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STEM:好理念怎樣變成好課程

時間:2018-10-16 13:03來源:知行網www.wzliqi.com 編輯:麥田守望者

STEM課程的特點

  STEM課程最重要的特點就是跨學科、多學科的融合,也就是說,這個課程中涉及的問題,往往需要綜合兩個以上學科方能解決。

  STEM教育主要通過項目驅動的教學方式,讓學生在解決問題的過程中學習。通常的方式是,首先給學生創設一個現實情境下的主題,通過教師、學生交流討論,明確問題,設定項目內容和項目具體的任務。學生根據項目的任務進行規劃,調研相關領域的進展,分析項目的可行性,制訂研究計劃,建立理論模型并經過編程模擬、數值計算、原型機設計、測試反饋、分享交流討論等流程后完成項目。項目最終的產出是多樣化的,可以是一篇論文,也可以是一個作品,這主要依據項目的領域而定。

  STEM教育主要的教學目的不僅是為了更好地理解和應用學科知識,同時也是為了提高學生分析問題、解決問題的能力,為應對未來挑戰做準備。學科教育一般是縱向的教育,如數學、物理、化學、地理、生物,都是縱向的,而培養人同時還需要橫向的教育,需要各個學科融會貫通,需要綜合各方面的知識、能力。如果一個人擁有駕馭縱橫交錯的知識網絡的能力,他未來便能應對更嚴峻的挑戰,承擔更大的責任。人們常認為中國人的創新能力較弱,我認為有一個原因可能是,中國的學生從小學到大學接受的都是孤立的單一學科的知識和技能,缺少跨學科的融會貫通的教育,缺少舉一反三、創新使用的能力,所以導致路越走越窄。

  STEM這樣一種教育方式和課程,毫無疑問,對于培養學生的科研創新能力、動手實踐能力是非常有利的。從培養分析能力的角度看,STEM是一種非常好的學習方式和教育方式。這也是世界各國都在開展STEM教育并一抓到底的原因。有些國家甚至把STEM教育上升到國家戰略的層面,把這種能夠培養具有未來競爭力人才的教育方式放在首位。

  STEM教育同樣可以激發學生的學習動力。所有參與這個項目的學生,帶著問題和任務調動各學科的知識,多感官參與,既動腦又動手,深入挖掘潛力,促進思維發展。STEM學習,通過挑戰性的激勵,激發學生的學習動力,能提高學生的學習能力和綜合素養。除此之外,它還能培養學生的團隊合作意識。一個STEM專題或者項目,往往涉及多個環節,需要分析、設計、實驗、完善,甚至是對結果(產品)進行包裝。這不是一個或者兩個人能完成的,需要多個人共同研究,密切配合,合作攻關。在這個過程中亟須合理分工、共同參與,這是對合作意識和團體協作能力的鍛煉。

  幾年前,有人提出加上A(Art,藝術),STEM發展成STEAM。我覺得藝術的重要性是顯而易見的,因為科學和藝術本來就不分家。在培養學生的過程中,藝術教育有兩點非常重要而且是其他學科不可取代的作用。其一是對學生審美能力的培養,學生藝術修養和審美能力的提高,對于未來的人生、科學研究都是非常重要的。其二是藝術教育能夠讓孩子們“打開”自己,展現想象力,培養表現力,這是藝術教育特有的價值。

  現在甚至有人認為應該強調學生的閱讀能力,于是在STEAM中又加入了R(Reading),變成了STREAM。其實這類課程叫什么名字并不重要,重要的是把握課程的核心理念,那就是要培養學生以綜合視角解決真實世界中問題的能力。而作為學校,應積極為學生搭建一個多學科、多視角、以解決實際問題為取向的綜合發展平臺。

  如何開好STEM課程

  STEM課程現在很火,各地許多學校都在爭相開設STEM課程。是不是每個學校都適合、都有能力開展STEM教育?我深切地感受到,要大力發展STEM教育,最大的制約因素是沒有足夠的優秀教師。長期以來,分科教育越分越細,教師的專業越來越窄,而綜合是STEM教育的根本特性。當前解決的辦法只有團隊合作。在美國一個老師能搞定一個項目,在中國可能就需要五六個老師,多學科老師聯合在一起完成這個項目。

