利用赛耶模型落实STEM教育理念.docx

1、利用赛耶模型落实STEM教育理念 以“水循环教学为 例 一、传统教学面临挑战 当今世界技术发展突飞猛进，尤其是对人类生产生活影响深远的信息技术，如“互联网写擞膚 “云计算”、“人工智能”等，它们的发展对人才提出了更高的要求，也对教冇改革提岀了更新的目标 培 养具有国际竞争力的创新型综合人才。传统的分科独立教学模式是否能培养岀创新型综合人才？传统教学 过于强调课本知识，突出传授知识的系统性和完整性，是否能培养出创适性地解决实际问题的人才？传统 教学中直接呈现答案，缺乏探索的教学过程，是否能塑造岀终身学习的人才？传统教学中眾履岀的种种短 板表明急需一种新教育理念，以帮助每个学生走向更能适应社会发展

2、的成才之路，STEM教冇理念便应 运而生。 二、STEM教育的核心理念 STEM 教育是由科学（Science）.技术（Technology）、工程（Engineering）和数学（Mathematics）结合起来 的教冇，自上世纪90年代诞生于美国后，便因英顺应了未来人才培养的要求XX改革的趋势，备受全世 界的广泛关注I讥目前，STEM教冇在中国尚处在起步阶段，各地正努力对这一新理念进行有益的尝试匚 （一）强调学科的交叉融合 STEM教冇强调对科学、技术、工程和数学的跨学科整合，致力于加强多个学科之间的有机联系， 并且搭建学生脑中抽象知识和真实生活之间的桥梁，逐步引导学生形成积极思考的习惯，

3、综合性、创造性 地运用所学解决实际问题，最终成为未来科技发展的新力量。 地理学是公认的综合性极强的学科，研究的是不同地理要素在不同时空条件下错综复杂的影响和联系, 学习的过程中难免会涉及到不同学科的知识和技能。因此，地理新课程标准明确指出核心素养包括综合思 维，这正与STEM教育倡导的跨学科融合理念不谋而合。 （二）注重真实问题的解决 STEM教育将关注点转向现实生活中的具体问题，强调对先前习得知识和技能的综合运用，进而鼓 励学生积极寻找解决实际问题的方法。STEM教冇要求教师在授课前应围绕教学主题，提岀源自真实生 活情境并符合学生认知水平的问题，以此激发学生探究的热情，灵活运用交叉学科的技能

4、和工具，积极参 与探索的全过程，最终获得最优化的解决方案。 地理学是研究地球表层的科学，有学者们周边的地理环境都是它的研究对象，亳不夸张地说整个大 自然和人类社会都是师生的教室，也是师生教学的真实素材。因此，地理问题的岀发点和最终落脚点都应 是有学者们生活的貞实世界。让学生“学习对生活有用的地理”，学会在实际生活中综合运用所学，提升 各项地理实践技能，最终成为见多识广的合格地球公民，这和STEM教育理念的要求是吻合的。 （三）突出学生的主体地位 STEM教育倾向于在教学中尊重学生的主体地位，强调学生主动积极地参与，要求教师学会聆听学生 的想法，给学生预留充足的时间进行自主摸索，用一系列问题去回

5、应学生的疑问，启发学生从问题和错误 中寻找答案。学生只有自己经过探索过程中的纠结和挣扎，才能更深刻地构建知识网络并掌握实践技能， 获得更强烈的成就感，逐渐成长为终身学习的探索者。 实践是学生落实地理核心素养的必备手段，特别是地理实践力的培养。构建以学生为探究中心的课堂， 调动学生全身心投入，尤英是地理庞大知识体系的建构、户外考察、模拟实验、模型制作.社会调查以及 各类地理软件的操作等等，只有让学生亲身观察、思考和实践，才能形成他们独一无二的地理认知模式， 体验有意义的地理学习过程。这为STEM教育理念在地理教学的渗透和深化创造了便利条件。 三、STEM教育理念的落地赛耶模型 随着STEM教冇理

