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1、STEM STEAM与可能的实践 路线 柳栋 上海市虹口区教师进修学院 上海市虹口区教育科学研究室 2013 08 温州 惟存教育 1 目录 oSTEM与其由来 oSTEM产生的思想基础 oSTEM可能的学习形态 o艺术与STEAM o我国已有的实践 o可能的实践路线 惟存教育 2 1 STEM与其由来 o健康的经济基础并不只是金融等所谓的虚拟经 济 服务经济 制造业尤其是高端制造业是社 会健康经济真正的坚实基础之一 n这里的高端包括两个层面的含义 o一是产品质量上的高水平 o一是科技含量上的尖端性 n要求公民具备较高的科技素养 o平民的孩子可以通过当工程师翻身 惟存教育 3 1 STEM与其
2、由来 oSTEM是科学 Science 技术 Technology 工程 Engineering 和数学 Mathmatics 英语首字母缩写 M 数学的应用 计量的方法 S 科学观念的应 用 技术体系与 工学概念 E 技术如何与人 类社会相互作 用 T 人和技术手段 如何互动 惟存教育 4 1 STEM与其由来 oSTEM由来 1986年1996年2007年 美国国家科学委员会 本科的科学 数学 和工程教育 报告 明确提出了高等教育 领域中SME T 科学 数 学 工程和技术 教育的纲 领性建议 美国国家科学基金会 塑造未来 透视科学 数学 工程和技术的本科教育 报告 针对社会发展中的形势和
3、 问题 对学校 地方政府 工 商业界和基金会提出了明确的 政策建议 包括大力培养K 12 教育系统中STEM教育的师资 问题 美国国家科学委员会 国家行动计划 应对美 国科学 技术 工程和数学教 育系统的紧急需要 报告 行动计划中将STEM教育 从本科阶段延伸到中小学教育 阶段 从中小学就开始实施 STEM教育 惟存教育 5 系统科学 2 STEM产生的思想基础 p知识论的合分合 n哲学发端于公元前6世纪创始于米利都的泰勒斯 哲学 宗教 原始宗教 数学 希腊科学 毕达哥拉斯 芝诺等 公元前4世纪 亚里士多德 欧多克斯等 公元前4世纪 中古科学 近代科学 现代科学 格罗斯泰特等 公元13世纪 中
4、国与阿拉伯的贡献 数学方法引入 哥白尼 伽利略 牛顿 达尔文等 公元16 19世纪 古典科学全面发展 技术革命 爱因斯坦 普朗克 孟德尔等 公元20世纪 现代科学 科学的技术化 社会化 价值论 认识论 本体论 理论物理 天体物理 分子生物学等等 脑科学 认知心理学等等 科学哲学 社会科学 公元19世纪 惟存教育 6 2 STEM产生的思想基础 o美国实用主义哲学的思想基础 n源流 o产生实用主义哲学的文化基础讲求实际 容许进行实验和 创造 o实用主义哲学的产生与当代实验科学有密切联系 n基本观点 o实用主义哲学知识观 重视学以致用 o实用主义哲学学习观 重视学习者的实际经验 惟存教育 7 3
5、STEM可能的学习形态 oSTEM课程的培养目标 n科学素养 Scientific literacy 是一种运用科学知识和过程 如物理 化学 生物科学和地球空间科学 理解自然界并参与影响自然界 的有关决策 n技术素养 Technological literacy 是指使用 管理 理解与评价技 术的能力 学生应当知道如何使用技术 了解技术的发展过程 具 备分析新技术如何影响自己 国家乃至整个世界的能力 n工程素养 Engineering literacy 是指对技术的工程设计与开发过程 的理解 工程课程是基于项目 整合了多门学科的知识 使得难以 理解的概念与学生生活密切相关 激发学生解决问题的兴
