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stem课程加盟教你课程设计

2019-10-20

stem课程加盟教你课程设计

STEM教育的核心理念是促进多学科融合,培养创新人才,其跨学科整合的新型学习方式深受教师欢迎,广大教师认真研究STEM教育理念并积极开展实践。但随着探索的不断深入,诸如课程如何设计、课时如何设置、学科之间如何进行交叉教研等问题也相继出现。其中,尤以如何进行有效的STEM课程设计最为突出。

STEM课程设计以跨学科、趣味性、体验性、情境性、协作性、设计性、艺术性、实证性和技术增强性为核心特征,那么如何在实践中体现上述九个核心特征?笔者所在的项目组对此进行了大量探索,现以“我们用上了自来水”课程设计为例进行说明。

一、课程设计说明

很多教师在设计STEM课程时,总是困惑于课程素材的来源,不少教师因此追求较为前沿的课题。这样一来,课程虽然轰轰烈烈地开展了,后期也会进行“高大上”的作品展示,但是这些课程往往集中于基础较好的学生,大多数学生不能真正从STEM教育中获益。

此外,学生虽然完成了课程任务,但是对于课程所涉及的科学原理及技能的学习,并没有比传统课堂更为扎实。这也是STEM教育在推广过程中受部分学校排斥的原因。

stem课程设计

本课程设计力求结合学生身边的现象或实物,通过巧妙的教学设计,引导学生利用项目式学习、小组合作、做中学的方式,建构知识与技能。教师通过“帮助留守儿童用上自来水”这一真实问题,激发学生的同理心。学生在助人为乐的内在动机驱使下,完成四个递进式任务,在解决问题的同时,习得解决问题的方法,获得能力与素养的提升。

二、课程情境、任务与设计

问题情境:在我国山区农村中,留守儿童家庭用水不方便。孩子们放学后,还得帮爷爷、奶奶到村里的供水点运水回家。怎样帮助这些同龄人用上方便的自来水,随手拧开水龙头,清澈的自来水就会“哗哗”流出,在家里就能接水做饭、洗东西呢?

围绕要解决的这一真实问题,该课程共设计了四个递进式任务。

任务一,通过小组讨论、动手实践找到建造自来水的科学原理——连通器原理,并灵活运用连通器原理帮助村民确认水塔的选址、高度等问题。

任务涉及的科学知识(S)是液体的压强以及连通器原理。任务的成果是学生能搭建出简易的供水装置,能利用所学到的科学知识研究济南趵突泉喷涌的科学原理,并能提出保持泉水持续喷涌的建议,能用所学科学知识解释古罗马广场上人造喷泉的原理,并了解古罗马引水渠的相关知识。

任务二,通过握蛋实验,让学生思考为什么易碎的鸡蛋却不容易被手握碎,并通过Scratch软件去模拟探索“在周长一定时,哪种形状的物体面积大”。

任务涉及的科学知识(S)是薄壳原理,数学知识(M)是等周定理。任务成果是学生能用写作的方式记录课堂上有趣的学习经历,能利用所学的知识分析生活中的薄壳建筑,能用所学知识解释为什么大多数水果的形状是球形或相近形状。

任务三,通过Scratch图形化编程使学生明白,为什么长方体的方砖可以建造成圆滑的圆柱体形状的水塔。

涉及的数学知识(M)是外角、极限理论、数学建模。技术知识(T)是利用数学运算、重复执行来编写程序。任务成果是通过对数学、技术知识的综合运用,编写出可以绘制任意正多边形的程序。

任务四,通过解决一个在程序设计过程中的生成性问题“圆出界”,让学生体验探索周长与直径关系的过程。

涉及的数学知识(M)有坐标系、圆的周长、圆的直径、圆周率;工程知识(E)是问题转换法和试错法;技术知识(T)是程序调试。任务成果是学生体验了“探索圆周长与圆直径关系”的思维过程,能利用所学数学知识解决建造成本中需要多少块砖的核算问题。

课程实施年级为四年级至九年级。教师可根据学生的不同知识结构,按螺旋式上升方式选择相应的任务进行教学。

三、课程实施

任务一:搭建储水装置

学生根据问题情境——如何帮助留守儿童用上方便的自来水,小组讨论项目目标,确定项目方案,探讨项目可能用到的科学原理。学生既可以根据教师提供的指导方法学习该项目所需的科学原理,也可以先根据教师提供的工具进行科学实验,再在总结环节归纳与对比科学原理。

教师提供的实验工具有:吸管、水槽、圆柱形容器、长方体容器、橡皮管、铁架台、水泵、活塞、止水夹、液体压强演示器、连通器演示器。

学生根据探讨结果,选择合适的器材进行实验,通过实验完成项目目标。在此环节中,学生可以利用圆柱体容器、长方体容器作为蓄水装置,橡皮管作为供水管道,铁架台可以提升蓄水装置的高度,从而模拟现实社会中的自来水供水系统。

通过模拟,学生找到了建造供水系统所用的科学原理。部分学生依据自身生活经验,使用虹吸原理供水。基于此,师生可讨论在供水系统中连通器原理与虹吸原理的异同及哪种方式更适合。

实验完成后,师生总结项目实施过程中的收获,验证科学原理并内化。学生虽然通过模拟找到了供水系统的必要条件是要有一定的水压,并通过实验获知,要想得到一定的水压,需把蓄水装置抬高,但其中涉及的科学原理——连通器原理,需要教师系统地讲解,并通过液体压强演示器、连通器演示器,让学生知道液体压强与哪些因素有关,了解人们是如何在现实生活中运用这些科学原理的。

最后学生进行作品展示,并尝试运用所收获的科学原理对生活现象或科学发明进行解释。如古罗马的广场喷泉原理,趵突泉为什么会停止喷涌,如何判断锅炉内的水位等。课后学生撰写STEM小论文。

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