6、念在美国的不断推进和深化，不同类型的STEM课程实践模式在摸索中陆续诞生， 其中达特茅斯学院（常春藤学院之一）创建的赛耶模型广受师生欢迎，为实现STEM教ff提供了有效的途 径。该模型为学生综合运用科学、技术、工程和数学知识，提供了简单但髙效的四步循环操作流程（如图 1所示）。学生首先应在教师提供的问题情境中左义需要解决的根本问题：其次，获取问题的关键信息进而明 确解决问题的具体要求；接着依拯这些要求，运用STEM技能寻找多种解决问题的方案，经过综合评估选 出最佳方案：最后，重新审视之前的流程，发现未解决的问题或者新的问题，再重新宦义问题，开始新一 轮的探究循环。通过一轮又一轮的循环，学生将探

7、究的要求不断细化，将探究重点的范国缩小，将探究的内 涵挖深，使得最佳解决方案变得越来越清晰。 图1赛耶模型 熟练运用赛耶模型不仅可以帮助学生运用所学知识解决实际问题，还可以培养学生的沟通交流能力 和批判性思维，最终逐渐摆脱对教师的依赖，自主提交髙质量个性化解决问题的方案。 四、基于赛耶模型落实STEM教育理念的“水循环”教学设计 本课时对应的课标为：运用示意图说明水循环的过程，课程内容难度较低，且经过前而两章的学习， 学生已经储备了一泄的地理知识和技能，因此本肖课适合以学生自主学习为主，探究现实生活中的真实问题 新加坡缺水产生的原因及防治措施，综合把握新加坡的水循环过程从而强化区域认知和综合思

8、维，落 实解决实际问题的多项地理实践力并提升节水意识。 （一）第一轮循环 1确定问题：教师先借助新加坡的气温和降水资料图引导学生判读新加坡的气候类型为热带雨林气候， 再利用新加坡主岛及其附近地区的经纬网地图，以及马来西亚、中国和新加坡人均淡水资源统讣图，创设问题 情境：新加坡人多地少，经济发达，属于降水量极其丰富的热带雨林气候，按理说应该不缺水，实际上缺水 却相当严重，这是为什么呢？学生提取图文关键信息，进一步确立实质性问题：新加坡水资源供需矛盾突出, 供一大量的雨水为什么没法被有效利用？需一人口众多，经济发达，生产生活耗水屋巨大，因此问题的难 点归结为新加坡雨水利用困难的原因。 2具体要求：

9、在首次循环中要求可以较低，在后续的循环中，随着探究的深入，要求应进一步提髙和 细化。例如，此次循环中要求学生四人一组在10分钟内：（1）参考水循坏示意图，绘制新加坡雨水降落 地而后参与的水循环环并用箭头指示其运动方向；（2）结合所绘制的图像以及新加坡的地形图，探究 新加坡雨水利用困难的原因。 3.可选择的解决方案：学生根据要求绘图，并进行头脑风集推测新加坡雨水利用困难的原因。学生多 从雨水留不住这个角度进行思考。（1）蒸发走：新加坡纬度低，气温髙，水分蒸发强烈：（2）径流流走： 新加坡而积狭小，地势低平，河流短小，湖泊数量少，雨水不易留存。此时教师让学生进行比较选出更 关键的因素应为（2）,再

10、引导学生进行深层思考：总有一些雨水是“漏网之鱼，好不容易留住了能被 充分利用吗？进而引导学生发现新加坡地势低平，四而环海，海水容易倒灌污染淡水资源。 （二）第二轮循环 1重新定义问题：每一轮循环结束，学生都应进行反思：问题解决了吗？是否遇到了新的问题？进 而再重新泄义问题进行新一轮更深层次的探索。通过第一轮循环，学生很容易发现一个新的问题：针对 新加坡的缺水成因，如何缓解其缺水问题？ 2具体要求：要求学生四人一组在15分钟内借助新加坡主岛及其附近地区的经纬网地图和水循环 过程的相关知识，尽可能多地提出缓解缺水的方案，并列表说明理由。 3.可选择的解决方案：学生经过热烈讨论，创造性地提岀了各种方

