STEM教育的可持续发展之道已从开始重视或集中于
来源:尸体网 发表于2019-04-16 04:47:40 编辑:黄子韬
摘要: 时至今日,STEM教育已从开端注重或集中于高等教育,逐渐延伸至中小学乃至幼儿园,从面向进步国家竞争力的人才培育演变为学习办法的革新。从表面上看

 

STEM教育的可持续发展之道已从开始重视或集中于高等教育

 

STEM教育的可持续发展之道已从开始重视或集中于高等教育

时至今日,STEM教育已从开端注重或集中于高等教育,逐渐延伸至中小学乃至幼儿园,从面向进步国家竞争力的人才培育演变为学习办法的革新。从表面上看,人人都在谈STEM教育,像是找到了一把翻开教育改革之门的金钥匙。作为STEM教育的推进者和实践者,咱们需求在“STEM教育热”中坚持冷思考,对STEM教育有清醒的知道。为此,本文从STEM教育的方针定位和施行办法两个维度动身,讨论STEM教育的可持续展开之道。

STEM教育的两种取向依据学生在STEM教育中的学习作用能够得到两个分类维度,分别是外显的物化作用和内化的常识内容。从这两个分类维度动身,咱们能够区分出两种不同取向的STEM教育(如图1),即著作开发取向的STEM教育(以构成物化作用为方针)和科学探求取向的STEM教育(以取得多元常识为方针)。

no.1著作开发取向的STEM教育

从物化作用的分类看,作为一种立异教育渠道,学生能够在STEM教育中规划和开宣布能够处理实际问题的智能人造物。这一规划和开发进程与咱们所了解的程序规划不同,它常常需求触及科学、技能、工程和数学等多学科常识的归纳运用。这一分类下的STEM教育着重著作开发取向,以构成物化作用(如3D打印著作、建立的机器人等)为方针,以项目式学习(PBL)为首要学习办法,并在造物的进程中深化学习。

著作开发取向的STEM教育通常以一个项目为依托,注重学生运用计算机等相关设备、程序以及其他技能性资源(如开源软硬件)生成物化学习作用。这一取向的STEM教育在实质上等同于创客教育,二者都以培育学生的实践立异才干为方针,以项目教育法为首要教育办法,着重可视化作用的生成。能够说,作为一种依据实在情境的、以技能性资源(如开源软硬件)为渠道的造物活动,创客教育具有先天的学科整合优势,是展开STEM教育的重要途径。

值得注意的是,囿于不成熟、不完善的专业常识,中小学生很难构成颠覆性或原发性的物化作用。因而,关于著作开发取向的STEM教育而言,将学生实践立异才干的培育定位在微立异更具现实意义,即学生在了解原有产品、规矩或效劳的基础上,对原有产品做一些有意义的改动或调整,但并没有从根本上改动原有的规划。在STEM教育的实践傍边,微立异能够体现出不同的水平层级。

首要,微立异的起点应当从学会“拷贝”开端,即学生能够运用新的东西、办法、资料仿照或再现出产日子中既有科技产品的功用或作业进程;到了微立异的下一个阶段,学生能够对已有产品进行要素或参数上的微调,开端立异思想的引领和新创意的萌发;在微立异的终究一个阶段,学生需求具有必定的跨学科整合才干,能够对原有产品、规矩或效劳做一些结构上的再规划。

但是,当时的STEM教育大多偏重仿照或仿照,导致学生著作相同、缺少特性和创造性。STEM教育要走向更高水平的微立异,一方面,教师需求精确点评学生著作的微立异水平;另一方面,教师需求依据微立异的不同水平对学生进行有针对性的引导。

no.2科学探求取向的STEM教育

从常识内容的分类看,STEM教育作为一种工程教育自身便是多学科归纳穿插的产品,学生在承受教育的进程中天然能够取得多个类别的科学常识,促进其科学探求才干的进步。由此可见,这一分类下的STEM教育相当于一种科学探求的载体或渠道,着重科学探求取向,以取得多元常识(如调查报告、处理计划等)为方针,以探求式学习为首要学习办法,并在科学探求的进程中深化学习。

