(xié)作性設(shè)計(jì)是認(rèn)知建構(gòu)的過程，學(xué)生通過設(shè)計(jì)可以更好地理解完成的工作，解決開放性問題。認(rèn)知建構(gòu)STEM教育要求學(xué)生通過設(shè)計(jì)作品來促進(jìn)知識(shí)的融合與遷移運(yùn)用。設(shè)計(jì)作品是獲得成就感的重要方式，也是激發(fā)學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)和保持學(xué)習(xí)好奇心的重要途徑。設(shè)計(jì)作品設(shè)計(jì)性在STEM教育中加入“Art”學(xué)科，強(qiáng)調(diào)藝術(shù)與人文屬性。例如，在教學(xué)中增加科學(xué)、技術(shù)或工程的發(fā)展歷史，提高學(xué)生對(duì)STEM與生活聯(lián)系的理解。STEAM教育在對(duì)學(xué)生設(shè)計(jì)作品的評(píng)價(jià)中加入審美維度，提高學(xué)生作品的藝術(shù)性和美感。審美評(píng)價(jià)藝術(shù)性01科學(xué)原則STEM教育促進(jìn)學(xué)生按照科學(xué)的原則設(shè)計(jì)作品，基于證據(jù)驗(yàn)證假設(shè)。例如，學(xué)生在設(shè)計(jì)作品時(shí)需要遵循科學(xué)和數(shù)學(xué)的嚴(yán)謹(jǐn)規(guī)律。02STEM教育強(qiáng)調(diào)培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神和科學(xué)理性，促進(jìn)知識(shí)向真實(shí)生活的遷移?？茖W(xué)精神實(shí)證性技術(shù)作為認(rèn)知工具無縫融入教學(xué)環(huán)節(jié)，培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用技術(shù)解決問題的能力。02STEM教育強(qiáng)調(diào)學(xué)生要具備技術(shù)素養(yǎng)，了解技術(shù)應(yīng)用和發(fā)展過程。例如，利用技術(shù)手段激發(fā)和簡化學(xué)生的創(chuàng)新過程，讓創(chuàng)意得到分享和傳播。01技術(shù)素養(yǎng)技術(shù)作為認(rèn)知工具技術(shù)增強(qiáng)性Part03STEM課程的跨學(xué)科整合模式相關(guān)課程模式將各科目仍保留為獨(dú)立學(xué)科，但各科目教學(xué)內(nèi)容的安排注重彼此間的聯(lián)系。例如，物理課需要學(xué)生預(yù)先掌握數(shù)學(xué)概念，數(shù)學(xué)和物理教師通過溝通協(xié)調(diào)課程安排。課程安排協(xié)調(diào)相關(guān)課程模式對(duì)教師來說比較熟悉，但需要各學(xué)科教師之間密切協(xié)商與交流。優(yōu)勢與挑戰(zhàn)相關(guān)課程模式0102知識(shí)整合廣域課程模式取消了學(xué)科間的界限，將所有學(xué)科內(nèi)容整合到新的學(xué)習(xí)領(lǐng)域。例如，通過設(shè)計(jì)太陽能小車項(xiàng)目，將科學(xué)、技術(shù)和工程等STEM學(xué)科知識(shí)整合在一起。優(yōu)勢與挑戰(zhàn)廣域課程模式打破了學(xué)科間的界限，通過活動(dòng)促使學(xué)生在真實(shí)情景中學(xué)習(xí)各學(xué)科的知識(shí)。但如何在打破的學(xué)科之間取得平衡、建立新的課程結(jié)構(gòu)對(duì)一線教師和政策制定者提出了新的挑戰(zhàn)。廣域課程模式Part04跨學(xué)科整合的基本取向問題邏輯結(jié)構(gòu)化基于問題的學(xué)習(xí)分析各學(xué)科知識(shí)結(jié)構(gòu)，找到連接點(diǎn)與整合點(diǎn)，將分散的課程知識(shí)按跨學(xué)科的問題邏輯結(jié)構(gòu)化。