葉笛
[摘 要]為探索科技類校本課程“STEM化”的有效途徑,總結(jié)歸納了STEM教育應(yīng)具備的核心特征,提出如何將現(xiàn)有科技類校本課程進(jìn)行改版優(yōu)化,形成具有鮮明STEM特征的課程資源,并以科技類校本課程“創(chuàng)意航天”中的“水火箭”主題為例,說明優(yōu)化改進(jìn)的措施和方法。
[關(guān)鍵詞]校本課程;STEM教育;跨學(xué)科教學(xué)
隨著課程改革的不斷推進(jìn)和深化,STEM教育正以其不同于分科教學(xué)的跨學(xué)科整合課程的方式受到極大關(guān)注。我國的STEM教育仍處于初級階段,課程資源嚴(yán)重不足,而花費(fèi)大量資金引進(jìn)國外的原版STEM課程資源,又難免“水土不服”。為了解決課程資源不足的問題并實(shí)現(xiàn)STEM教育的本土化,筆者嘗試把傳統(tǒng)的科技類校本課程打造成具有鮮明STEM特征的課程資源,并開展了相關(guān)實(shí)踐研究,總結(jié)歸納了一些行之有效的方法和措施。
一、明確STEM教育的核心特征
綜合國內(nèi)學(xué)者對于STEM教育的研究,可將其核心特征歸納為以下九個(gè)方面。一是跨學(xué)科,這是STEM教育最重要的核心特征,它意味著教育的重點(diǎn)不在某個(gè)特定學(xué)科上,而是將重心放在特定的問題上,強(qiáng)調(diào)綜合利用多門學(xué)科的知識來解決問題。二是趣味性,STEM教育重視分享和創(chuàng)造,強(qiáng)調(diào)使學(xué)生能夠從分享和創(chuàng)造的過程中獲得樂趣與成就感。三是體驗(yàn)性,強(qiáng)調(diào)學(xué)生以動手、動腦的方式參與學(xué)習(xí)活動,在這種體驗(yàn)式的過程中,不僅獲得“陳述性知識”,還習(xí)得蘊(yùn)含在項(xiàng)目問題解決過程中的“程序性知識”。四是情境性,STEM教育不直接傳授學(xué)生學(xué)科知識,而是鼓勵(lì)把知識還原于生活,常以生活中面臨的實(shí)際挑戰(zhàn)作為問題情境,激發(fā)學(xué)生綜合運(yùn)用多種知識解決實(shí)際問題。五是協(xié)作性,特別強(qiáng)調(diào)通過團(tuán)隊(duì)成員之間的互相幫助和互相啟發(fā)進(jìn)行群體知識建構(gòu),往往采用小組合作方式,共同搜集、共享、分析或處理信息,提出多種假設(shè)并展開驗(yàn)證,評價(jià)也更多地針對團(tuán)隊(duì)而非個(gè)人。六是設(shè)計(jì)性,要求學(xué)習(xí)產(chǎn)出環(huán)節(jié)要包含設(shè)計(jì)作品,通過設(shè)計(jì)促進(jìn)知識的融合與遷移,通過作品外化學(xué)習(xí)的結(jié)果,外顯習(xí)得的知識和能力。設(shè)計(jì)作品的質(zhì)量可以體現(xiàn)學(xué)習(xí)者的創(chuàng)新思維、靈活運(yùn)用技術(shù)和綜合運(yùn)用知識的能力水平。七是藝術(shù)性,強(qiáng)調(diào)在工程設(shè)計(jì)過程中體現(xiàn)美感,提高作品的藝術(shù)性。八是實(shí)證性,這不僅是STEM教育的一個(gè)特征,更是科學(xué)區(qū)別于其他學(xué)科的重要特征,強(qiáng)調(diào)基于證據(jù)驗(yàn)證假設(shè),以實(shí)事求是、嚴(yán)謹(jǐn)務(wù)實(shí)的科學(xué)態(tài)度來開展研究。九是技術(shù)增強(qiáng)性,STEM教育強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)者要具備一定的技術(shù)素養(yǎng),要求習(xí)得并較熟練掌握技術(shù)手段,從而利用技術(shù)實(shí)現(xiàn)創(chuàng)意,將構(gòu)想形象化,創(chuàng)造制作形成實(shí)物作品[1]。
