STEM视角下的初中研究性学习教学设计doc文档格式.docx

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InstructionaldesignofinquirylearninginjuniorhighschoolfromtheperspectiveofSTEM

作者：

刘珊珊

指导教师：

袁磊教授

学科专业：

教育技术学

学院：

计算机科学与信息技术学院

东北师范大学学位评定委员会

2017年5月

摘要

21世纪以来，国家的经济增长和竞争力取决于其创新能力，这使得人们越来越重视创新教育，这就需要加强对学生科学、技术、工程和数学的教育，即跨学科知识融合的STEM教育，它旨在培养学生科学、技术、工程和数学的综合素养，从而提高创新精神和实践能力，促进创新型人才的成长。

STEM教育不是四个学科的简单相加，而是学科的整合，即运用这四门学科的相关能力，把学习到的零碎知识，转变成探究真实世界相互联系的综合能力。

因此，作为教师，要考虑如何在众多孤立的学科中建立桥梁，使零碎知识变成一个系统的整体，为学生提供整体认识世界的机会。

本文首先简介了STEM教育的发展、核心特征及其研究意义，然后在STEM视角下，以《DIY电动马达》一课为例进行教学设计，对教学过程各阶段进行分析，接着阐述了国内初中STEM教育发展的局限性及其成因，最后提出了初中STEM教育的发展方向。

关键词：

STEM教育；

跨学科；

实践探究；

创新能力

Abstract

Sincethe21stcentury,anation’seconomicgrowthandcompetitiondependonitsinnovativeability.Itmakespeopleattachmoreimportanceoninnovativeeducation.Soweneedtostrengthenscience,technology,engineeringandmathematicseducation,STEMeducationwhichintegratesdifferentdisciplines.Itaimstofosterstudents’comprehensivequalityincludingscience,technology,engineeringandmathematics,toimproveinnovativespiritandpracticeabilityandtopromoteinnovativetalents’growth.STEMeducationisnotaddingfoursubjectstogethersimply,butdisciplineintegration,thatistosay,applyingcorrespondingabilitiesoffoursubjectstoconvertthepiecemealknowledgeintocomprehensiveabilitiestoexploreinterconnectionoftherealworld.Soasateacher,weneedtothinkoverhowtoestablishabridgebetweentheseisolateddisciplinesandintegratethepiecemealknowledgeintoasystem,sothatstudentscanbegivenanopportunitytofindouttheworldwholly.

Firstly,thethesisabstractsthedevelopmentofSTEMeducation,itsmaincharacteristicsandalsotheresearchsignificance.Secondly,fromtheangleofSTEMeducation,thethesistakesthecourse《DIYelectricmotor》asanexampletomakeaninstructionaldesign,andanalyzeeveryteachingprocess.Then,itstatesthelimitationandcauseofdomesticSTEMeducationinjuniorhighschool.Finally,thethesisproposesthedevelopmentdirectionofSTEMeducationinjuniorhigh.

Keywords:

STEMeducation；

Interdisciplinary；

Practicalinquiry；

Innovationability

第一章绪论

1.1STEM教育及其发展

1.1.1STEM教育的内涵

STEM代表科学（Science），技术（Technology），工程（Engineering）和数学（Mathematics）。

STEM教育则是培养学生科学、技术、工程和数学综合素养的教育，它强调的是多学科的交叉融合，但并不是四门学科的简单叠加，而是要采用跨学科的动态思维与教学方法，在学科间架起一座隐形的桥梁，从而找到相互之间紧密的联系。

工程问题研究的基础之一是数学，如“古代瓦房的屋顶是三角形”，或是“固定电线杆时使用三角形”，看似简单的构造，究其根本，都源于数学中“三角形具有稳定性”这一原理，当教学将两者联系起来后，就找到了工程与数学之间的联系。

科学问题源于自然，源于某一现象的问题，如“蝙蝠是如何在黑夜中寻找方向”，“声呐是如何探测神秘的海底世界的”，这两个貌似不相同的问题，其本质却都是声学中的回声定位问题，当教学围绕这个本质展开时，就有了一条隐形的线索，将科学和技术问题有效地结合在一起。

由此可见，教学并不是机械地将四门学科组合起来，而是要通过彼此间隐秘的联系，将看似不相关的知识交叉融合，形成用于探究真实世界不同侧面的综合能力。

在科学、技术、工程和数学之间存在着相互融合、相互补充、共同发展的关系，这就要求在推进STEM教育的过程中，不能将任何一部分独立出来，只有将四部分有效地整合，才能使学生在知识的相互碰撞中，实现有意义的、深层次的、创造性的学习，从而培养学生的创新精神与实践探究能力。

1.1.2STEM教育的发展历程

STEM教育的起源要追溯到20世纪80年代初。

我们现如今的知识体系划分其实都是工业革命的产物，人才的培养趋向于定向培养，即只需要懂一部分知识可以应用就好，从某种意义上讲，这种教育模式培养了一大批适应工业革命的产品，极大地提升了社会的发展。