  在中小學開展STEM教育,除了要解決師資這個瓶頸,還需要處理好下面幾個關系:

  第一,我們要清楚STEM課程和常規課程之間的關系,了解STEM課程所處位置。目前STEM課程的唯一合法地位,就是學校的選修課,我們不能用STEM課取代某門常規課程,因為它的知識和系統性還要差一些。我們不是為了知識而開設這個課程,而是為了培養孩子的綜合素養和創造能力。

  第二,我們要處理好單一學科的學習和STEM教育之間的關系。STEM課程與單一學科課程所學的知識需要匹配。如果這個項目所用的數學知識,學生要一年之后才可以用到的話,那么學生學習的效果肯定不盡如人意,因此需要對相關STEM課程進行重新設計。也就是說,我們設計的STEM課程要和學生的知識結構、能力結構、認知能力匹配,要分年級、分階段設置不同的STEM課程。

  第三,要考慮中高考與STEM教育的關系。我們當然希望未來STEM課程能夠育人有效,但是首先要做到的是選人有用,否則,STEM教育是不可能得到持續發展的。在中國的教育領域里,僅僅靠情懷和理念是很難通達天下的,如果說發展STEM教育的結果是中高考成績很差,那STEM教育還會有生存空間嗎?還有機會發展嗎?既然這個東西好,就要顯示它的作用。學校不能告訴孩子的父母說現在孩子中高考成績差點沒關系,等到20年、30年以后效果就顯現出來了,他們能相信嗎?等得起嗎?不過,清華附中的實踐證明,參與這些項目的學生,文化課考試的成績不僅沒有受到負面影響,反而有所提高。

  第四,要考慮國際水平與本土特色的關系。STEM想要在中國推廣開來,發展好,首先需要有頂層設計,國家層面應有相關標準和評價、管理制度;其次,要有靈活的機制,因為STEM教育是一種高理念、高投入的教育,所以需要有一個良好的機制維系好整個STEM系統在中國基礎教育中的發展,這需要多方合作,方能達到共贏效果。

 。ㄗ髡撸和醯钴,系清華大學附屬中學校長,清華大學數學科學系教授)

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  清華附中STEM教育探索實踐

  清華附中在STEM教育教學方面進行了開拓性的探索。學校早在2011年就開展創客教育,2014開始與美國托馬斯·杰弗遜科技高中(TJ)合作,在清華附中建立了6個高端實驗室,開始了STEM教育,并于2016年成立了STEM教研室,同時組織工作坊,邀請國內外專家,集結優秀教師,從理念到實踐進行深入研究探討,學校STEM工作具備了常規運轉的“大腦”。

  目前,清華附中在STEM教育標準研究、課程建設與人才培養方面取得了豐富成果。今年5月開始,清華附中組織編寫的基礎教育階段《STEM課程標準》成稿。“標準”目標是研發出符合我國實際需要的STEM課程標準,推動課程更加規范地落地實施。“標準”以科學教育的10個大概念為統領,按照基礎教育的學段,從科學、技術手段、工程實踐、數學、其他綜合能力5個方面來闡述,最后還提供了各個學段的STEM課程實例。

  清華附中創建了“課后選修課程—創客空間課程—高研實驗室課程”的STEM課程體系。從進入初中開始,學生就可以選擇自己感興趣的各類STEM基礎素養課程,之后通過參與選拔進入創客空間開展項目式學習。進入高中后,有科研意向的學生可在教師帶領下開展不同方向的高研實驗室課題研究,為未來深造做準備。近兩年來,清華附中學子在國際、國內頂尖科技類競賽中屢獲殊榮,已獲國際青少年科學奧林匹克競賽(金牌)、全國青少年科技創新大賽(一等獎、STEM精英獎)、美國學術五項全能比賽(19金、27銀、20銅)、丘成桐中學科學獎(金獎)、北京青少年科技創新大賽(科技創新市長獎、一等獎)等,涌現出一大批優秀學子,帶動了學生綜合素質的全面提升。

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