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什么是STEM?这是迄今最全面的解读!     

什么是STEM?这是迄今最全面的解读!

作者:严文蕃(美国马萨诸塞大学波士顿分校终身教授)

来源:“实用教育技术”公众号

 

STEM是近年来世界上流行的教育概念,日前,中国也出台《小学科学课程标准》,对科学教育的重视首次从教育部的文件中细化展现出来,这被看做是政府层面首次定义中国版STEM教育。

但是由于实验室设备缺乏、师资缺乏、评价体系难确定等原因,STEM教育在中国落地难度很大,现有的部分STEM教育也存在教育理念误导、教学方式偏颇、课程设计拔苗助长等诸多问题。

美国的STEM教育由来已久,他们的STEM教育教育是怎么做的?在STEM教育中学生学习什么,学生如何学,老师如何教,完成学习之后怎么评价?

今日为你推荐一篇深度研究STEM教育的文章,美国马萨诸塞大学波士顿分校终身教授严文蕃在中国教育学会科创教育联盟成立大会上的主题演讲。

严教授从STEM学什么?如何学?怎么知道我们学到了?三个老话题出发,系统的介绍了如何做好STEM教育。

 

STEM教育中的“ST E M”是什么?

第一,在STEM教育中,S是科学教育,美国的科学课程在生物、化学、物理方面跟中国是一样的,唯一不同的是地球与空间课程,有的学校把它看成是环境科学,在科学的要求上各州也不尽相同。美国在2003年规定语文和数学是必考的,一直到2007年才把科学作为必考。

第二,T是技术教育,这是STEM教育的特色。技术也在不断的演变,在80年代所谓的技术是工业技术,现在“T”更多的是强调信息技术,强调计算机的运营。中国向美国学习STEM教育,最核心的、最需要花力气的还是在“T”上面。

第三,STEM教育最吸引人的地方,就是把“E”即工程教育直接引入中小学。以前工程教育是大学教育的专利品,但是在大学教育过程中发现工程教育的思维跟素质到大学再培养就太晚了,所以工程教育被引入到中小学。

在美国程教育能够挤进学校教学目标的体系也不是非常普遍,只有九个州把工程纳入科学教育标准中,但是STEM教育在中国发展的非常快。

是什么推动STEM教育发展呢?其实是科学教育,所以STEM更多的是讲科学教育。美国下一代的科学标准跟前一代最根本的核心区别就是工程。

第四,M即数学,是中国人最熟悉的,美国的数学就是算术,跟中国不一样的是美国高中就开始学微积分。数学是整个STEM教育的基础。

STEM教育在发展过程中已经出现了两个薄弱的环节:一个是科学,一个是数学不够。

 

STEM教育学什么?

对于中国来说,做STEM教育应该把重点放在两点上面:一个是技术,一个是工程。

STEM教育中,学生的兴趣是一切的根本,如果没有兴趣就没有学习,而这几门学科的兴趣很容易在孩子们很小的时候就被打消掉。中国的教育也是这样,如果只顾着考试,很多孩子在很小的时候就丧失了对STEM教育的兴趣。

分科还是跨学科

STEM教育强调课程的融合,这是美国孩子的强项,美国的课程从小学就开始融合,因为美国的小学老师是全科老师,教课就是综合开始的,而中国习惯分科,所以学科融合是中国的弱项。那么在日常教学中到底是应该分科还是融合,还是跨学科?

在美国,传统的教育也是关注分科的,美国最有名的分科就在1894年哈佛十人委员会的分科,但是在21世纪初,美国课程已经开始泛滥了,委员会就强调要缩减课程,而且特别强调学科的分开。所以教育整体发展的过程有一个规律,叫钟摆现象

STEM教育讲的更多的是,但更重要的是与什么的问题。合一定要在分的基础上,基础的知识依然非常重要。在STEM教育有两种方法:

第一,多学科方法,即教一个主题,是能量守恒,或者是绿色工程等。可以通过各个学科一起来学习,来研究这个主题,但是各个学科没有交叉的,这叫多学科模式。

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第二:跨学科方法,其实STEM教育真正要做的不是多学科,更多的是在学科的基础上融合。

它更强调主题下面的主概念,和主概念下面的跨学科技能,例如文学素养、思维能力、算数、研究能力。这又回到教育传统的知识技能,知识技能需要的是整合,这就是它的精髓。

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那么美国的STEM教育怎么做整合?