11、案，并对方案进行了评估。有学 生甚至从近期阿联酋计划冰ft取水的新闻中获取灵感，提出冰ft取水的方案，在进一步的讨论中综合考 虑成本、技术和环保等方面，认为目前这一方案的可操作性较低，因此被否决了。最终确泄的方案如表1所示： 表1缓解新加坡缺水的 方案 方案 理由 修建水坝 既可收集雨水，又能防止海水倒灌 邻国购水 邻国马来西亚淡水资源丰富距需近，运输成本低 海水淡化 四面环海，经济发达，技术先进 污水回收 经济发达，人口众多，污水产量大，技术先进 节约用水 经济发达，人民节水意识强 （三）第三轮循环 1 重新定义问题：上轮循环又引出了一个新的问题：这些缓解新加坡缺水的方案在实际中是如何 实施

12、的？使学生从理论学习过渡到实际生活，并接触到跨学科的技术应用。 2具体要求：教师布置STEM课外探究任务并说明具体要求（如表2所示），学生结合各小组的 兴趣自由领取任务，通过网上查询相关资料.实地考察、社会调查以及模拟实验等方式进行探究，最终以课件、 实验报告或者实验视频的形式提交成果，供师生共同学习和评价。 表2 “水循环” STEM课外探究任务 方案 探究要求 了解层次 实践层次 修建水坝 查阅資料了解新加坡入海口处建水坝 坝内水的盐度会发生什么变化，并简要了 解其工作原理 漬示简单的实验模拟水坝的工作过程 邻国购水 査阅資料了解新加坡从马来西亚购水的曲 折历史，并说出从中吸取的教训 濾示

13、简单的实验摸拟水输往低处甚至是高处的过程 海水淡化 査阅資料简要了解海水淡化常用或者最新 的技术和原理 濾示简单的把盐从水中分离的实验，提示：可先观看太阳能蒸 发器或蒸镭法的视頻，以降低实验难度 污水回收 査阅資料简要了解污水回收常用或者最新 的技术和原理 （1）演示简单的污水净化实验，例如设计过滤、曝气等环节以 净化1升污水： （2）参观当地的污水处理厂，用框图说明污水处理的工序。 节约用水 査阅資料了解新加坡为了让居民节约用 水，釆取了什么具体措施？有哪些措施中 国可以借鉴？ （1）统计一周内你家的用水总量.并永踪每个家庭成员的用水 悄况，并提出3条以上降低家庭用水董的建议： （2）根仿有

14、关的公益广告，尝试设计一个有趣的节约用水广告。 分享完STEM课外探究任务的成果后，为了让学生能够在貞实的情境中迁移运用本肖课的知识和技能, 应鼓励学生继续利用赛耶模型进行探究，例如：（1）预测新加坡解决缺水问题的方案，在未来供水份 额会发生什么变化？（建议：查阅各方案成本、国家政治、气候变化和环保等因素的资料，为每个方案打分） （2）世界上其他缺水国家和地区（如以色列）是如何缓解缺水现状的？（3）在野外生存或地鳶等重 大灾难之后，甚至在宇宙飞船上，如何获取安全洁净的水资源？ 五、利用赛耶模型落实STEM教育理念的原则 借助“水循环”教学设计，有学者们可以发现在利用赛耶模型的过程中，应注意：

15、（一）了解学生，控制难度 赛耶模型的应用非常广泛，既能解决简单的生活问题，也能为复杂的专业问题寻找答案。为了让学生能 主动积极地参与STEM探究过程，教师应在洞悉学生先前习得的知识技能和生活经验的基础上，精选生活中 略髙于学生认知水平的课题，避免过于抽象且远离学生生活的难题磨火学生的热情，涉及到跨学科的内容时, 应适当降低探究的要求。力所能及的课题将驱动学生在真实的问题情境下，把主动探索、发现和创造贯穿整 个赛耶模型的操作过程，获得第一手的宝贵学习经验。 （二）课堂内外，相辅相成 由于课堂时间有限和条件的制约，教师应要求学生进行充分的预习，课堂上围绕着本学科知识技能的传 授和运用展开，明确探究活动的要求和每个环节的时间安排，充分考虑到各种突发情况，以此提高课堂教学 效率。而STEM教育强调的跨学科融合的内容应更多地安排在课后进行，教师可设宜STEM课外探究环节, 鼓励学生借助赛耶模型继续更深入的研究，并跟踪学生的探究进展以及提供必要的指导，最后让学生用视频、 创意写作、研究报告等形式展示研究成果，充分利