6、趣 工程 设计是把科学与数学原理系统地 创造性地用于实践的结果 n数学素养 Mathematical literacy 指学生在发现 表达 解释和解 决多种情境下的数学问题时进行分析 推断和有效交流思想的能力 惟存教育 8 3 STEM可能的学习形态 oSTEAM的课堂 n基本学习方式 o基于真实问题解决的探究学习 PBL Problem Based Learning o基于设计的学习 DBL Design Based Leraning n几个特点 o它强调学生在看似杂乱无章的学习情境中发展设计能力与问题解 决能力 因为真实的问题是劣构 错构的问题 oSTEM课堂上教师围绕一个真实问题 促进学
7、生参与到一个班级 范围内的小组中去开展研究 期间有可能通过面对面的方式 网 络的方式与校外学习支持者 学习伙伴开展交流 o在学习与研究的过程中 学生被要求使用技术搜集 分析数据 并设计 测试和改进一个解决方案 然后与其同伴交流研究成果 这类学习方式 学生需要花费更多的课外时间 惟存教育 9 3 STEM可能的学习形态 o可能的STEM的学习循环示意 惟存教育 10 3 STEM可能的学习形态 o一个国内的案例 n高一技术 o边界条件 n普通高中 n年级最差的班级 但学生比较守规矩 o单元 课桌椅设计 n根据课改精神和地方课程标准要求自编学习单元 惟存教育 11 惟存教育 12 4 艺术与STE
8、AM oSTEAM是由美国弗吉尼亚理工 大学的学者G Yakman首次提出 nSTEAM中的A 艺术 是指美术 语言 人文 形体艺术等含义 惟存教育 13 科学和技术通过工程与艺术来呈现 所有的这一切建筑在数学的基础上 跨学科领域的教学框架 综合的 多学科领域 学科特征 内容细节 惟存教育 14 4 艺术与STEAM o艺术 n人与自然世界 人类社会互动的三种基本类型 o宗教 科学 艺术 n感性实践方式 象式思维方式 n与人类的情绪 感受关联 o艺术的作用 n因为 无用 而对我们有无比的价值 n没有艺术的世界是不完整的 n没有艺术的生活是不完整的 惟存教育 15 5 我国已有的实践 oSTEM
9、思想在国家层面上的实践反映 n普通高校 国家层面开展的科技竞赛至少有22项 包括 挑战杯 全国大学 生系列科技学术竞赛 平均每年举办17项左右赛事 o自1989年首届竞赛举办以来 从最初的19所高校发起 发展到1000多所高校参与 从300多人发展到200多万大学生参与的竞技 n职业院校 全国技能大赛是教育部举办的全国性职业教育学生竞赛活动 o高职组32项赛事 中职组28项赛事 每次比赛参赛选手超过5000人 n中小学 全国青少年科技创新大赛是由中国科学技术协会 教育部等主办 的一项全国性的青少年科技竞赛活动 每年一届 竞赛系列活动包括 o青少年科技创新成果竞赛和优秀科技教师评选 n青少年科技
10、创新成果是指青少年在科技实践活动和研究性学习过程中产生的发明创造作品和 科学研究论文等 n优秀科技教师评选 通过交流活动经验 推出具有时代特色和创新方法的活动方案 进而评 出优秀科技教师 o展示系列活动包括优秀科技实践活动展览 少年儿童科学幻想绘画获奖作品展览等 惟存教育 16 5 我国已有的实践 oSTEM思想在区域 学校层面上的实践反映 n省市自治区的两个典型 o北京市 金鹏科技团 项目 n始于1998年 2005 2010年两次深化推行 形成了近50家金鹏科技团 o上海市创新实验室项目 n市府2007年的规划 2010 2012年两次征集 申报 从高中延伸到初中 小学 n校本课程 o高中
11、各地的示范性实验性高中的特色科技实验室和特色校本课程建 设 内容非常丰富 领域相当广泛 o初中小学学段较为成型的具体案例 n深圳南山实验学校麒麟部的游戏化小学低段科技课程 n北京九条小学各类科技实验校本科目 n上海虹口区曲阳第四小学虚实融合的小学科学校本课程 惟存教育 17 5 我国已有的实践 oSTEM思想在区域 学校层面上的实践反映 n以科学技术为主题的学校 o深圳科学高中 n2012年创办 中国第一所科学高中 n旨在培养以科学 技术 工程和数学见长的创新型高中学生 n实验课程体系是深圳科学高中三大体系之一 该体系在科学特色与人 文素养融合发展的基础上 强化研究性教与学 自主性理科实验以及
