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        全面實施STEM教育

        2017-10-12 18:36:53CarolynHayes
        中國科技教育 2016年11期
        關(guān)鍵詞:維度知識點科學(xué)

        Carolyn+Hayes

        非常高興參加此次論壇,與中國的教育者一起討論STEM教學(xué),討論如何提升學(xué)生們的收獲。我是美國科學(xué)教師協(xié)會前主席,今天我想談?wù)摰脑掝}對于協(xié)會而言是非常重要的,對于美國教師也是非常重要的。

        可以說STEM課程是我們協(xié)會的一個工作核心,協(xié)會和全美教師及國際上的教師共同合作推動STEM課程。我們希望推動創(chuàng)新,確保所有學(xué)生都能夠獲得足夠的理工知識。美國是一個多元國家,我們了解到很多兒童生活在貧困當(dāng)中,英語不是他們的第一語言,我們教授他們科學(xué)和工程方面的知識,他們會獲得更多的知識,取得更好的成就。

        美國國家科學(xué)基金會和美國科學(xué)教師協(xié)會最早在全美國推出了STEM課程。2011年,這個項目當(dāng)中工作的全部人員聚在一起,思考如何推廣STEM課程,以及目標(biāo)是什么。關(guān)于STEM有3個重要的目標(biāo),我相信中國的教師也有類似的目標(biāo)。

        第一,擴大追求STEM領(lǐng)域高等教育和職業(yè)發(fā)展的學(xué)生數(shù)量,同時擴大婦女和少數(shù)民族在這個領(lǐng)域的參與。這是我們協(xié)會的追求,也是很多企業(yè)的需求,我們需要有更多能夠創(chuàng)新的科學(xué)家和工程師。我們尤其注重女性、女童,我們不希望她們從小學(xué)或者是中學(xué)畢業(yè)后就不再學(xué)習(xí)科學(xué),我們希望她們能夠追求這方面的高等教育和職業(yè)發(fā)展。

        第二,我們希望能夠打造和擴大一個具備非常豐富理工知識的工作群體,擴大女性和少數(shù)民族的參與。我們不僅僅是需要這樣的科學(xué)家,也需要那些能夠培養(yǎng)這些理念的人,所以我們需要一個這樣的工作群體。

        第三,讓所有學(xué)生提升他們的STEM素養(yǎng)。即使他們以后做的工作跟STEM不相關(guān),我們希望他們成為有STEM素養(yǎng)的全球公民。我們希望他們可以理解全世界到底有哪些問題,并且最后能夠為他們的未來作出正確的決定。

        現(xiàn)在的問題就是怎樣實現(xiàn)剛才的目標(biāo),我會提出兩點,這是美國的經(jīng)驗,可能跟中國比較相似。

        有一套連貫的標(biāo)準(zhǔn)和課程

        首先看連貫的標(biāo)準(zhǔn),從圖1大家可以看到美國這些年是如何推廣STEM教育的。最下面2013年《新一代科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)》是最重要的一點。必須看一下技術(shù),還有工程,看他們是怎樣推動我們學(xué)習(xí)科學(xué)的。同時我們希望學(xué)生也可以意識到科學(xué)的性質(zhì):科學(xué)一直都在變化。為什么會變化?因為技術(shù)在變化。這么多技術(shù)上的進步,使我們對科學(xué)有了更加深刻的理解。1996年有了《國家科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)》,講到學(xué)生在生命科學(xué)、物理、生命地球、工程,以及太空科學(xué)當(dāng)中需要掌握什么知識。

        2012年,美國國家科學(xué)促進會的《K-12科學(xué)教育框架》,在《新一代科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)》出臺的前1年講到了3個維度的學(xué)習(xí),2013年有了正式的《新一代科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)》?,F(xiàn)在美國已經(jīng)有20個州正式通過了《新一代科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)》,有的州還在經(jīng)歷審核的過程。連貫的標(biāo)準(zhǔn)

        發(fā)展過程

        全體美國人的科學(xué)(1989)

        國家科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)(1996)

        K-12年級科學(xué)教育框架(2012)

        3個維度的學(xué)習(xí)

        新一代科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)(2013)

        圖1連貫的標(biāo)準(zhǔn)

        《新一代科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)》到底是什么?就是希望可以讓教師重新審視科學(xué)教育怎么進行。我們說到科學(xué)的時候,其實講的是STEM,不僅僅是科學(xué),而且是STEM教學(xué)。這一標(biāo)準(zhǔn)有4個重點。

        第一,少死記硬背多理解。有很多時候?qū)W生問我為什么要學(xué)習(xí)這個,這個問題很重要。因為他們不理解為什么要在課堂上學(xué)習(xí),不理解就不會認(rèn)真聽。他們需要理解周圍的世界,理解世界上各種各樣的現(xiàn)象,所以說《新一代科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)》要求少死記硬背多理解。

