STEM的概念

STEM的概念

STEM 是科學(Science)、技術(Technology)、工程(Engineering)和數學(Mathematics)四門學科的簡稱,強調多學科的交叉融合。STEM 教育並不是科學、技術、工程和數學教育的簡單疊加,而是要將四門學科內容組合形成有機整體,以更好地培養學生的創新精神與實踐能力。 STEM的特點 融合的 STEM 教育具備新的核心特徵:跨學科、趣味性、體驗性、情境性、協作、設計性、藝術性、實證性和技術增強性等。 (1)跨學科:跨學科意味著教育工作者在 STEM 教育中, 不再將重點放在某個特定學科或者過於關注學科界限,而是將重心放在特定問題上,強調利用科學、技術、工程或數學等學科相互關聯的知識解決問題,實現跨越學科界限、從多學科知識綜合應用的角度提高學生解決實際問題的能力的教育目標。 (2)趣味性:STEM 教育強調分享、創造,強調讓學生體驗和獲得 分享中的快樂感與創造中的成就感。有的項目還把 STEM 教育內容遊戲化(將遊戲的元素、方法和框架 融於教育場景),因為將基於探索和目標導向的學 習嵌入遊戲中,有利於發展學習者的團隊技能、教授 交叉課程概念和負責的科學內容主題,可以得到更 多、更理想的教育產出。 (3)體驗性:STEM 教育不僅主張通過自學或教師講授習得 抽象知識,更強調學生動手、動腦,參與學習過程。STEM 提供了學生動手做的學習體驗,學生應用所 學的數學和科學知識應對現實世界問題,創造、設 計、建構、發現、合作並解決問題。 (4)情景性:STEM 教育強調把知識還原於豐富的 生活,結合生活中有趣、挑戰的問題,通過學生的問題解決完成教學。STEM 教育強調讓學生獲得將知識進行情境化應用的能力,同時能夠理解和辨識不同情境的知識表現,即能夠根據知識所處背景信息聯繫上下文辨識問題本質並靈活解決問題。 (5)協作性:STEM 教育具有協作性,強調在群體協同中相互幫助、相互啓發,進行群體性知識建構。STEM 教育中的問題往往是真實的,真實任務的解決離不開其他同學、教師或專家的合作。在完成任務的過程中,學生需要與他人交流和討論。 (6)設計性:STEM 教育要求學習產出環節包含設計作品, 通過設計促進知識的融合與遷移運用,通過作品外 化學習的結果、外顯習得的知識和能力。 (7)藝術性:STEM 教育 的藝術性強調在自然科學教學中增加學習者對人文 科學和社會科學的關注與重視。 (8)實證性:STEM 教育 不僅要注重科學的實證性,更強調跨學科情景中通 過對問題或項目的探索,培養學生向真實生活遷移 的科學精神和科學理性。 (9)技術增強性:STEM 教育強調學生要具備一定技術素養,強調學生要瞭解技術應用、技術發展過程,具備分析新 技術如何影響自己乃至周邊環境的能力。 STEM教育重在培養學生的四種素養 第一,科學素養(Scientific literacy)。是一種運用科學知識和過程(如物理、化學、生物科學和地球空間科學)理解自然界並參與影響自然界的有關決策,主要包括三大領域:生命與衛生科學、地球與環境科學、技術科學。 第二,技術素養(Technological literacy)。是指使用、管理、理解與評價技術的能力。學生應當知道如何使用技術,瞭解技術的發展過程,具備分析新技術如何影響自己、國家乃至整個世界的能力。技術是對自然環境的革新與改造以滿足人們的現實需要。 第三,工程素養(Engineering literacy)。是指對技術的工程設計與開發過程的理解。工程課程是基於項目,整合了多門學科的知識,使得難以理解的概念與學生生活密切相關,激發學生解決問題的興趣。工程設計是把科學與數學原理系統地、創造性地用於實踐的結果。 第四,數學素養(Mathematical literacy)。指學生在發現、表達、解釋和解決多種情境下的數學問題時進行分析、推斷和有效交流思想的能力。 STEM課程的跨學科整合模式 STEM教育要求四門學科在教學過程中必須緊密相連,以整合的教學方式使得學生掌握概念和技能,並運用技能解決真實世界中的問題。