例如，通過序列化的問題有機(jī)串接起各學(xué)科知識(shí)，使課程要素形成有機(jī)聯(lián)系和有機(jī)結(jié)構(gòu)。采用基于問題的學(xué)習(xí)模式，強(qiáng)調(diào)把學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)在復(fù)雜、有意義的問題情境中。通過學(xué)生合作解決嵌入于真實(shí)情境中的問題，促進(jìn)學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解與建構(gòu)。學(xué)科知識(shí)整合取向知識(shí)的社會(huì)功能注重知識(shí)的社會(huì)功能，以項(xiàng)目設(shè)計(jì)與實(shí)施為載體，將學(xué)術(shù)性的學(xué)科知識(shí)轉(zhuǎn)化為可解決實(shí)際問題的生活性知識(shí)。例如，從兒童適應(yīng)社會(huì)的角度選擇典型項(xiàng)目進(jìn)行結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)，讓學(xué)生在體驗(yàn)和完成項(xiàng)目的過程中習(xí)得多學(xué)科知識(shí)?；陧?xiàng)目的學(xué)習(xí)采用基于項(xiàng)目的學(xué)習(xí)模式，以實(shí)踐性的項(xiàng)目完成為核心，將跨學(xué)科的內(nèi)容與真實(shí)生活環(huán)境聯(lián)系起來。項(xiàng)目學(xué)習(xí)一般以開發(fā)最終作品或“人工制品”為出發(fā)點(diǎn)，學(xué)生在完成作品的過程中獲得知識(shí)和技能。生活經(jīng)驗(yàn)整合取向不強(qiáng)調(diào)由教師預(yù)設(shè)問題或項(xiàng)目，而由學(xué)習(xí)者個(gè)體或小組調(diào)查、發(fā)現(xiàn)問題。強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)者成就感與自我效能感，維護(hù)學(xué)生好奇心與興趣。學(xué)習(xí)者主導(dǎo)01采用學(xué)生主導(dǎo)項(xiàng)目的方式，學(xué)生以個(gè)人或小組為單位提出任務(wù)，任務(wù)內(nèi)容需要學(xué)習(xí)并運(yùn)用跨學(xué)科知識(shí)。教師在項(xiàng)目問題解決過程中發(fā)揮協(xié)調(diào)、指導(dǎo)、檢查、監(jiān)督、計(jì)時(shí)和評(píng)價(jià)作用。學(xué)生主導(dǎo)項(xiàng)目02學(xué)習(xí)者中心整合取向Part05跨學(xué)科整合的項(xiàng)目設(shè)計(jì)01分析教學(xué)目標(biāo)是為了確定學(xué)習(xí)主題，對(duì)課程的三維目標(biāo)做具體描述。例如，明確學(xué)生需要掌握的科學(xué)、技術(shù)和工程知識(shí)，以及培養(yǎng)的創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力。教學(xué)目標(biāo)分析02分析學(xué)習(xí)者特征是為了確保項(xiàng)目設(shè)計(jì)適合學(xué)生的能力與知識(shí)水平。例如，了解學(xué)生的智力因素和非智力因素，包括學(xué)習(xí)興趣、學(xué)習(xí)風(fēng)格和學(xué)習(xí)能力。學(xué)習(xí)者特征分析教學(xué)分析學(xué)習(xí)任務(wù)一定要放在特定情境中呈現(xiàn)，需要將設(shè)計(jì)的問題在特定情境中具體化。例如，設(shè)計(jì)一個(gè)關(guān)于環(huán)境保護(hù)的項(xiàng)目，讓學(xué)生在真實(shí)情境中解決實(shí)際問題。真實(shí)情境任務(wù)學(xué)習(xí)任務(wù)是整個(gè)STEM教學(xué)設(shè)計(jì)模式的核心，學(xué)生學(xué)習(xí)的過程就是解決實(shí)際問題和完成實(shí)際項(xiàng)目的過程。