        第二,跟《州共同核心標(biāo)準(zhǔn)》有更多聯(lián)系?!缎乱淮茖W(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)》希望可以在語言藝術(shù)與數(shù)學(xué)方面跟《州共同核心標(biāo)準(zhǔn)》有更多連接。我們發(fā)現(xiàn)學(xué)生學(xué)英語是為了學(xué)習(xí)語言所代表的概念意義,如果他們可以理解,就會學(xué)得更好。

        第三,必須基于研究實踐,特別是神經(jīng)科學(xué)。我記得有一本書的作者是一位神經(jīng)科學(xué)家,書中介紹人們怎么學(xué)習(xí),大腦怎樣運作,在學(xué)習(xí)的過程中怎樣記憶。研究發(fā)現(xiàn),學(xué)生必須理解并且把各種知識點連接起來,才能夠真正掌握知識點。所以《新一代科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)》不是以教學(xué)為主,而是以學(xué)生為主,讓他們理解自己到底學(xué)習(xí)些什么。

        第四,要能夠?qū)W以致用。死記硬背僅僅是掌握了知識點,但是如果學(xué)生能夠把他們在課堂上學(xué)習(xí)的知識在社區(qū)或其他地方應(yīng)用,他們才能夠記憶并掌握這些知識,而且可以用來做一些其他事情。

        接下來我們看看“3個維度的學(xué)習(xí)”,我覺得這才是科學(xué)教育、STEM教育的未來。這3個維度是:①跨學(xué)科概念。所有的科學(xué)學(xué)科概念,不管是地球還是工程、科學(xué)、數(shù)學(xué),都有跨領(lǐng)域的概念。②學(xué)科核心概念。學(xué)生學(xué)習(xí)完以后要掌握的并不是細(xì)枝末節(jié)的知識點,而是知識的核心概念起到的作用。知識會隨著科學(xué)的進步而改變,但是核心知識點是肯定不變的,所以我們希望學(xué)生掌握有明顯重要性的概念。③實踐。學(xué)習(xí)不應(yīng)該是線性的,而應(yīng)該是循環(huán)的??梢詮目吹揭唤M數(shù)據(jù),想知道數(shù)據(jù)代表什么開始,這種實踐可以讓你去到其他的一些領(lǐng)域。這3股繩擰在一起,學(xué)生就更有能動性,學(xué)習(xí)更帶勁兒。他們會提問、探討、解釋,不僅僅限于課堂上的書本知識,而是整個世界的現(xiàn)象,這也是教育的目的。

        大家可以去NSTA的網(wǎng)站看一看更多信息。關(guān)于3個維度學(xué)習(xí)和跨學(xué)科概念,我們希望學(xué)生可以找到規(guī)律,可以知道因果關(guān)系,這樣如果課堂上學(xué)習(xí)遇到新情況,他們就可以應(yīng)用規(guī)律、結(jié)構(gòu)、框架、功能等方法去理解。我們不僅僅是為初中生設(shè)計課程,還有一些適合學(xué)前兒童的項目,有能夠適合他們的科學(xué)學(xué)習(xí)內(nèi)容。

        所謂實踐,首先是問問題,然后找到問題,制訂并且使用模型分析、解釋數(shù)據(jù),使用數(shù)字和計算思維,找到解釋的方法,設(shè)計解決方案,根據(jù)證據(jù)進行辯論,把手中的信息進行有效評估,最終找到能夠解決問題的方案,并且整個過程當(dāng)中能夠?qū)崿F(xiàn)信息的分享。學(xué)生必須要自己理解,而不是只聽教師講解。endprint

        下面我介紹一下課程怎么設(shè)計。

        首先要對學(xué)生的表現(xiàn)有個預(yù)期。比如當(dāng)我講完課程時,學(xué)生需要用一個模型展示植物物理結(jié)構(gòu)如何支持它的生長和繁衍。這里包含一些交叉學(xué)科和新概念,有些來自于生物,比如說從分子層面到有機層面,從結(jié)構(gòu)層面到過程層面;會有一些跨學(xué)科概念,包括物理結(jié)構(gòu)、功能。在我生活的州有一種楓樹,春天的時候這種樹的種子像羽毛和翅膀一樣,這種樹是翅果樹。我們討論它們是如何播種的,它們在空中怎樣飛行。我會讓學(xué)生觀察這些現(xiàn)象,有時候會帶學(xué)生到野外去。

        第二是學(xué)生想知道的東西。

        第三是希望學(xué)生學(xué)習(xí)的東西。學(xué)生觀察之后,我會向他們提問:你看到了什么?觀察到了什么?根據(jù)你觀察的東西你想知道什么?你的問題是什么?可以說這是《新一代科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)》當(dāng)中的核心。我會問學(xué)生:你能夠解釋一下你為什么這樣分析嗎?原因是什么?用紙片和回形針,你如何使用這些材料模仿出翅果的飛行過程?

