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《基于STEM教育的综合实践活动课设计》

本文是实践活动有关论文范文资料与STEM教育和活动课和实践有关论文范文资料。

蒋春利1,罗冬梅2,蒋霞2,孙丽3

(1.淮安小学；2.淮阴师范学院教育科学学院；3.淮阴师范学院第一附属小学,江苏淮安 223300)

摘要：在知识经济快速发展的时代下,国家对于人才提出了更高的要求.综合实践活动课受到了高度重视,旨在培养学生综合素养,与STEM教育理念不谋而合.对STEM教育、综合实践活动课和两者结合的必要性方面进行阐述,并对基于STEM教育理念下的综合实践活动课程设计的具体实例进行设计分析.

关键词：STEM教育；综合实践活动课；创新能力

中图分类号：G434文献标识码：A文章编号：1672-7800（2018）10-0056-03

收稿日期：2018-04-13

基金项目：大学生创新创业训练计划项目（201710323012Z）

作者简介：蒋春利（1994-）,女,淮安小学教师,研究方向为小学信息技术；罗冬梅（1978-）,女,淮阴师范学院教育科学学院副教授,研究方向为教育信息化；蒋霞（1978-）,女,淮阴师范学院教育科学学院副教授,研究方向为

教育信息化；孙丽（1976-）,女,淮阴师范学院第一附属小学教师,研究方向为教育信息化.

21世纪是经济全球化的世纪,是科学技术突飞猛进的世纪,是以知识经济为主流,强调东西文化融合,科学精神与人文精神交融的世纪,国家就需要大批具有较强的综合开发和实践应用能力的人才.在这样的时代背景下,传统教育的弊端日趋可见.传统教育采用分科教学,毋庸置疑,这种教学有利于教师主导作用发挥,有利于知识的系统讲授,便于学生吸收理解且投资成本低,较经济；但是,传统的“满堂灌”或“填鸭式”教学使得学生处于被动的接受学习,极大程度上限制了学生的主观能动性,与此同时分科式教学造成了学科之间彼此分离,缺乏联系,不利于培养国家所需要的全面发展型人才［1］.近年来,出现的STEM教育受到了广大学者专家的青睐,STEM是科学（Science）、技术（Technology）、工程（Engineering）和数学（Mathematics）四门学科英文字母的缩写.STEM教育强调跨学科知识融合,使用多学科知识和思维解决生活问题,注重培养学生的创新能力和问题解决能力,顺应了时展的潮流.而综合实践活动课是从学生的生活和发展需要出发,发现问题,将其转化为活动主题,通过探究、服务、制作、体验等方式解决问题,是培养学生综合素质的跨学科实践性课程,所以综合实践活动课与STEM教育在性质和目标等方面不谋而合.此文章基于STEM教育的综合实践活动课－“智能家”设计实例,希望能对未来教育工作者设计与建设相关STEM课程和综合实践活动课有所帮助.

1研究背景

1.1STEM教育内涵

STEM教育是科学、技术、工程和数学四门学科融合的跨学科教育,内涵是由美国科学委员会在20世纪80年代联合科学家、技术家、工程师和数学家共同提出的［1］.STEM教育是STEM在教育中的应用,倡导跨学科融合,主张利用多学科知识解决真实生活中的问题,注重培养学生的问题解决能力和创新能力,立足培养出国家所需要的复合型创新人才.STEM教育还是一个多学科融合的有机整体,教育的核心价值体现在保留了各个学科的特点,彼此交叉相容,相互递进,相互影响,实现学生综合能力的提升,特别是创新能力和动手实践能力,与此同时还能促进学科的协调发展［2］.STEM教育的最终目标是培养学生的STEM素养［3］,STEM素养是指科学素养、技术素养、工程素养和数学素养.

1.2STEM教育国内外发展现状

STEM教育来源于以美国为主的发达国家.1975年,Hurd就提出学科融合的思想,随后美国基金会就将“科学、技术、工程、数学”四门学科融合称为STEM教育,旨在以问题解决为驱动和（以）学科综合理念来培养学生的STEM素养.当STEM教育理念真正用到实际教学中时,效果并非想象中的那么完美,作品缺乏一定的艺术美,随即美国学者Georgette Yakman就在原有的STEM教育中融入了“Art”即艺术发展为“STEAM”教育,扩展了学科范围,不久后颁布诸多法案,加大对STEM教育投资.到21世纪时,美国新任总统奥巴马主张“教育促创新”计划,继续推进STEM教育发展,并签署《2015年STEM教育预算》,明确STEM教育对于国家发展的重要性.随着发展的全球化,STEM教育被引入到各个发展中国家.早年间我国学者钱学森就提出“大成教育”,认为我国的初等教育和高等教育将不能满足我国大踏步前进所需要的人力资源.到21世纪时,为了实现中国梦,李克强总理提出“大众创业,万众创新”,落实教育必须为社会主义现代化建设服务,必须与生产劳动相结合,培养德智体美等全方面发展的社会主义建设者和接班人的教育方针.并在2017年颁布《教育信息化“十三五”规划》,标志着我国正式踏入STEM教育改革队伍中［4］.STEM教育虽是外来物,但是作为一种新型教育形态,注重培养学生动手实践能力和创新能力,从小养成独立思考、追求新知、敢于创新、敢于实践的习惯,可见STEM教育对中国未来教育发展具有重要意义.