然而随着社会进步、科学的发展，人们越来越发现学科内部是具有很强的关联性的，跨领域融合逐渐变成趋势，这就导致了培养综合型人才的STEM教育的出现。

但当时却并没有对其进行系统定义，早期的STEM教育只是简单地将其理解为数学、技术、科学与工程的排列组合。

2001前，STEM的缩写还是SMET，2001年STEM首次被美国国家科学委员会教育部门前主任朱迪思·

拉姆齐提出并介绍，“教育探究及学习是被安排在情境之中的，学生们解决真实世界的问题并且可以为自己创造机会”。

近年来，对STEM教育的定义日趋专业化。

莫里森曾说过，STEM教育中四个学科被称为“元学科”，其教育过程并不是将四门学科简单叠加，而是强调将原本分散的四门学科知识自然组合，以形成系统的整体。

2007年，美国教育部给出了STEM教育具有纲领性的定义，“科学、技术、工程和数学教育项目是指在研究生阶段包括成人教育，那些主要为了提供支持或者强化中小学科学、技术、工程和数学的教育”。

相对于前面的STEM教育的定义，梅瑞尔强调STEM教育要求教师基于标准的元学科，以一种整合的方法来进行教学，其中学科的具体内容无需分开。

梅瑞尔的STEM教育定义，已由简单的整合四门课程转变为一种更为灵活的教学和学习方式。

菲奥里洛则指出STEM教育的学科融合方式可以基于设计、问题解决、发现和探索性学习策略等，菲奥里洛将STEM教育真正地理解为一种全新的融合式的教学模式。

对于STEM教育的定义各有侧重，但STEM教育的定义框架不能“一刀切”。

由此可见，对STEM教育的理解还在不断发展与深化。

1.2STEM教育的核心特征

STEM教育强调以行动为基础、以项目为目标、以解决问题为导向的学习，为学生提供一种“做中学、学中做”的新的学习体验，使学生们掌握综合全面的知识与技能，培养学生们灵活的迁移运用，从而创造性地解决问题、探索世界。

这使得STEM教育具有其核心特征：

学科融合性、情境性、趣味性、协作性和实践性等。

1.2.1学科融合性

STEM教育与传统的分科教学最大的不同，就是在教学中，它不再将重点放在某个特定的科目上，或是划定学科目之间的界限，而是打破学科间独立的知识体系，将不同学科知识进行融合的综合式培养，因此学科融合性是STEM教育的最本质特征。

科学是在实践的基础上，经过检验和严密逻辑论证，得出客观世界各种事物的本质及运动规律；

技术是人们利用现有事物形成新事物，或是改变现有事物功能、性能的方法；

数学研究数量、结构等概念，是学习和研究现代科学技术必不可少的基本工具；

工程则将自然科学和数学的理论应用到具体的工农业生产部门。

四个学科两两有交叉的部分，相互渗透紧密，因此实施STEM教育要将原本分散的四门课程集合成一个新的整体，将知识的获取、方法与工具的利用，以及创新生产的过程有机的统一，使学生在“杂乱无章”的学习情境中提升设计能力、合作能力、问题解决能力和实践创新能力。

1.2.2情境性

STEM教育具有情境性。

它强调学习源于生活中具体要解决的问题，而不是将孤立、抽象的学科知识机械地传递给学生，要将知识的发现、探究与解决置于真实的情境中，通过学生的探究获得知识与技能，从而提高学生的创造性思维。

建构主义强调情境的重要性，强调知识是学习者通过与学习环境互动而建构起来的产物，只有当学习镶嵌在运用该知识的情境之中，才能实现有意义学习，将知识内化并创造性地解决问题。

因此教师在进行STEM教育时，选择的项目一方面要基于真实的情境问题，另一方面又要蕴含所要教授的结构化知识，要有意识地将孩子置于问题解决的真实情之中，引导他们通过持续的动手操作，增加对科学概念的深层理解，提高他们解决现实问题的能力，让他们走上自我学习和自我成长的路，游刃有余地面对未来的学习、工作和生活。

1.2.3趣味性

STEM教育在实施过程中要将学习置于具体的情境中去，而这种情境除了要与学科知识和生活息息相关，更要具有趣味性。

只有情境与活动的设计能激发学习者的内在学习动机，学生才会主动地对知识进行有意义建构，从而获得解决问题的综合性知识。

例如，STEM课程教学设计可以将学习内容游戏化，通过游戏增加学习的趣味性，在游戏中学习者可以互相交流，创造性地探究，在体验中获得知识与成就感。

STEM课程的设计还可以通过学生亲自动手实验来增加课程的趣味性。

例如，在学习DNA的结构时，可以让学习者动手操作提取自己的DNA，为自己制作一条DNA项链。

在科学方面，学习者认识了细胞的组成，掌握了DNA的结构；

技术方面掌握了提取DNA的方法及原理；

工程方面，利用提取的DNA制作成工艺品；

数学方面，学习了如何计算溶液浓度。

一个小