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深度解码|STEM教育融入综合实践活动,你做对了吗?

STEM书讯2018-12-05 09:49:10
STEM教育的特征之一是解决真实情境问题。我国教育家陶行知先生也曾提出过“生活即教育”“社会即学校”“教学做合一”的生活教育三大原理,指出生活就是一连串问题的求解过程。真实情境问题导向的STEM教育最终是返回生活的教育,所以STEM课程一定是“真实问题导向的”而不是“教科书导向的”的过程。这是目前开展STEM类课程中的一个难点。

“真实”情境问题和“伪真实”情境问题


某一课题实践学校的老师在设计海洋主题的STEM课程中,其中有一个项目是“给鱼儿盖房子”,教师和学生在这里很仔细地学习了百科全书中鱼儿在海里生活的深度、温度、光照度、水流、盐度等条件,甚至包括鱼儿喜欢的洞穴形状等,然后老师又给学生播放了动画片尼莫家房子被毁的视频,导入让学生给鱼儿建房子。学生从开展画思维导图头脑风暴盖房子条件,到设计房子图纸、动手搭建房子模型一系列的过程,甚至在展示中还强调自己建的房子适应海底的条件(除了海洋物理化学环境的条件考虑,还包括抗水流强度的结构、安全结构等),整个外显学习过程仿佛进行了一个真正的基于项目的STEM学习全过程。


但在这一STEM项目中,老师恰恰忘了引导学生,该项目到底要解决什么问题,也就是人类为什么要给鱼儿盖房子这一问题。这既是一个必须回答的真实情境问题,同时也说明学生为什么可以判断自己需要给鱼儿盖房子、盖房子的最终意义在哪里。这也是最终评价整个学习过程的重要标准,而不是简单的对鱼儿生活环境知识学习、思维导图学习、设计能力培养、动手物化能力加强等割裂问题的评价。


通过课题组的反复剖析,教师终于明白,是因为人类滥捕、废物排放、开矿或采集珊瑚等行为污染了海洋,破坏了鱼儿生存的环境,造成了海洋生态的退化,也造成了人类无鱼可打的困境。因此,给鱼儿建房子,是为了恢复生态,保护海洋环境,也是为了人类自身的生存。这样的批判性思考过后,教师通过引发学生对问题深刻的人文思考,激发学生渴望探索和解决这一问题的兴趣,也打开了学生的思路,给不同的鱼儿寻找不同的环境和不同的房子。除了具体的工程原理之外,还能从正反两方面分析评价自己建造的与其他小组建造的房子的优劣、适应鱼群的不同等,从而使创造能力、创新能力和批判性思维、合作学习能力都得到了锻炼,完成真正意义的高效学习。


更重要的是,这些能力是建构在解决真实情境问题基础上,用严谨的科学思维、工程思维结合人文素养、对生活的热爱而完成的,而不是一个模糊的貌似简单S、T、E、A、M组合的伪问题。


实践结果证明,伪真实问题降低了项目学习的意义,而真实问题则可以提高学习效率,在相同时间内,学生的综合素养在有意义有兴趣的价值获得感中得到了提升。



“模糊”和“精准”的真实情境问题


STEM教育是基于真实情境问题的学习,所以STEM教育的项目设计中,找准一个真实情境问题,学习过程围绕解决这一真实问题展开,才能是有意义的学习过程。


到底是为鱼儿建房子还是解决生态环境问题,老师们在实践过程中多有困惑。这反映了教师对STEM教育的理解不够深刻,以为将科学、工程、技术、数学和人文等内容融入进去了就是一个好的STEM学习项目,没有认真思考到底为了解决什么问题才这么做。


还有的老师虽然知道要创设真实问题,但是因为对要研究的问题本身理解不透,上位和下位问题分不清楚,也难以找准整个项目要解决的真实问题。例如,在小学有“包装盒的设计”这样的综合实践活动课程,老师所在学校是以足球文化为校本特色,教师就应开展基于足球文化的“足球包装箱设计方案”的课程学习。