任務(wù)驅(qū)動(dòng)學(xué)習(xí)學(xué)習(xí)任務(wù)設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)資源支持設(shè)計(jì)適宜的學(xué)習(xí)環(huán)境和豐富的學(xué)習(xí)資源與工具是STEM教學(xué)設(shè)計(jì)必不可少的環(huán)節(jié)。例如，提供3D打印機(jī)、開源電路板等設(shè)備，以及Scratch可視化程序設(shè)計(jì)工具、概念圖工具等認(rèn)知工具。教師需要設(shè)計(jì)了解有關(guān)學(xué)習(xí)問題的詳細(xì)信息和必要的預(yù)備知識(shí)，以及學(xué)生在解決學(xué)習(xí)問題過程中可能需要查閱的信息。工具與資源設(shè)計(jì)教師指導(dǎo)作用STEM教育重視學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)主體地位的同時(shí)，也不忽視教師的指導(dǎo)作用。教師需要在問題解決過程中設(shè)置關(guān)鍵的控制點(diǎn)，規(guī)范學(xué)生學(xué)習(xí)，同時(shí)也有利于學(xué)生反思、深化所學(xué)知識(shí)。支架類型典型的支架包括情境型支架、問題型支架、實(shí)驗(yàn)型支架、信息型支架、知識(shí)型支架、程序型支架、策略型支架、范例型支架和訓(xùn)練性支架。學(xué)習(xí)支架設(shè)計(jì)不同教學(xué)模式往往從不同教學(xué)環(huán)節(jié)和程序安排上顯示其特征，每種教學(xué)模式都有其自身相對(duì)固定的活動(dòng)邏輯步驟?；顒?dòng)序列組合活動(dòng)中介作用學(xué)生是在完成STEM教育項(xiàng)目過程中獲取知識(shí)、認(rèn)識(shí)客觀世界的，學(xué)習(xí)活動(dòng)是知識(shí)內(nèi)化的中介體。例如，設(shè)計(jì)小組合作活動(dòng)，讓學(xué)生在互動(dòng)中學(xué)習(xí)知識(shí)。學(xué)習(xí)活動(dòng)設(shè)計(jì)形成性評(píng)價(jià)與總結(jié)性評(píng)價(jià)教學(xué)評(píng)價(jià)包括形成性評(píng)價(jià)和總結(jié)性評(píng)價(jià)，兩者均起著舉足輕重的作用。例如，通過量表、行為觀察和知識(shí)測驗(yàn)等形式進(jìn)行形成性評(píng)價(jià)，通過小組合作完成的作品進(jìn)行總結(jié)性評(píng)價(jià)。多元評(píng)價(jià)主體評(píng)價(jià)過程要改變以往單一的評(píng)價(jià)方式，強(qiáng)調(diào)多元評(píng)價(jià)主體、形成性評(píng)價(jià)、面向?qū)W習(xí)過程的評(píng)價(jià)。由學(xué)生本人、同伴、教師對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)過程的態(tài)度、興趣、參與程度、任務(wù)完成情況以及學(xué)習(xí)過程中形成的作品等進(jìn)行評(píng)估。學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)強(qiáng)化練習(xí)知識(shí)系統(tǒng)化項(xiàng)目結(jié)束后需要適時(shí)進(jìn)行教學(xué)總結(jié)，促進(jìn)學(xué)習(xí)者將零散的知識(shí)系統(tǒng)化。例如，通過教師獨(dú)立進(jìn)行或?qū)W生小組合作匯報(bào)的形式進(jìn)行教學(xué)總結(jié)。根據(jù)小組評(píng)價(jià)和自我評(píng)價(jià)結(jié)果，為學(xué)生設(shè)計(jì)一套可供選擇并有針對(duì)性的補(bǔ)充學(xué)習(xí)材料和強(qiáng)化練習(xí)。通過強(qiáng)化練習(xí)糾正原有的錯(cuò)誤理解或片面認(rèn)識(shí)