1.3综合实践活动课

综合实践活动课的提出与我国20世纪90年代教育改革有关,九年义务教育的提出,将课程按照固有属性分为学科课程和活动课程.学科课程主要是单一的课程,如语文、数学、外语等,而活动课程融合了多学科知识,即学生利用已有的知识参与活动过程中获得新的知识经验.这一定程度上,冲击了赫尔巴特的“旧三中心”论——“教师、知识、课堂”.2017年9月25日,教育部印发《中小学综合实践活动课程指导纲要》的通知中明确提出,综合实践活动是国家义务教育和普通高中课程方案规定的必修课程,与学科课程并列,这是我国教育发展的一大进步.

综合实践活动课内容包括研究性学习、社区服务与社会实践、劳动技术以及信息技术教育.所谓研究性学习是指从实际生活中选取学生感兴趣的主题,在教师指导下进行探究的学习活动；社区服务与社会实践是学生以社会成员的身份直接参加的社会义务活动与服务；劳动技术教育是学生通过动手实践获取直接经验和技能；最后的信息技术教育是顺应时代潮流,立足培养学生的信息处理能力和解决问题的能力.

综合实践活动课开设从实践生活出发,即学生在教师指导下,基于学生的自身经验和生活实际自主探究.综合实践活动课是综合运用知识的探究活动.通过探究、服务、制作、体验等方式开展,满足学生的成长需求,面向学生的生活世界,转变学生的生活方式,目标是利用各学科的综合知识培养学生的综合素质,特别是社会责任感、创新精神和实践能力.此外,综合实践活动课也是跨学科实践性必修课程［5］.

2课程开设的必要性

2.1综合实践建活动课采用STEM教育理念的原因

STEM教育和综合实践活动课作为时展的新事物,都是为了培养我国时展所需的创新人才.两者同时将创新意识培养和实践能力提升放在重中之重,既然最后目的相同,那么我们可以结合两者之间的特点,将理念应用于实践教学中.在所有的课程中,大多是学科教学,采用的是单一的学科模式,这与STEM教育中强调多学科融合观念不符.纵观课程表中,只有STEM教育融入综合实践活动课中才最能体现它本身的价值.综合实践活动课是义务教育阶段和普通高中的必修课,在实施中引导学生主动应用各学科知识解决实际问题.本文研究的基于STEM教育的综合实践活动课就是融合多学科知识解决学生生活问题,教学过程中给予学生充分发挥想象的空间,将直接经验应用于生活,在获得间接经验的同时,发挥个性创造,提高实践能力,最终实现综合实力全面提升,满足国家人才所需,提升我国综合实力,使我国处于世界领先地位.

2.2基于STEM教育的综合实践活动课开设的必要性

在21世纪社会信息化和经济全球化的时代背景下,无论从哪方面来说,知识经济已经成为世界经济实力竞争的一种代表性表现形式,同时为了满足国家对德智体美等全方面发展的创新型人才的需求,全面建设小康社会,教育事业都具有不可推卸的责任,教育改革成为必然趋势,需要摆脱精英式教育模式,使教育真正的为每一位学生服务,对每一位学生负责.

教育越来越注重实践和创新,除了关注学生的认知,还应考虑到学生的个性发展,如情感、态度、价值观等,发掘学生学习的主动性,给学生自由发挥的空间.基于STEM教育的综合实践活动课在这方面起着重要的作用.将STEM

教育主张多学科融合的教学理念运用到综合实践活动课实际教学中,切实转变了学生的学习方式,有效调动了学生学习的积极性和主动性,彰显学生个性,提高学生综合能力,培养当今中国学生所欠缺的实践能力、创新精神、合作意识、社会公德、坚毅品质、正确的人生观与价值观等等,为学生长远发展、个性发展服务,扩大学生视野,走进学生的实际生活.利用多学科知识解决实际问题,活学活用,将知识经验运用到生活实践,将综合实践活动运用到教学中.开展综合实践活动课,融入STEM教学理念,面向学生生活,获得丰富的实践经验,以培养学生的综合素质为导向,发展核心素养,特别是社会责任感、创新精神和实践能力,适应21世纪发展潮流.