        第四,對這個模型的運作方式如何解釋。我讓學(xué)生建立一個種子模型,但是很多學(xué)生不能夠解釋這個種子模型到底如何運作。在這種情況下,我們可以用紙片和回形針模仿出楓樹種子飛行的過程。我給小學(xué)生做了這個實驗,很多人特別喜歡。學(xué)生會觀察,他們也許會扔四五次,有一些人的紙模型飛行路徑和方法有一些不同,學(xué)生之間會相互問,他們會建立模型,收集數(shù)據(jù),進行分析。他們建立模型,對飛行過程進行相應(yīng)的解釋,這是非常直觀的一個課程設(shè)計過程。

        我建議大家可以到NSTA官網(wǎng),那里有專門對《新一代科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)》課程的指導(dǎo),你們可以了解更多詳細(xì)信息。

        確保有高質(zhì)量的教師,能夠教授自己擅長的課程

        并不是所有美國小學(xué)教師都有很好的專業(yè)技能和知識儲備,所以在這方面還要努力。我們認(rèn)為有幾個重要的點是STEM教師必須具備的:教授知識;了解如何學(xué)習(xí);教學(xué)法方面的內(nèi)容知識;合作。

        教授知識。無需贅言。

        學(xué)生是如何學(xué)習(xí)的,過程如何。首先,很多時候教師過分注重教學(xué)內(nèi)容,而不注重學(xué)生學(xué)習(xí)的過程。學(xué)生的背景很多元,學(xué)習(xí)過程當(dāng)中他們會代入自己的知識,要解決學(xué)生先入為主的觀點,否則就無法教授正確的學(xué)習(xí)方法。第二,動手學(xué)習(xí)科學(xué)。要了解到這不僅僅是課本上的理論、公式,同時教育學(xué)生要有創(chuàng)造性,實現(xiàn)成果并不是只有一種方法。第三,認(rèn)知。如何教授學(xué)生了解他們已經(jīng)了解的知識是什么,如何在教室之外評價他們的技能,他們?nèi)绻呀?jīng)有初步知識和技能可以利用起來進一步幫助他們學(xué)習(xí)。

        教學(xué)法內(nèi)容知識。如果有教師是上世紀(jì)90年代畢業(yè)的,可能對于3個維度的學(xué)習(xí)這些理論一無所知,我們就需要教授這些教師3個維度的教學(xué)方法。其中一種幫助他們的方法,就是讓他們了解一些教學(xué)策略,包括1990年誕生的學(xué)習(xí)周期方法,這其中包括引入、探究、解釋、拓展、評價。我讓學(xué)生參與進來,通過向?qū)W生展示視頻和將他們帶到野外探索,他們就會產(chǎn)生問題?;趩栴}讓學(xué)生進行下一步探究,學(xué)生收集數(shù)據(jù)以后向我解釋他們收集的數(shù)據(jù)意味著什么。然后進行拓展,進行展示。拓展需要進一步學(xué)習(xí)、研究、觀察,最后作出對于學(xué)生研究和學(xué)習(xí)的反饋,給他們指出方向??梢宰寣W(xué)生觀察學(xué)區(qū)和校園當(dāng)中有什么現(xiàn)象,讓他們觀察并參與問題的解決。

        合作。一個真正的好教師,不應(yīng)該僅僅只聚焦自己教授的科目,而是要和其他學(xué)科教師,以及社區(qū)的領(lǐng)袖和家長進行合作溝通。

        最后,我希望有3點能幫助大家有所收獲。第一,執(zhí)行3個維度的學(xué)習(xí)。第二,設(shè)計教師的職業(yè)發(fā)展,滿足科學(xué)教師的需求。第三,尋找合作伙伴,找到校園之內(nèi)和社區(qū)當(dāng)中的伙伴,比如父母或者企業(yè)。

        根據(jù)大家所了解到的東西,我相信大家也學(xué)習(xí)到了一些東西,我們需要思考幾個問題:

        你將會停止做什么事情?

        你將會繼續(xù)做什么事情?

        你將會開始做什么事情?

        聽過這個演講后,相信大家會有所想法,知道開始做什么事情,要讓學(xué)生盡量參與,盡量對科學(xué)感興趣,讓他們成為未來的科學(xué)家、工程師,讓他們在工作人群當(dāng)中有較高的理工科素養(yǎng)。endprint

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