STEM类综合实践课程设计与实践

STEM类综合实践课程设计与实践

CONTENTS

1

STEM类综合课程的含义

2

STEM类综合实践课程的发展

3

STEM类综合实践课程的设计

4STEM类综合实践课程的实施案例STEM类综合课程的含义(—)

STEM教育的基本内涵

(二)

STEM教育的特征(三)

STEM教育的内容PART01STEM教育是关于学生参与的教育。STEM教育是基于项目的学习。STEM教育运用科学探究过程和工程设计过程。

STEM教育是跨学科的。STEM教育运用了竞争的要素。STEM教育是关于积极学习的。STEM教育是关于合作与团队工作的。STEM教育是关于实际问题解决的。STEM教育连接抽象知识与学生的生活。STEM教育整合过程和内容。STEM教育是以标准为基础的。STEM教育的基本内涵STEM教育的特征归纳用词：跨学科、趣味性、体验性、情境性、协作性、设计性、艺术性、实证性、技术增强性、课程整合、项目学习、设计路径、问题解决……STEM教育的特征工程工程既是大量关于设计和创造

人工产品的知识，也是解决问题的程序。计算机科学包括计算系统、网络与互联网、数据与分

析、算法与编程以及计算机的影响等五大

内容，代表着计算机学科中最重要的具体

领域。数学数学研究的是数量、数和空间的模式及其相互关系。科学科学是对自然界的研究，包括与物理、化学、生物学有关的自然法则，以及与这些学科相关的事实、原则、概念或常规的应用。科学教育还包括地球及空间科学。技术技术从严格意义上来讲并不是一门学科，它由创造和运行技术产品的人力、组织、知识、程序、设备等整个系统组成，包括

技术产品本身。STEM教育的内涵分科的STEM课程整合或跨学科“意味着教育工作者在STEM教育中，不再将重点放

在某个特定学科或者过于关注学科

界限，而是将重心放在特定问题上，

强调利用科学、技术、工程或数学

等学科相互关联的知识解决问题，实现跨越学科界限、从多学科知识综合应用的角度提高学生解决实际

问题的能力的教育目标。“STEM教育的内涵整合的STEM课程STEM教育的特征STEM课程的常见形态•

体现STEM思想的科学教育（基于问题的学习(problembased

learning)）•

STEM题材的社会实践活动（基于调查的学习(learningthroughmaking•

investigation)）•

体现STEM思想的研究性学习（基于项目的学习(projectbasedlearning)）•以设计与制作为主体的STEM课程（高层次认知能力(high

levelcognitiveskill)）•

应用技术实现创意的创客实践（使用数字化工具(Digitaltools)，进行创意制

造实践(Makingthings

innovatively)，并开展分享）STEM类综合实践课程

的发展(—)

STEM类综合实践课程的缘起

(二)中小学STEM教育发展PART

02•

史普尼克一号是1957年苏联发射的人类第一颗人

造地球卫星，引起美国和西方国家巨大恐慌，纷

纷反省“数理”教育，史称“史普尼克危机Sputnik

Crisis”。•

美国总统和行政部门赶紧制定一系列刺激数理工程学发展的政策，包括大幅改革中学数学课程，时称“新数学New

Math”课程运动。溯源：STEM的提出有感于国内理工科人才的匮乏和理工科教育的不振，美国国家科学基金会发表了《本科的科学、数学和工

程教育》

（

UndergraduateScience,

Mathematicsand

EngineeringEducation）

报告，建议国家调动各

类资源投入科学、数学和工程

（SME）

领域的教育。Technology

（技术）

被纳入

其中，

SME变成为SMET。STEM教育这一术语第一次为美国官方所使用。198613美国弗吉尼理工学院暨州立大学

（Virginia

Polytechnic

InstituteandState

University）学者GeorgetteYakman提出STEAM

其中，

A不仅仅指的是艺术，而是指美（Fine），

语言（Language）

，

人文（Liberal），

形体（Physical）艺术等含义。美国总统奥巴马发表了“教育促进创新”

的演讲，宣布在全国范围内开启“教育

促创新”计划，试图在未来十年将美国

学生在科学和数学成绩从目前的中游位

置提升到世界前列。美国发布《国家竞争力法》（Nationalcompetition

law），批准从2008年

到2010年，向STEM研究和教育计划提供433亿

美元经费，用于包括教师和学生的津贴和奖学

金计划以及用于中小企业的研发辅助资金。温州举办第一届STEAM教育创新论坛。第一次在教育会议中邀请了国内知名创客，

中国的创客教育拉开帷幕。20072013142012年之前：零散的研究•

2012年之前，国内关于STEM的文章不足20篇。•

吴俊杰（北京景山学校）和梁森山（教学仪器研究所）•数字传感器专题•

南师大顾建军教授团队•

华师大赵中建教授团队比较教育科学教育技术教育第一篇介绍国内STEM教育的论文•《STEM、STEAM与可能的实践路线》，柳栋、吴俊杰、谢作如，《中小学信息技术教育》，2013。重要节点：最早的学术会议•