科学探求取向的STEM教育最重要的活动在于建构科学模型,以解说和猜测天然现象。科学建模是指针对天然现象笼统出其首要特征,依据科学直觉建构其联系、结构等概念模型,并用科学言语进行表征。以STEM教育的理念辅导科学探求活动的规划和施行不只适切,且极有必要,这是因为:从教育内容的视点看,STEM教育注重对科学常识的解说、科学探求的实践及与工程规划的结合,其方针是整合各范畴常识处理实在国际中的实际问题;从教育办法的视点看,STEM教育着重工程与技能素质需经过“做中学”来完结。因而,将STEM教育作为科学探求的渠道,展开科学探求活动,将成为STEM教育的一个重要展开方向。

一起,科学探求取向的STEM教育具有更为重要的教育价值。研讨标明,STEM教育能够进步学生的创造力、批判性思想才干、问题处理才干、做出决议计划的才干、沟通交流才干、团队协作才干和自信心,而这些才干是进行科学探求活动的重要组成部分。科学探求取向的STEM教育具有培育学生把握跨学科常识和科学探求才干的两层功用,对丰厚和扩展STEM教育的价值以及进一步推进STEM教育的展开均有重要意义。

当时,科学探求取向的STEM教育在国内的实践中尚处于起步阶段,归于STEM教育的前沿展开方向之一,活跃测验科学探求取向的STEM教育,将成为STEM教师专业展开的一个重要方面。

STEM教育的四种办法从实践层面看,因为两种不同取向的STEM教育在方针定位上存在较大差异,选用“一刀切”的办法展开STEM教育很难取得抱负的作用。鉴于此,依据STEM教育的不同取向规划具有针对性的施行办法就显得尤为必要。为此,本文首要将STEM教育的施行办法依照正向教育形式与逆向教育形式这一维度进行分类。

关于正向教育形式而言,两种最具代表性的办法是正向项目教育和科学探求,这两种办法着重学生从零(问题或需求)动身,在处理跨学科问题的进程中体会STEM教育。在逆向教育形式中,两种最典型的办法是逆向工程(reverse engineering)教育和纠错(troubleshooting)教育。逆向教育形式着重学生从运用或测验(已有著作或半成品)开端,倒推产品的规划办法,然后从头规划或恢复一件著作。

除此之外,咱们还能够依据著作开发取向与科学探求取向这一维度对STEM教育的施行办法做进一步区分。例如,正向项目教育和逆向工程教育都归于典型的著作开发取向,偏重物化作用的发生,引导学生在开发物化作用的进程中深化学习;在与著作开发取向相对的科学探求取向中,典型的施行办法有科学探求和纠错教育,这类办法偏重常识性作用的生成,着重学生在实在问题情境中展开动手做、做中学的探求式学习。终究,对上述两个维度穿插整合后,能够构成STEM教育的四种办法(如图2),即正向项目教育、逆向工程教育、纠错教育以及科学探求。

no.1依据正向项目教育的STEM教育

现在,在STEM教育中广泛选用的项目教育实质上是一种正向项目教育,着重以项目活动为依托安排教育内容,以学生为主体展开教育活动,以可视化和多样化的学习作用点评学生的学习作用。其施行进程一般可区分为五个阶段:需求剖析、可选计划剖析、具体计划剖析、体系完结与测验、著作包装与共享,根本体现了“产品规划—产品出产—消费运用”的一般进程。

正向项目教育之所以在STEM教育中如此盛行,其间一个重要原因就在于,正向项目教育能够将日子中的实际问题或需求整组成一个跨学科的项目,以学生为中心,让学生经过逐渐的规划、制造、点评等作业,从零开端完结一件项目著作的开发。正向项目教育的一个最大的问题是,它需求学生从零开端完结一个完好的项目,在时刻耗费和才干要求上均有较高要求。

no.2依据逆向工程教育的STEM教育

逆向工程,又称反求工程或反向工程,是以造物为意图,以先进产品的什物、样件、软件等作为研讨方针,运用现代规划理论、办法、丈量技能,对已有产品进行建模、仿真,终究完结优化既有产品和再创造的进程。它的施行进程一般分五个阶段:著作运用与工程剖析、著作分化与恢复、再规划与微立异、原型制造或产品再造、比较点评与反思。