傳統(tǒng)的科技類校本課程往往只強(qiáng)調(diào)某一類技術(shù)的傳授,或者根據(jù)某一載體以特定內(nèi)容和固定方式開展動手實(shí)踐活動,雖然也具有活動內(nèi)容有趣、鼓勵(lì)學(xué)生小組合作、指導(dǎo)學(xué)生動手制作等特點(diǎn),但往往不能完全涵蓋以上所提及的STEM教育的特征,在跨學(xué)科融合、基于現(xiàn)實(shí)問題的情境創(chuàng)設(shè)以及技術(shù)增強(qiáng)性等方面有明顯的缺失。
二、挖掘科技課程內(nèi)容中值得放大的關(guān)鍵點(diǎn)
并非所有的課程內(nèi)容都適合開發(fā)為STEM課程。這就需要教師重新審視課程內(nèi)容體系,從中挖掘值得大做文章的關(guān)鍵點(diǎn)。由于STEM課程離不開工程設(shè)計(jì),因此在整個(gè)課程內(nèi)容中,可首選涉及動手制作的活動作為值得進(jìn)一步開發(fā)的內(nèi)容。以“創(chuàng)意航天”校本課程為例(曾榮獲首屆全國校本課程設(shè)計(jì)大賽特等獎(jiǎng)),是比較成熟的科技類校本課程,從整體內(nèi)容框架上可以看出其具有完整的系統(tǒng)性和連續(xù)性(見表1)。
為了在此基礎(chǔ)上開發(fā)出能夠促進(jìn)學(xué)生全面發(fā)展的STEM課程,必須勇于突破常規(guī),打破原有課程體系的固有模式。從表中內(nèi)容可見,第一章主要是“講解有關(guān)航天科技的常識和基礎(chǔ)知識”,并不適合改版為STEM課程資源。而第二章中的“運(yùn)載火箭”“航天飛機(jī)”“人造衛(wèi)星”“宇宙空間站”等有關(guān)航天科技領(lǐng)域中的實(shí)體內(nèi)容就比較適合轉(zhuǎn)化成STEM課程資源。因?yàn)椋@些內(nèi)容涉及具體的模型制作,可與工程設(shè)計(jì)結(jié)合起來。其中“飛天利劍——運(yùn)載火箭”部分就擴(kuò)展衍生出了STEM課程“水火箭”的內(nèi)容框架(見表2)。
三、創(chuàng)設(shè)趣味情境,將體驗(yàn)活動任務(wù)化
傳統(tǒng)的科技類校本課程往往以具體的套材作為載體開展相應(yīng)的制作活動,較少創(chuàng)設(shè)趣味化的情境。而STEM課程更強(qiáng)調(diào)在具有趣味性的情境中去解決真實(shí)的問題,以問題或任務(wù)為驅(qū)動,來完成項(xiàng)目作品或形成解決方案。因此,將課程中的具體教學(xué)內(nèi)容融入一個(gè)有趣并有意義的情境中,是STEM教學(xué)活動的必要前提。
以“水火箭的制作”活動為例,傳統(tǒng)的授課方式是:教師向?qū)W生展示一枚水火箭模型,然后講解水火箭的結(jié)構(gòu)和各部分的作用,接著指導(dǎo)學(xué)生用飲料瓶等材料仿制一枚水火箭,最后帶領(lǐng)學(xué)生到戶外發(fā)射模型。而作為STEM課程則不然,需要教師根據(jù)學(xué)生的認(rèn)知特點(diǎn)創(chuàng)設(shè)一個(gè)有趣的情境,如一個(gè)外星人入侵地球的故事,并匹配相應(yīng)的視頻短片來渲染氣氛。
【創(chuàng)設(shè)情境】——“精準(zhǔn)打擊”
隨著科技的飛速發(fā)展,人類對空間的探索不斷加深,我們終于發(fā)現(xiàn)地球不是宇宙中唯一存在生物的星球。在與地外文明接觸的過程中,也暴露了地球在宇宙中的坐標(biāo)位置。終于不幸降臨,一群外星生物先遣隊(duì)入侵地球,在世界各地建立起要塞據(jù)點(diǎn)。我們必須要趕在外星生物大部隊(duì)到來之前摧毀這些要塞據(jù)點(diǎn),才能挽救人類,保衛(wèi)地球。勇士們,為了我們共同的家園,馬上拿起你的武器實(shí)施精準(zhǔn)打擊吧!
