《物理教师》2017年第38卷第4期:物理课程融入SETM教育理念的研究与实践

Derek 1213 0

《物理教师》 2017年第38卷第4期

物理课程融入STEM教育理念的研究与实践

谢 丽1,2 李春密2

(1.长江大学物理与光电工程学院,湖北 荆州434023;2.北京师范大学物理学系,北京 100875)

摘 要:发展STEM课程是推动和落实STEM(S科学、T技术、E工程和M数学)教育 的 关 键,亦是学校课程改革的重点.文章通过回顾和分析,构建了STEM 教育的情境整合模式框架,指 出6E 设计型学习模式是物理课程融入STEM 教育理念的适切形式,并以“过山车制作”项目为例,给出了具体的课程设计案例.

关键词:物理课程;STEM 教育;6E设计型学习模式;课程设计

STEM (Science,Technology,Engineering,Mathematics)概 念 最 早 由 美 国 国 家 科 学 基 金 会(NationalScienceFoundation,NSF)于90年代提出.这四个相互独立又相互关联的学科是科技的基础,是高素质创新性人才所必备的核心技能,被认为是社会 和 经 济 发 展 的 根 本 动 力,是 增 强 一 个国家竞争力的重要手段.在21世纪经济全球化的背景下,世界各国之间的竞争日益激烈,这种竞争归根到底是 教 育 和 人 才 的 竞 争.为了在竞争中获得优势,越来越多的国家投入到 STEM 教育 的 改革浪潮中,以提升本国人力资本的STEM 素养.

参照 PISA(OECD,2006)的科 学 框 架,拜 比(Bybee,2010)在其研究中从4个方面对STEM 素养进行了描述:[1]

(1)获取科学、技术、工程和数学知识,运用这些知识发现 问 题,掌握新知以及运用所学知识解决TEM 相关的问题.

(2)了解 STEM 在人 们 从 事 调 查、设 计 和 分析等活动时的学科特征.

(3)认识 到 STEM 学科 对 物 质、知 识 和 文 化世界的塑造.

(4)参与和从事STEM 的相关议题,成为关注科学、技术、工程和数学的、富有竞争力的劳动者.当前,我国正 处 于 STEM 教育改革的起步阶段,发展 STEM 课程 是 落 实 STEM 教育,培 养 学

生STEM 素 养 的 关 键.然 而,一直以来我国与STEM 相关的学科都是分科教学,所以 STEM 课程的设计应以原有的科学技术课程为载体,融 入STEM 教育理念.本研究以物理学科为研究对象,在吸取和借 鉴 他 国 经 验 的 基 础 上,尝 试 探 寻 基 于STEM 教育的物理课程教学设计模式.


6E设计型学习模式


阶段内涵学生活动教师活动
参与(Engage)激发学生的兴趣和动机,提示他们的学习参与度。明确课程的学习目标,回顾相关的概念,确认所知道、要知道和想学习的内容。预告课程内容,让学生对后续课程有初始概念,通过提问引入学生将已有的知识和经验与当前的任务建立连接,阐述和指导工程设计过程,评估学生的理解程度和设计水平。
探索(Explore)

为学生提供构建自我知识 体 系、理解分析和动手操作的机会,开展基于问题或项目 的 研究,建立学科之间的联系.

对概念进行概 括,参 与建 模 活 动,与小组一起

对给定的设计任务进行假设、检测、得出结论.

先介绍建模的概念,通 过 反 诘 法引导学生对问题进 行 深 入 地 思考,培 养 学 生 的批 判 性 思 维.然后 运 用 小 组 讨论、资料收集、大脑风暴等方式促进学生对学习内容和工程设计的理解.

解释(Explain)

给予学生反思、解释、修改和精细化所学知识的机会.

运用概念和原理详细解释自己的设计方案和制作过程.

向 学 生 介 绍 系统 化 概 念,重 述设 计 过 程,通 过诘 问 引 导 学 生进 行 交 流、讨论,更 正 迷 失 概念,促 使 学 生 将所 学 概 念 与 更广 泛 的 情 境相连.

工程(Engineer)

向学生提供将所学知识和技术应用到实践中的机 会,使 学生更加深入地了解问题的 核 心,此阶段包含装置的制作和测试.

应用设计的概 念、原 理和理论进行决 策,改 良设 计 方 案,进行装置的制作.

介 绍 设 计 的 概念,重 述 设 计 的程 序,向 学 生 提供 工 程 设 计 所需的 必 要 资 源,引 导 学 生 在 设计 和 探 究 中 学习,并 对 他 们 的制 作 过 程 进 行质量监控.

深化(Enrich)

让学生对所学知识进行深 度 探 索,通过工程概

念在复杂问题 中 的 应用,实 现 知识和技能的迁移.

讨 论 交 流后,将 原 来的设计方案进行延伸和拓 展,运 用到新的情境中,并 依 据讨 论 的 结果,再 次 进行 装 置 的制作.

提 出 新 问 题 或新 任 务,并 向 学生 提 供 新 应 用所 需 的 材 料 资源,引 导 学 生 更深入地学习.

评价(Evaluate)依据评价标准,教 师 和学生一起对学习的效果进行检测.根据给定的量规进行形成和总结性评 价,确 认自己是否达到学习目标.

在 各 阶 段 采 用形 成 性 评 价,向学 生 解 释 评 分说 明,提 供 反馈,同 时 利 用 测量 工 具 评 价 课程的成效.


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