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全面解读STEM专业


STEM教育中的“S、T、 E、 M”是什么?

第一,在STEM教育中,S是科学(Science),美国的科学课程在生物、化学、物理方面跟中国是一样的,唯一不同的是“地球与空间”课程,有的学校把它看成是环境科学,在科学的要求上各州也不尽相同。

第二,T是技术(Technology),这是STEM教育的特色。技术也在不断的演变,在80年代所谓的技术是工业技术,现在“T”更多的是强调信息技术,强调计算机的运营。

第三,STEM教育最吸引人的地方,就是把“E”即工程(Engineering)直接引入中小学。以前工程教育是大学教育的专利品,但是在大学教育过程中发现工程教育的思维跟素质到大学再培养就太晚了,所以工程教育被引入到中小学。在美国,工程教育能够挤进学校教学目标的体系也不是非常普遍,只有九个州把工程纳入科学教育标准中,但是STEM教育在中国发展的非常快。是什么推动STEM教育发展呢?其实是科学教育,所以STEM更多的是讲科学教育。美国下一代的科学标准跟前一代最根本的核心区别就是工程。

第四,M即数学(Mathematics),是中国人最熟悉的,美国的数学就是算术,跟中国不一样的是美国高中就开始学微积分。数学是整个STEM教育的基础。STEM教育在发展过程中已经出现了两个薄弱的环节:一个是科学,一个是数学。

STEM教育学什么?

对于中国来说,做STEM教育应该把重点放在两点上面:一个是技术,一个是工程。在STEM教育中,学生的兴趣是一切的根本,如果没有兴趣就没有学习,而这几门学科的兴趣很容易在孩子们很小的时候就被打消掉。中国的教育也是这样,如果只顾着考试,很多孩子在很小的时候就丧失了对STEM教育的兴趣。

分科还是跨学科?

STEM教育强调课程的融合,这是美国孩子的强项,美国的课程从小学就开始融合,因为美国的小学老师是全科老师,教课就是综合开始的,而中国习惯分科,所以学科融合是中国的弱项。那么在日常教学中到底是应该分科还是融合,还是跨学科?

在美国,传统的教育也是关注分科的,美国最有名的分科就在1894年哈佛十人委员会的分科,但是在21世纪初,美国课程已经开始泛滥了,委员会就强调要缩减课程,而且特别强调学科的分开。所以教育整体发展的过程有一个规律,叫“钟摆现象”。

STEM教育讲的更多的是“合”,但更重要的是与什么“合”的问题。合一定要在分的基础上,基础的知识依然非常重要。在STEM教育有两种方法:

第一,多学科方法,即教一个主题,是能量守恒,或者是绿色工程等。可以通过各个学科一起来学习,来研究这个主题,但是各个学科没有交叉的,这叫多学科模式。

第二:跨学科方法,其实STEM教育真正要做的不是多学科,更多的是在学科的基础上融合。它更强调主题下面的主概念,和主概念下面的跨学科技能,例如文学素养、思维能力、算数、研究能力。这又回到教育传统的知识技能,知识技能需要的是整合,这就是它的精髓。

美国的STEM教育怎么做整合?

  1. 序列式的。按部就班,完成一门课,另外一门课跟上。

  2. 平行式的。同时两个课都来研究一个主题。

  3. 部分式的。在研究过程中,一门课程为主,一门为辅。

  4. 提升式的。上完课程后,另外进行学科参与。

  5. 总体融合式的。

  对于STEM教育课程来说关键在于:

  第一,有多少整合;

  第二,是怎么整合的?

  从整合中就可以看出STEM教育课程的水平。

STEM教育作为一个跨学科的课程设置,在设计课程当中应该注意哪些基本要素?包括在教学过程中范围是什么,设计是什么,学科知识技能的运用,目标的制定,能力水平的测试,转化为能力的指标体系,如何评价等问题。这和中国新出的核心素养的基本思想是类似的。

整合知识的目的是干什么?还是解决问题。解决问题就涉及到很多,STEM到底给我们什么启示呢?

  三维的学习框架:

  1. 学科核心概念:每一个学科都有清楚的核心,也就是核心知识是什么。

  2. 跨学科概念:跨学科中也有一些主要的概念贯穿了这个学科。

  3. 科学实践:怎么把概念整合?这是实践的问题。

物理科学、生命科学、地球与空间科学都有一些基本的核心概念,例如动能、器官、遗传等,如果STEM项目没有涉及到其中任何一个核心课程,那这样的研究就没有意义。所以每个学科有个基本的核心概念,STEM教育需要围绕着这些基本的知识来研究。

在STEM教育中加进了工程和技术是比较陌生的内容,其实工程和技术就是两个方面:设计和整合。

如果说到STEM项目,那么不管融合了几个学科,假如没有涉及其中任何一个,就不叫STEM教育,因为它没有核心的内容。

STEM教育如何学,怎么教?

STEM有着什么样的特点,又怎么帮我们颠覆教学?

STEM的问题一定是从生活中来,从真实情境中学习。

如果从教育科学原理的角度来说,STEM教育培养什么能力?就是迁移能力。学校培养什么能力?

也是培养迁移。让学生能够把一个情境中学到的知识运用到另一个情境中。

跨界、转专业体现出来的就是迁移的能力。STEM就是整合,让学生参与到学科知识的迁移中,尤其是使学生能可靠的把知识迁移到其它领域或未来的活动中。

美国的下一代科学标准建议,同样一个主题可以不断循环的使用,从小学一直用到高中。因为随着自身水平的提高,实际上是不断的签定。

STEM教育要在“做中学”,一定要操作,如果不操作就不是STEM,一定要设计,设计就是工程,一定要有产品,这就是技术,工程和技术就体现了做中学。

在STEM教育中,师生应根据学生的兴趣、课程标准和当地资源选择研究主题,一个STEM就是一个项目。项目是什么意思?必须出产品,如果没有作品不能称作STEM,还是纸上谈兵。

其中,怎么做STEM里的工程设计是中国的STEM教育最不熟悉的,也是最吸引人的地方。换句话说,一个STEM团队要有个工程师,或者有工程师背景的人,这对学校的教师队伍实际上也是一个很大的挑战。

工程设计的特点:第一有目标性,第二有社会性,第三有合作性,做一个STEM项目肯定要符合这几个条件。整个STEM的设计大概有以下的设计过程:

  • 确定问题或对象

  • 界定目标和限制条件

  • 研究及收集信息

  • 提出可能的解决方案

  • 分析解决方案的可行性

  • 选择最合理的解决方案

  • 实施或执行设计

  • 测试和评价设计

  • 必要时重复各步骤

  • 表达结果

STEM里的工程设计过程为什么这么吸引人?因为整个过程跟做研究的过程几乎一对一的吻合。

所以讲STEM的“合”,第一个核心一定是整合科学和数学,如果STEM项目里数学没有突出,数学逻辑思维没有突出,这不算好的STEM。



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