學(xué)生在觀看了外星人入侵地球的科幻電影短片后,被這個(gè)充滿神秘感的故事情節(jié)所吸引,在旁白的召喚下,激發(fā)了保衛(wèi)家園的責(zé)任感和使命感,使接下來的水火箭制作活動充滿了奇幻色彩和趣味性。盡管情境的創(chuàng)設(shè)是虛構(gòu)的,但需要完成的任務(wù)是真實(shí)的,即“如何實(shí)施精準(zhǔn)打擊”。這一任務(wù)激發(fā)了學(xué)生的能動性,使他們能夠積極思考并踴躍參與。
四、制造認(rèn)知沖突,激發(fā)問題意識
開門見山直奔主題式的導(dǎo)入,常無法激發(fā)學(xué)生的問題意識。在創(chuàng)設(shè)了有趣的挑戰(zhàn)情境后,學(xué)生們躍躍欲試。此時(shí),教師應(yīng)從問題入手,引發(fā)學(xué)生的認(rèn)知沖突,促使學(xué)生開動腦筋,通過搜索已有的知識或?qū)W習(xí)新知識嘗試解決新問題。例如:教師不急于向?qū)W生呈現(xiàn)水火箭的模型成品,而是先組織學(xué)生以小組合作的方式到戶外嘗試發(fā)射單只飲料瓶,看能否擊中預(yù)定目標(biāo)。在一番努力和嘗試中,學(xué)生總是無法將飲料瓶發(fā)射到預(yù)定區(qū)域。由此開始思考:“為什么單只飲料瓶無法做到精準(zhǔn)打擊呢?”同時(shí),學(xué)生也通過觀察飲料瓶的飛行軌跡來積極尋找原因。接下來,教師再讓學(xué)生展開小組討論“如何改進(jìn)飲料瓶的結(jié)構(gòu)才能達(dá)到精準(zhǔn)打擊”。學(xué)生們根據(jù)自己的體驗(yàn)和觀察到的現(xiàn)象總結(jié)出單只飲料瓶在飛行過程中存在的缺陷,思考如何通過改良其結(jié)構(gòu)使飛行姿態(tài)更加穩(wěn)定、飛行軌跡更加可控。最終,學(xué)生討論得出“增加流線型的箭頭有利于減小空氣阻力”“增加尾翼可以使箭體飛行姿態(tài)更加穩(wěn)定”等重要結(jié)論。前期花費(fèi)大量時(shí)間所進(jìn)行的鋪墊看似多余,實(shí)則不然,它充分激發(fā)了學(xué)生自主探究的意愿,體現(xiàn)了STEM課程體驗(yàn)性和協(xié)作性的特征。
五、以解決問題為驅(qū)動,綜合運(yùn)用各學(xué)科知識
STEM教育提倡打破學(xué)科界線,實(shí)現(xiàn)跨學(xué)科融合,充分調(diào)動各學(xué)科“有用的”知識來解決實(shí)際問題。學(xué)生長期接受分科教學(xué),在大腦中存儲了很多個(gè)單一學(xué)科獨(dú)立的知識單元,很少有機(jī)會將各學(xué)科知識進(jìn)行整合運(yùn)用。以科技類校本課程為基礎(chǔ)的STEM課程可以給學(xué)生搭建綜合運(yùn)用各學(xué)科知識的平臺和機(jī)會。例如,學(xué)生已經(jīng)歸納并勾勒出了水火箭的構(gòu)造雛形,教師便可順勢利導(dǎo)向?qū)W生介紹水火箭的制作方法。在制作過程中,學(xué)生并不是單純模仿,而是邊加工、邊思考,隨時(shí)需要解決制作過程中出現(xiàn)的新問題。