在这个进程中,著作分化与恢复是要害的进程,需求引导学生学会调查、丈量和记载。只要这样才干有用恢复著作,并深化了解著作的制造进程和内涵原理。拆解和拆分是儿童的天分,特别体现在其对家庭玩具的“破坏性”拆解上,许多儿童因未得到正确的办法辅导,导致玩具无法恢复而被丢掉。惋惜的是,儿童的这种与生俱来的喜好又被扫除在惯例教育之外。

此外,逆向工程不只是单纯的拷贝,再规划与微立异也是重要一环,以便让学生在“知道原型→再现原型→逾越原型”的进程中深化学习。逆向工程教育在现阶段大学机械工程类课程中有着广泛的运用,并取得了相对明显的教育作用,但就中小学STEM教育而言,逆向工程教育没有取得注重和广泛实践。

no.3依据纠错教育的STEM教育

纠错在教育中触及两个不同层面的运用:一是指在工程教育中,学生从工程规划师的视点不断修正和调整自己规划的著作,以契合预期的方针;二是指教师人为地规划纠错使命,或是供给业已用坏或损坏的残损著作,让学生承受体系的纠错使命练习,发现毛病发生的本源,恢复著作的功用。

作为一种教育办法,纠错教育一般指的是第二个层面的运用,其施行进程大体能够分为四个阶段:玩与调查、剖析或许的原因、确认纠错的起点、纠错与测验。与逆向工程教育办法比较,两者都是从现成著作或产品的运用、调查下手,不同的是,纠错教育并不需求规划制造一件新的著作,而是聚集于已有著作中科学问题的发现与处理,其要害环节在于“假定—测验”的“试误”进程,有时乃至需求阅历屡次的迭代。

从这个意义上说,纠错教育实质上与科学探求的进程有高度一致性。STEM教育作为一种手脑并用的工程教育,对学生纠错才干的培育不容忽视,能够说,纠错是工程规划中必不可少的一个重要环节,是天然发生的。但是,同逆向工程教育相似,纠错教育在当时中小学STEM教育中的运用仍处于起步阶段,迫切需求谨慎的实证研讨,以讨论如安在STEM教育中展开纠错教育。

no.4依据科学探求的STEM教育

科学探求着重以科学问题为导向,以STEM教育理论辅导科学探求活动的规划与施行,以培育学生把握跨学科常识和科学探求才干为方针。其教育进程一般为,从日子中的科学问题动身,制定科学探求计划,展开科学探求实践并搜集数据,运用程序规划或其他数据计算软件剖析数据,使学生在习得跨学科常识、科学的思想进程与办法的一起,进步学生的科学探求才干。

展开依据科学探求的STEM教育对教师而言无疑是一项艰巨的使命,教师不只需求具有STEM教育理念和厚实的科学素质,还需在必要时寻求其他学科教师的支撑和合作。

别的,在规划科学探求主题时,有必要考虑所触及的科学常识与相关学科教育进度的照应,不宜超前探求,且最好能在既有学科常识的基础上经过探求活动拓宽其知道,或生宣布新的探求问题。

结合上述剖析,本文进一步用图3出现了STEM教育四种办法的施行进程和适用取向。总的来说,就STEM教育的展开而言,这四种办法在实践中均有重要的运用价值。不过,逆向工程教育和纠错教育在当时中小学STEM教育中的运用少之又少,归于STEM教育展开的前沿方向之一。

更为重要的是,就STEM教育的工程教育实质而言,着重从既有产品下手进行再规划的逆向工程教育和着重在纠错中练习问题处理才干的纠错教育更适合培育中小学生的微立异才干,活跃测验这两种办法将成为进步教师STEM教育才干的一个重要方面。

本文从STEM教育的方针定位动身,讨论了STEM教育的两种取向,并从正向与逆向、著作开发取向与科学探求取向两个维度穿插整合构成了STEM教育的四种办法。虽然STEM教育的每一种取向和办法均有其存在价值和适用范围,但就当时STEM教育的现状而言,方针定位含糊、施行办法单一等问题仍旧杰出。咱们期望本研讨能够为丰厚STEM教育的价值和推进STEM教育的健康展开供给新的指引,欢迎一线教师和研讨者就STEM教育的两种取向和四种办法展开活跃的测验和进一步的探究。(夏莉颖系南京师范大学教育科学学院硕士研讨生;钟柏昌系南京师范大学教育科学学院教授、博士生导师)

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