名称：第二届STEM教育应用国际会议•

时间：

2012.11•地点：北京师范大学推动力：创客运动的兴起民间推动：中小学STEAM教育大会2014年，常州2013年，温州推动力：少儿编程的兴起•

2016年，教育部《教育信息化“

十三五”规划》中第一次提出STEAM教育。•

有条件的地区要积极探索信息技

术在“众创空间”、跨学科学习（STEAM教育）、创客教育等新

的教育模式中的应用，着力提升

学生的信息素养、创新意识和创

新能力，养成数字化学习习惯，

促进学生的全面发展，发挥信息

化面向未来培养高素质人才的支

撑引领作用。重要节点：2016的教育部文件•按照学科分类•

技术教师•信息技术、通用技术、劳动技术•

科学教师•

数学教师•

艺术教师•

综合实践活动

•

……中国STEM教育的现状哪些人在推动STEM教育•按照活动分类：-创客教育-科技创新教育-机器人教育-编程教育-……创客教育方向•

上海创客嘉年华•

深圳MakeFaire•

校园创客嘉年华STEM教育的代表性活动与事件••

STEM

、STEAM方向•

全国STEAM教育大会已经持续7届。•

2017年，教育部教育管理信息中心、

北京师范大学发布《中国STEAM教

育发展报告》

。•

2018年，

中国教育科学研究院启动

中国STEM教育2029行动计划。STEM教育的代表性活动与事件STEM教育的代表性活动与事件•

课程标准•

2016年，教育部发布《小学科学课程标准》，增加“技术与工程”领域。•

2018年，教育部发布普通高中课程标准，其中

信息技术和通用技术中出现STEAM、创客教育、开源硬件等内容。•

2017年，教育部发布《中小学综合实践活动课

程指导纲要》，

强调设计制作和创意物化。追求优质教育：殊途同归的选择•

未来学校的共同特征：•混龄制、项目制、个性化、无作业

……AltSchoolHighTech

High•

分科：•

优势：体系清晰、效率高•

不足：知识、人格片段化

•

合科：•

困难：效率、师资

•

讨论：•

《三生三世》

中的教学是分

科还是合科？为什么要选择“综合”？•

理想很美好，力量很“强大”，现实

却很骨感。•

缺少足够师资•

缺少课程资源•

缺少激励机制当前的瓶颈教育体验学习空间学习测量2016年，出版了名为《2026年STEM：

STEM教育创新愿景》的报告。

社会文\

\化环境/美国中小学STEM教育发展的趋势实践社区活动设计综合实践活动和STEM、创客教育STAM类综合实践课程的设计(一)项目学习(二)设计(三)问题解决PART

03设计项目学习

问题解决STEM类综合实践课程的设计项目学习（Project

based

learning）

有着较为悠久的历史传统，可以追溯到弗兰

西斯·帕克（FrancisW.

Parker）和约翰·杜威

（John

Dewey）那个年代。帕克在1922年

就对项目学习进行了定义：“项目教学的核心要素是学生就某项实践活动或某一件要做的事情预先计划。因此，项目学习是让学生负责计划活动的任何单元

。”项目学习的由来STEM教育适合使用项目学习，因为在科学、技术、工程和数学之间本来就有很自然的交叠。在现实世界中，解决社会和环境问题在STEM领

域的交界处进行。在STEM的项目学习中，学生

要经常聚焦于现实世界中的真实问题，因此STEM项目学习就与STEM领域里的合作具有很大

的相关性。当不同学科整合时，学生会同时参与

到社会性的互动学习过程中，需要就一些与现实

世界相关的问题以小组的形式展开合作学习。项目学习与STEM教育设计不同于其他的简单活动，它是工程赖以解决问题的方式，是一系列策略连续运用的集合，它具有重复性、开放性、情境性、可模拟性等特点。因此，设计过程在本质上是解决问题策略的过程，这也使得设计在教学中成为一种有用的策略。设计

设计能够向师生提供一种新的角度，让学生尝试用批判性的思维方式来审视自然世界和设计世界的不同；

设计能为学生提供一个真实的情境，便于学生理解抽象概念，同时提升他们对于技术及其社会作用的理解；

设计之所以被作为工程师最重要的工作方法，

在于其复杂性和难以把握性，它发生在复杂的具体情境中，受到大量外部因素和人为因素的影响。

设计不是一个线性的，按部就班的过程。它是一个散乱而非线性的过程。设计与STEM教育STEM教育是关于实际问题解决的。无论是项目学习还是学科整合抑或工程设计，其最终是要解决实际问题。而要解决实际问题，也就引出STEM教育的又一特点，即真实情境。真实情境往往是典型的问题情境。它以问题为核心，问题是情境创设的关键。所谓情境，是指问题的物理的和概念的结构，以及与问题相关的活动目的