在實(shí)施制作加工之前,學(xué)生還必須先掌握一些常見工具的使用技巧(即STEM中的“T”——技術(shù)),工具的使用技巧會影響水火箭成品的質(zhì)量和最終發(fā)射的效果,如用美工刀切掉飲料瓶的底部,用剪刀將切口邊緣修剪光滑等。教師則有必要傳授安全使用工具的方法。而“如何將飲料瓶的橫截面的圓周進(jìn)行三等分”“什么尺寸的尾翼更適合水火箭飛行”這樣的問題,就需要運(yùn)用數(shù)學(xué)知識來解決(即STEM中的“M”——數(shù)學(xué))。在改良飲料瓶結(jié)構(gòu)的過程中,學(xué)生必須要知道箭頭、箭體、尾翼等各部分的作用,并理解“結(jié)構(gòu)決定功能”這一科學(xué)觀念(即STEM中的“E”——工程)。而在水火箭發(fā)射前的調(diào)試中,還涉及對水火箭前端進(jìn)行配重從而合理調(diào)整模型自身的重心與壓心的相對位置,需要學(xué)生學(xué)習(xí)相關(guān)的物理學(xué)知識(即STEM中的“S”——科學(xué))。這樣,以解決問題為驅(qū)動,便可以將知識的學(xué)習(xí)和運(yùn)用融入到具體任務(wù)中,大大激發(fā)學(xué)生調(diào)用知識解決實(shí)際問題的能力。在遇到已有知識無法解決的問題時(shí),學(xué)生也將更加積極主動地獲取新知識,并在此過程中形成新的知識建構(gòu)。
經(jīng)過改版所形成的STEM課程豐富了原有的教學(xué)模式。以“精準(zhǔn)打擊”這一活動內(nèi)容為例,可總結(jié)歸納出如圖1所示的基本教學(xué)環(huán)節(jié)。
從圖1可以發(fā)現(xiàn),“創(chuàng)設(shè)情境”“初步體驗(yàn)”和“觀看學(xué)習(xí)”這三個(gè)環(huán)節(jié)是在主體學(xué)習(xí)活動之前的預(yù)熱和鋪墊。相比于傳統(tǒng)教學(xué),明顯增添了許多鮮明的STEM元素。而結(jié)尾處的“實(shí)踐檢驗(yàn)”和“分享總結(jié)”兩個(gè)環(huán)節(jié)也更加凸顯了STEM教育理念。
通過對原有“創(chuàng)意航天”科技類校本課程中“水火箭”一課的改版和優(yōu)化,可歸納總結(jié)出校本課程“STEM化”的有效措施為:先挖掘原課程中與“工程設(shè)計(jì)”相關(guān)的活動內(nèi)容,再緊扣STEM教育的核心特征擴(kuò)充教學(xué)活動的基本環(huán)節(jié);從“創(chuàng)設(shè)情境”到“任務(wù)驅(qū)動”,從“實(shí)踐檢驗(yàn)”到“分享交流”,始終以“解決問題”為主線,激發(fā)學(xué)生調(diào)用各學(xué)科知識或?qū)W習(xí)新知識,以達(dá)到提升綜合運(yùn)用跨學(xué)科知識解決問題的能力。STEM教育課程資源不僅給學(xué)生提供了將各學(xué)科知識融會貫通的機(jī)會,還將知識的學(xué)習(xí)與解決實(shí)際問題相融合,達(dá)到了學(xué)以致用的目的。
參考文獻(xiàn)
[1]余勝泉,胡翔.STEM教育理念與跨學(xué)科整合模式[J].開放教育研究.2015(4):15-17.
(責(zé)任編輯 郭向和)