如何將四門獨立學科知識緊密關聯實現整合,有三種取向: (1)學科知識整合取向 分析各學科最基本的學科知識結構,找到不同學科知識點之間的連接點與整合點,將分散的課程知識按跨學科的問題邏輯結構化。將各學科內容改造成以問題為核心的課程組織,通過序列化的問題有機串接起各學科知識,使課程要素形成有機聯繫和有機結構。 知識整合取向模式一般採用基於問題的學習模式,強調把學習設計在複雜、有意義的問題情境中,通過學生合作解決嵌入於真實情境中的問題或與真實世界相關的問題,促進學生對所學知識的理解與建構,從而習得隱含於問題背後的科學知識,形成解決問題的技能和自主學習的能力。它可以使學生通過體驗知識獲得的過程,促進學生元認知能力的發展,通過應用知識解決問題達成對知識的靈活掌握,並能對知識進行社會性、情境性的遷移運用。解決問題的目的是為了掌握蘊含於問題之中或支持問題解決的知識,問題是多學科知識融合的交叉點與整合點,是觸發學生學習與探究的觸發器,是創新學習的載體。一般來說,問題解決的過程不會持續很長,具體開展的方式方法也會多樣化,比如Web Quest網絡探究、5E教學法、研究性學習等。 (2)生活經驗整合取向 注重知識的社會功能,也就是基於學習者的需求,以第三次工業革命為代表的知識經濟社會所必須的知識與技能為核心整合多學科知識,然後以項目設計與實施為載體,將學術性的學科知識轉化為可解決實際問題的生活性知識。基本做法是從兒童適應社會的角度選擇典型項目進行結構化設計,讓學習者在體驗和完成項目的過程中,習得蘊含於項目之中的多學科知識與技能,或從改造和完善現有社會的角度,選擇挑戰性項目。 這種課程整合方式強調社會實踐活動以及社會問題解決能力的培養,強調多學科知識融合到真實的社會性項目中,在項目活動中尋找各學科知識的整合點。因此,項目的過程分析、活動設計等社會分析是核心。 生活經驗與社會取向課程整合模式一般採用基於項目的學習模式,以實踐性的項目完成為核心,將跨學科的內容、高級思維能力發展與真實生活環境聯繫起來。項目學習一般以開發最終作品或「人工製品」為出發點,在教師的指導下,學生按自己的設計思路,採用科學的方法完成作品設計。作品設計是項目學習貫穿的主線和驅動力,學生在完成作品的過程中進行檢索、討論、演算、設計、觀察等學習活動,並解決一個或多個問題,從而獲得知識和技能。作品製作是這種學習的重點,但更為重要的是學生在製作作品過程中獲得跨學科的知識和技能,並獲得創造性運用知識的社會性能力。 基於項目的學習並非只強調學科知識的掌握,還側重對教材內容以外知識的體驗與經歷,旨在豐富學生對事物的認識,注重生活經驗知識的增長。整個學習過程應真實可信,是反映真實情境和現實生活的體驗性活動,體現將學術性學科知識轉化為生活經驗知識價值取向。 (3)學習者中心整合取向 這種模式不強調由教師預設問題或項目,而由學習者個體或小組調查、發現問題。它不僅強調解決問題能力的培養,還強調發現問題的創新能力,是一種依據學習者需求,以學習者生活經驗為基礎尋找各學科整合點的模式。它強調學習者成就感與自我效能感,強調學生好奇心與興趣的維護與保護,強調分享、創造的愉快。在理念上,它清晰地體現了教育的人本主義思想。 學習者中心取向整合模式採用學生主導項目的方式,學生以個人或小組為單位提出任務,任務內容需要學習並運用跨學科知識。學生在項目問題解決過程中,教師發揮協調、指導、檢查、監督、計時和評價作用。其優點在於能力較強的學生可以擺脫傳統的結構化課堂教學對個人學習與設計活動的約束,能更好地發揮個人能力;缺點在於能力弱的學生會對學習過程中的自由度不適應,需要教師更多的指導;同時由於項目任務非結構化,所以很難實現對學生技能最終結果的全面評估。 學習者中心取向整合模式強調創設學習者可以主動介入、研究與發現的豐富教育環境,讓學生在蘊含豐富STEM知識的環境中進行交互、探究與發現,創造意義、學習知識,在建構性的環境設計中尋找蘊含STEM知識的整合點。