和社会环境。问题解决①教育情境的设计应当注意

问题的难度，即现存状态与目标状态之间的距离，既不

能太大，又不能太小。差距太大，容易使学生产生挫败感，

差距太小则会使学生感觉太

容易，无法取得成就感，

都不利于吸引学生对于问题的长期关注。②设计问题应该是有意义的，或是与学生的真实生活密切相关的，

只有这样才能让

学生调动更多的注意力，

并进行持续的思考，

这是学习者在素养生成中发挥主体作用的

关键。③设计的问题应该具有一定的复杂性，

需要运用一系列的工程设计策略，

比如问题的确认、方案的获得、模型的建立、交流与展示等，

使学习者能够像工程师一样思考，

锻炼自身的思维能力，获得工程素养。设计问题的思路STEM类综合实践课程

PART04

的实施案例课程设计理念1.跨学科融合

跨学科性是STEM教育最重要的核心特征，因而，

如何将科学、技术、工程、数学进行

整合，

使得学科间相互渗透，

以提高学生解决问题的综合能力，

成为了课程设计的重中

之重。

本课程设计打破了学科之间的界限，

将所有学科内容整合到新的学科领域，

通过“建筑

结构设计”这一工程主题，

有机地将科学、技术、数学等学科知识融入其中，通过设置

学习活动把STEM作为一项综合技能，

以提升学生的STEM素养。案例基于

工程设计的高中

STEM课

程

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计

与

实

践

——

以

“

建

筑

结

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”

课

程为

例课程设计理念2.创设问题情境本课程将以真实世界中的工程问题为框架，

为学生搭建学习情境，

将孤立、抽象的书本知

识还原于丰富的生活情境中，

激发学生参与学习的动机，

实现知识的迁移和运用。让学生

通过对真实性、情境性问题的解决，

得以体验真实的生活，

在社会中获得成长。案例基于

工程设计的高中

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课

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例课程设计理念3.增强实践体验

STEM教育注重过程和实践，

强调知识和能力并重。在课程中，

学生不仅通过自学和

教师

讲授习得抽象知识，

更需要手脑并用，

参与学习过程，

在情境化的教学场所中，

通过亲身体验，在不断的观察、实验、探究、创作中解决现实世界问题。

本课程以现实世界中建筑结构设计的问题为主线，

学生经历“学习一设计/制作一再学

习一再设计/再制作”的过程，

不仅可以了解相关的学科知识，

还在工程设计体验中感

受到这些知识的重要性，

从而将抽象的知识与实际生活联系起来。案例基于

工程设计的高中

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程为

例课程设计理念4.强调同伴协作STEM教育具有协作性，

强调在群体协同中相互帮助、相互启发，

进行群体性知识建构，

本课程以工程设计任务为框架搭建学习情境，

要求学生以小组为单位，

搜集和分析学习资

料、

提出问题的解决方案并进行验证、评价学习成果。案例基于

工程设计的高中

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例EngineeringEnrichEngageExploreEvaluateExplain案例基于

工程设计的高中

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例6E设计型学习模式案例基于工程设计的高中

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例u教学目标①了解基本的材料力学、结构力学知识；②了解基本的地震工程和建筑结构抗震知识；③学会运用规范的工程图表达设计思想；④学会用力学计算软件分析结构模型；⑤增强参与能力和动手能力；⑥培养团队合作精神，在和他人的沟通交流中加深知识；⑦培养批判性思维，学会反思和总结经验；⑧体验将抽象的理论知识运用于实践，通过实践操作具化理论知识；⑨激发对工程的兴趣积淀，拓宽眼界；⑩提高学生的STEM素养。案例基于工程设计的高中

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例u学习者特征分析

本课程面向的学习者为高二学生，他们在高中物理课程中已学习了“力和运动”，对物体受力和形变有了基本的了解，可以从已掌握的力学概念出发，结合观察实

验，来了解相关的材料力学、结构力学等基础知识。

由于高中生没有高等数学基础，

力学公式的推导对于他们来说过于晦涩，

故在力

学知识的传授过程中，宜更倾向于定性的学习，以形成基本的力学概念。

高中生的计算机操作能力较强，

故在理解力学概念的基础上，可尝试让他们运用力学计算软件对设计的结构模型进行建模和计算，并利用软件来弥补他们对结构

进行力学计算的短板。案例基于工程设计的高中

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程

为

例u教学设计与实践1.课程任务设计釆用不同规格的桐木条和502胶水，设

计并制作一个三层建筑结构模型，结构形

式任选。结构模型将经受竖向荷载作用模拟建筑结构实际承受的永久荷载和使用活荷载），

以及具有扭转分量的水平运动（模拟地震作用），考验模型在正常使用

时和地震作用下的性能。建筑物要屹立不倒，

不仅要承受自身的重量

和建筑物内部的各种设

备、物件等，

还要能抵

抗诸如大雪、台风、地

震等自然灾害。任务要求工程任务案例基于工程设计的高中

STEM课

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例u教学设计与实践2.跨学科知识地图案例基于工程设计的高中

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例创设情境、

提出任务初次设计制

作与测试方案的解释

与改进第二次模型

制作模型加载测

试和评价u教学流程设计深化与工程探索与工程参与解释评价案例基于工程设计的高中

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例案例基于工程设计的高中

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