３设计实例——智能家

学科知识融合理念指导下,综合实践活动课的实施过程得到了全方位的提升,即从单学科知识教育转变为用多学科知识,并采用富有创新的方法来解决生活实际问题.针对STEM教育理念下的综合实践活动课的性质和优势,采用学生亲历实践性的学习过程,以使学生获得积极的体验和丰富经验,养成主动探究的习惯,形成问题意识,课程以发展探究能力和创新精神为终目标,具体设计流程如图1所示.

图1所示的综合和实践活动课设计流程的建议模型,其中融入STEM和教师的素养,整个过程以学生为中心,学生由被动变主动,注重培养学生的动手实践能力.该综合实践活动课程设计解释如下：①确定活动主题是课程开展的前提,选题要贴近学生生活,考虑学生已有的知识水平,贴近生活的同时又具有挑战性,有助于增强学习动机；②确定活动目标是活动进行的方向,根据主题来确定目标,并结合STEM多学科融合的教育理念,体现创新精神；③活动实践与设计制作,在此过程之前学生需要研究分析教师提出的问题,做好充分的准备,通过调查研究和一系列活动来解决问题,最后小组合作设计并动手制作作品,过程中教师作为指导者,帮助学生运用多学科知识更好更快的完成作品的设计与制作；④测试与优化,学生通过测试完善作品,教师评价学生展示的作品,评价学生的表现,反思自己的教学是否有不足,发挥学生创造性的同时还能构建良好的师生关系,师生共同进步；⑤拓展应用是课程的延伸,重在形成学生的主动探索和创新意识.

以下是基于STEM教育的综合实践活动课设计实例——智能家.

3.1课程主题

课程选择生活中常见的“智能家”为活动主题.随着科技的进步,生活中出现了自动化控制的智能灯,方便人们出行的同时还节省了能源.目前智能灯的使用还不是特别广泛,需要关注和提倡使用.学生对智能灯的认识仅停留在使用上,因此会对本节课有浓厚的兴趣,在好奇心的驱使下会使得学生很快融入教学过程；另一方面,在小学阶段对于立体空间的知识虽然有所涉及,如数学中的立方体,美术课中的盒子应用等,这些立体空间的建构其实依靠外在现成的物品来完成,因此学生缺乏实践检验,只是停留在平面.在建构学中空间的建立是依靠材料的结构组成,所以搭建一个结构可以获得直观经验.此课程主要适用于小学低年级学生,课程持续3-5h,以3-4人为一组,方便组织教学.

3.2课程目标

通过探究智能灯的原理和制作带智能灯的家,激发学生探索生活奥秘的积极性；利用相关技术和工具,将多学科知识运用到整个活动过程中,设计并制作出带智能灯的房子；主要采用小组合作探究方式组织教学,培养学生的交流能力、动手能力、创新能力和自立探究能力.

3.3需要掌握的STEM知识

（1）科学.知道房屋的屋顶由结构组成；在所有结构中三角形最稳定；知道常见传感器作用；

（2）技术.学会正确拼装电路；学会使用传感器控制灯的开关；学会使用合适的工具和材料,设计和制作带智能灯的房子；

（3）工程.学会将不同材料制作的物品拼装在一起；学会设计和制作带智能灯的房子；

（4）数学.认识形状；知道三角形的稳定性；认识立体空间；知道利用三角形拼搭结构.

3.4过程

3.4.1问题与聚焦

教师和学生之间进行简单自然地交流谈话.围绕生活中有哪些常见的智能灯这一话题,引导学生说出这些灯和自己家里的灯的不同,激发学生好奇心,积极探索智能灯的奥秘：为什么这些灯可以不用开关就能自己打开或者关闭？

3.4.2调查分析

根据导入确定的问题,教师将进行两个调查,分别是我家的灯和生活中的智能灯.

（1）我家的灯.调查内容主要有：灯的数量和安装位置、灯的种类及其对应名字、记录家中最常用的灯名称和特点、记录具有特殊功能的灯.这个调查可以通过小组交流、查阅资料等方式进行,并填写调查记录单.

（2）生活中的智能灯.小组成员回忆自己在生活中见到的智能灯,分别记录用在什么场合,具有什么样的独特形状和功能,并在网上搜索出智能灯准确名称.