1.序列式的。按部就班,完成一门课,另外一门课跟上。2.平行式的。同时两个课都来研究一个主题。3.部分式的。在研究过程中,一门课程为主,一门为辅。4.提升式的。上完课程后,另外进行学科参与。5.总体融合式的。

对于STEM教育课程来说关键在于:第一,有多少整合;第二,是怎么整合的?从整合中就可以看出STEM教育课程的水平。

STEM教育作为一个跨学科的课程设置,在设计课程当中应该注意哪些基本要素?

包括在教学过程中范围是什么,设计是什么,学科知识技能的运用,目标的制定,能力水平的测试,转化为能力的指标体系,如何评价等问题。这和中国新出的核心素养的基本思想是类似的。

学科之间的有几种模式,我们要做的是交叉、整合。为什么要做交叉?这又回到老问题上,我们到底要什么样的知识和技能?

为什么要强调整合的知识而不是片面的知识?信息时代最大的特点搜知识、信息铺天盖地而来,但这些信息都是碎片式的,不成结构的知识、信息就不能解决问题,所以提到了知识的整合问题。

整合知识的目的是干什么?还是解决问题。解决问题就涉及到很多,STEM到底给我们什么启示呢?

三维的学习框架:

1、学科核心概念:每一个学科都有清楚的核心,也就是核心知识是什么。2、跨学科概念:跨学科中也有一些主要的概念贯穿了这个学科。3、科学实践:怎么把概念整合?这是实践的问题。

物理科学、生命科学、地球与空间科学都有一些基本的核心概念,例如动能、器官、遗传等,如果STEM项目没有涉及到其中任何一个核心课程,那这样的研究就没有意义。

所以每个学科有个基本的核心概念,STEM教育需要围绕着这些基本的知识来研究。

STEM教育中加进了工程和技术是比较陌生的内容,其实工程和技术就是两个方面:设计和整合。

工程使得整合、跨学科更加容易,STEM教育四个学科合在一起贯穿了哪些基本概念?就是这几个:

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如果说STEM项目,不管融合了几个学科,如果没有涉及其中任何一个,那就不叫STEM教育,因为它没有核心的内容。

技能

最近大家都在谈计算思维,由Computer Science引出来的Computer Think,即计算思维能力。怎么教计算机科学?

美国教育认为教计算机科学不光是学会编程,最重要的编程下面一个核心的能力:计算机科学家思维,也叫计算思维。

为什么计算机思维提出后受到这么多人热捧呢?因为计算机思维是一种21世纪技能,它集合了解决问题所需的多种技能,包括创造力、合作能力、批判能力、归纳能力等。

毫无疑问,计算机思维是培养21世纪综合能力一个最好的载体。计算思维能力怎么教给孩子?核心的计算机思维理论框架包括三个:概念层面、实践层面、广阔视角层面。

 

STEM教育如何学,怎么教?

STEM有着什么样的特点,又怎么帮我们颠覆教学?STEM的问题一定是从生活中来,从真实情境中学习。如果从教育科学原理的角度来说,STEM教育培养什么能力?就是迁移能力。学校培养什么能力?也是培养迁移。

让学生能够把一个情境中学到的知识运用到另一个情境中。跨界、转专业体现出来的就是迁移的能力。

STEM就是整合,让学生参与到学科知识的迁移中,尤其是使学生能可靠的把知识迁移到其它领域或未来的活动中。

美国的下一代科学标准建议,同样一个主题可以不断循环的使用,从小学一直用到高中。因为随着自身水平的提高,实际上是不断的签定。

做中学

STEM教育要在做中学,一定要操作,如果不操作就不是STEM,一定要设计,设计就是工程,一定要有产品,这就是技术,工程和技术就体现了做中学。

例如要理解圆周,π的意思,或者圆周,学生拿可以着绳子的一头绕圈做实验,他自己就能体会到圆周的变化。

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项目学习法

STEM教育中,师生应根据学生的兴趣、课程标准和当地资源选择研究主题,一个STEM就是一个项目。项目是什么意思?