12、 选择性深度学习等教学方式 o上海市徐汇区康宁科技实验小学 n1993年创办 n以科技教育为办学特色 n学校以著名的康宁少儿科学院为依托 邀请了多位中科院院士担任名 誉院长 将科技教育与人文教育相结合 全面培养学生的创新精神和 实践能力 惟存教育 18 5 我国已有的实践 o教师个人自主的探索 n北京的吴俊杰老师研发 执教了 人工智能 Scratch编程 n广州吴向东老师和武汉毛爱平老师依托Scratch软件 研发推进了 儿童数字 文化创作课程 的实践 n常州管雪枫老师研发实施了 小学生趣味编程 课程 n温州谢作如老师依托Arduino Scratch软件开发并实施了 互动媒体技术 课程 n在
13、传统科技创新领域的老师 如上海复旦大学附中吴强老师 在各自的学科 领域作出了自己独立思考与主动探索 Arduino自由硬件Scratch自由软件 惟存教育 19 5 我国已有的实践 o民间的创客运动 n 创客 一词来源于英文单词 hacker 它并非指电脑领域的黑 客 而是指不以赢利为目标 努力把各种创意转变为现实的 人 n克里斯 安德森新近提出的概念是 创客 Makers 他指出 每一 次工业革命 下面都是一群人 而驱动第三次工业革命的是 一群叫创客的人 他们引领科技行业走进了一个新的方向 即个体制造时代的到来 运用互联网和最新的工业技术进行 创造 惟存教育 20 5 我国已有的实践 o民间
14、的创客运动 n李大维 中国创客 他创立的新车间 位于 上海 中国第一个创客空间 成立于2010年9 月 n创客空间 hackerspace hackspace hacklab makerspace creative space o一个人们能分享兴趣 多数是电脑 技术 科 学 数字或者电子艺术 也包括其他更多方面 合作 动手 创造的地方 o创客空间可以被看作开源社区创客能聚集在一起 分享知识 创造新事物的实验室 厂房 工作坊 工作室等等 o很多创客空间参与自由软件 开源硬件 新媒体 的活动 o目前在大陆在上海 北京 成都 南京 深圳等 地已经成立了自己的创客空间 惟存教育 21 5 我国已有的实
15、践 o民间的创客运动 n创客空间 n点名时间 惟存教育 22 5 我国已有的实践 o国家等层面 n国家在该领域的决策过于原则 系统思考不明显 行动细节不够清晰 n工作策略上以赛促教 就基层实践的角度来看拔尖的功能更强于普及的功能 没有从课程建设的关键点聚焦着力 nK12领域中的青少年科技竞赛中有功利主义 锦标主义的苗头 普及性远远 不够 n业务管理归属区域校外教育机构 没有深度渗透到课程建设与实施的核心业 务流程中 o教师等层面 n通用技术教师与信息科技教师尚未很好实现合流 n大艺术领域的教师尚未很好实现合流 n数学教师尚未很好摆脱 操练 的枷锁 n单干较为盛行 合作尚未普及 惟存教育 23
16、6 可能的实践路线 o从K12学段学校实施层面来看 nSTEAM在基础类课程板块涉及到数学 科学 理化生等 技术 通用技术 信息技术 艺术 语言 音乐 美术 等四大领域的核心课程 而且还包含了各类丰富的相关选修 课程 n在实施STEM和STEAM教育时 技术和工程两方面要必选其 一 然后再综合科学 数学及艺术方面的内容 构建相关选 修科目来达到STEAM教育的目的 惟存教育 24 基础性专门化 极软 6 可能的实践路线 o技术领域的聚类 现代技术概念的形成与制造技术 信息技术的发展关联在一起 其他技术领域的 发展也部分依赖制造技术 信息技术的发展 惟存教育 25 6 可能的实践路线 o学校 教师对STEM的探索建议 n学校层面 oSTEM STEAM课程的实施 可以围绕着学校办学特色建设 特 色综合实践板块 国家课程方案 校本课程建设 特色拓展探究 板块 上海课程方案 校本课程建设来开展 o尝试将它们与数学 科学类和艺术类核心课程对接融合 n教师层面 o可以根据自己原有任教学科与STEM STEAM可能的交集 寻求 可能的突破方向 o依托特色综合实践板块校本课程 特色拓展探究板块校本课