教师创设了“12个足球的包装”这样的情景,使学生可以通过数学的几何体特征,学会准确迅速计算棱长、表面积、体积等,还能够组合新的几何体。体育方面增加学生对足球的兴趣,美术方面能够通过运用形、色、空间等美术语言描绘和立体造型方法等,培养学生对工具、材料的认识,通过动手,培养学生劳动操作能力。学生们后来展示的作品真的非常棒,但是在场的专家问了一个问题,你们这个包装箱是为解决什么问题制作的,是为了送礼?运输?收纳?……不同的实际问题会有不同的解决方案。教师给出的标准,是让每个小组从“结构设计、材料选择、工具选用、人员分工、制作流程、预期效果、本组特色”7个方面展示汇报。虽然学生在汇报和互评中,都有意无意地提出了一些实用性考虑,但是因为要解决的目标问题不精准,造成了标准缺失,效果就打了折扣。后来和老师仔细分析,其实她是创设了一个学校足球课后足球收纳箱的情境,但是设计课程中变成了包装箱,设计评价标准时也没有考虑真实情境的问题解决这一指标,模糊了要解决的真实问题,造成了学生解决方案中似是而非的困惑,对最终的物化出来的产品评价就没有了返回解决真实问题的标准,造成了课程实施中的上述问题。


可见,在STEM教育中,找准真实情境问题,在项目学习中,紧紧围绕解决真实问题发生学习活动,评价指标也紧跟这一思想,才能真正做到学习过程灵活开放,方案设计丰富多样,也才能充分激发学生的创造力和创新能力,真正培养学生发现问题解决问题的能力。



“教科书导向”和“真实问题导向”的真实情境问题


在传统的“教科书导向的”课程实施中,学生在实验室中,根据实验手册,按照规定好的实验器材、实验步骤,严格遵循实验要求,成功制造并收集二氧化碳即可,并可能还有要求记住化学反应式的考核。


从STEM教育的视角,教师们明确了必须设计出一个开放的可以有多种解决方案的实践学习过程,于是确定了解决“满足不同需求二氧化碳的生产方式” 的真实情境问题。以此实际问题出发,从二氧化碳的用途、二氧化碳的性质、二氧化碳的化学组成,探究生成二氧化碳的各种可能方式(甚至包括从空气中收集)。然后,创设工业制取和实验室制取两个真实情境路径,通过调研搞清楚工业制取二氧化碳的几种方式的原理和结构以及选取这种制取方式的原因。例如,工业制取考虑的原材料易得性、安全量大等性价比影响因素。再回到实验室,从教科书给出的制取方法开始,一步步探究实验室制取二氧化碳的各种方法的优缺点。在实验中,在保证安全的前提下,鼓励学生不断探究实验室制取二氧化碳装置(不同的实验器材组装)、收集方法、化学反应物、定量测量方法等,最后各小组都可能给出自己小组认为的最佳的制取方法,并在全班展示说明。


从上面“传统实验室验证型实验”到“STEM项目学习”的问题进阶过程可见,STEM教育中的真实情境问题,首先是一个有不确定解决方案的开放的问题,其次是与生活实践紧密联系的真实情境问题。解决策略是“从真实生产生活中来发现问题——抽象到实验室或课堂中解决问题——回到真实生活生产背景下评价问题的途径。


STEM学习中要坚持“明确的目标,模糊的过程”,即解决某个确定的实际问题,解决方案和解决过程是多途径的,从而鼓励学生的探索、创新和创造力。同时,在这样一个过程中,从调研、对比、设计、制作、合作、探究、交流、展示、分享等各个环节,也锻炼了学生跨学科的综合应用能力,发现问题和解决问题的能力。


综上所述,围绕解决真实情境问题发生的STEM学习过程,是一个自然而然应用跨学科知识的过程,学生应用科学、技术、工程和数学等多门学科知识,协作和探究式地解决现实问题。在参与和体验学习的过程中,学生不仅获得了结果性知识,更重要的是,提高了他们的学习能力,学会从多学科、多视角、多维度来分析和解决问题,收获了蕴含在真实问题情境中的过程性知识,实现了从“学会”到“会学”的质的突破。


学生在获得综合应用知识解决真问题的能力过程中,极大的激发了他们的创造力和创新能力,同时具备了应用科学思维、工程思维进行批判性思考的能力,综合素养得到提升,锻炼了他们综合解决问题的能力,也引发了他们对社会和国家层面的真实问题的关注,这是培养学生具备《中国学生发展核心素养》要求的必备品格和关键能力的有效途径。




基金项目:北京教育学院重大课题(课题批准号JYZD201501)“中小学生创新能力培养——STEM教育理念下的创客教育课程实践研究”。



作者单位:北京教育学院


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