必须出产品,如果没有作品不能称作STEM,还是纸上谈兵。其中,怎么做STEM里的工程设计是中国的STEM教育最不熟悉的,也是最吸引人的地方。

换句话说,一个STEM团队要有个工程师,或者有工程师背景的人,这对学校的教师队伍实际上也是一个很大的挑战。

工程设计的特点:第一有目标性,第二有社会性,第三有合作性,做一个STEM项目肯定要符合这几个条件。整个STEM的设计大概有以下的设计过程:

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STEM里的工程设计过程为什么这么吸引人?因为整个过程跟做研究的过程几乎一对一的吻合。

所以讲STEM,第一个核心一定是整合科学和数学,如果STEM项目里数学没有突出,数学逻辑思维没有突出,这不算好的STEM

另外STEM强调技术和工程,中国的STEM教育需要在这两方面下功夫。

 

教师的角色

STEM教育更多的是团队学习,在团队学习学生怎么参与,老师怎么参与,老师的作用是什么,这是STEM研究的另外一块领域。整个团队学习的过程,可以归纳几个步骤:

如何做好STEM教育的测评,怎么做STEM的评估?其实完全可以从行为的角度,也可以从STEM教育过程中学生行为的改变。

STEM教育对老师的要求越来越高,但在很多项目中老师实际上是退出来的,学生在做项目,老师在指导项目。

但是千万记住,整合是由老师来做而不是学生做,如果在STEM项目中把整合全部交给学生,学生将寸步难行。

把学生从表面现象引入背后原理,做牵引,这些都是老师的作用,所以老师是整个STEM的核心。

老师怎么提供支持?怎么兼顾所有学生?实际上就是评价。做STEM项目评价,一般包括两种,终级性评价、过程性评价,而且老师更多的应该是在过程中评价,这一套评价体系的建立实际上都是靠老师。

 

学习共同体

STEM是最好的学习途径是建立学习共同体,也就是做项目,老师和学生同时一起做,一开始就是一个学习共同体。STEM做评价的另一方面就是共同体是怎么形成的,共同体的效果是什么。

 

STEM教育如何评价?

回到STEM教育的核心,我们做了这些,学了这些,那我们怎么知道呢?这就是评价。STEM的评价为什么说很难做的好?

因为原来我们习惯做学科评价,做整个学科的跨学科评价就是挑战。整个学科的评价怎么做?有两条:一条是怎么做综合性评价,另外一条是怎么做特征评价。

所谓的评价报告就是提供数据,最重要的是,在评价的过程中要看,什么情景下学生学到了,什么情景下学生没学到,这是新评价的要求,Yes or No的时代已经过去了,这个评价是我们想要的。

形成性评价更多的是用计算机大数据处理的办法,观察学生在学习过程中每一段的进步,对学生进行指导。

STEM的综合性评价跟传统每个学科的综合性评价也不一样。学科的综合性评价是知识评价,可以通过考核来建立,而STEM的综合性评价不是考核,而是以产品为依据。

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未来的教育:深度学习

未来的学习很多都是不变的。学科没变,变的是学科整合了。知识没变,核心的知识还在,变的是把这个核心的知识整合在一起了,不是碎片化了。综合起来一句话:未来的教育是深度学习。

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深度学习学什么?知识能力归纳到最核心的能力就是“6C能力,就是21世纪核心能力。STEM提供了很好的途径,学会做学习共同体,也提供了一个很好的案例:

怎么把现代技术、大数据融合。所以STEM教育每一个学科有基本的概念,有学科整合的概念,而且所有概念都为整个终身学习服务。

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按布鲁姆的说法我们在爬金字塔,目的是爬到最高的地方,在学生创造性思维上达到最大的程度。STEM教育就是把传统的教学做个颠倒,要腾出大量的时间来做上层的认知水平的活动。

STEM教育的做中学真实情况下学合作学,都是在培养上层的认知水平,而不是简单的记忆理解。

在传统课堂,原来我们花很多时间还是在低水平的认知循环,未来要把时间花在高水平认知的培养上,这就是STEM给我们带来的启示。



 2  已被阅读了62次  楼主 2020-12-14 14:27:05
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