通过以上的调查,学生会更加深入的了解普通灯和智能灯的不同,意识到智能灯对我们日常生活的意义.教师就直接向学生提出问题：如何制作一个智能灯呢？

3.4.3活动体验

本阶段是制作智能灯,包含3个活动：制作简单的灯、带开关的灯和智能灯.

（1）制作简单的灯.最简单的灯就是不需要任何控制设备,简单来说就是有电源就会亮,断开电源就会熄灭.这个过程教师直接播放事先录制好的操作视频,学生观看之后确定需要的三种材料,分别是直流电源、9V电源（包括电池扣）、白色发光管.教师需要详细讲解一下学生不熟悉的材料（特别是9V电源）,帮助学生理解.通过观看事先录制好的操作视频,学生自己将电源、直流电源和发光管依次相连,最后测试.在制作过程中,教师为小组成员提供指导,确保每一个小组都能完成制作.

（2）带开关的灯.教师提示学生：我们家中的灯都是带开关的,而我们刚刚制作出来的灯没有开关控制用起来很不方便,所以我们可以在里面加入开关.教师直接向学生展示一个开关——轻触按钮,将轻触按钮放在电源和发光管之间,测试一下开关是否可以控制灯.学生完成操作之后说出什么时候发光管会亮,什么时候会灭,教师结合学生表现给予指导,并与学生分析发光管不亮的各种原因.

（3）智能灯.现在学生制作的灯已经可以用开关来控制了,接下来就要引导学生制作具有不同功能的灯了.播放不同智能灯的开关视频,学生会发现自己做好的灯和智能灯所用材料的唯一不同就是开关换成了另一种材料,教师告诉学生这是传感器,是一种检测装置,通过不同的传感器就可以感受外界不同信息,控制灯的开关.学生会根据老师提示,组装出心中的一款智能灯.

展示学生作品结合不同功能的智能灯介绍传感器种类,如声控触发、光敏感应、红外反射等.

3.4.4设计与制作

教师引用著名作家巴金《灯》的一个小片段,启发如何让家里的普通灯变成我们心中想要的智能灯.学生首先需要设计一个房子,画出房子的简单模型,接下来就是制作.在制作过程中,第一步就是选择鞋盒,学生根据自己的设计利用纸板将鞋盒分成单个房间；接下来就是楼梯制作,学生自己利用有一点硬度的卡纸通过山折或者谷折等方式,折出楼梯的台阶,将其粘贴到相应位置；屋顶对于房子来说十分重要,它可以防御自然界的风、雨、雪、太阳辐射等,同时还反映建筑物的设计之美.考虑到房子的稳定性和外观美,学生利用电线缠绕出三角形来作为房子的屋顶；将之前做好的智能灯安装在房子的合适位置；对房子外观进行美化.

3.5测试与优化

教师对制作过程给予实时指导,记录学生出现的实际问题,如智能灯不亮、房子不稳定等问题.老师和学生之间展开探讨,利用相关技术解决问题,也可以借此机会针对具体的问题激发学生进行深层次的思考.

3.6展示与评价

组织一场展示秀,向其他学生介绍自己制作思路及作品,注意讲解和实物一致.

组织学习评价,通过师生间、生生间进行评价,回顾整个教学过程,评价学生表现、教师组织和问题解决方法等.

3.7拓展与应用

除了目前生活中已有的智能灯外,还能设计出哪些智能灯、安装在哪里？学生表达自己的创意.教师布置课外作业,可以自己回家动手将自己的创意做出来,安装在房子里,同时对课堂内没有完成的智能家进一步完善,让我们制作的智能家变得更加温馨,如果遇到问题可以通过、微信等网络平台进行在线交流.

4结语

STEM教育是推翻传统教学的新范式,提倡学科融合、教育与生活联系,具有广阔的发展前景.综合实践活动课面向学生的生活,符合信息时代和知识社会潮流,将STEM教育思想融入综合实践活动课,摆脱传统教育的桎梏,通过STEM教育和必修课程相结合,实现知识内化,发展核心素养.旨在培养学生全面发展,并吸引更多研究者关注教育发展.

参考文献：

［1］秦瑾若,傅钢善.STEM教育：基于真实问题情境的跨学科式教育［J］.中国电化教育,2017(4):67-74.

［2］傅骞,刘鹏飞. 从验证到创造——中小学STEM教育应用模式研究［J］.中国电化教育,2016(4):71-78.

［3］.教育信息化“十三五”规划［EB/OL］.http://www.moe.edu.cn/srcsite/A16/s3342/201606/t20160622_269367.html.

［4］.中小学综合实践啊活动课指导纲要［EB/OL］.http://www.moe.gov.cn/srcsite/A26/s8001/201710/t20171017_316616.html.

（编辑：李飒）

实践活动论文参考资料：