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  • 任炜东:在中学科学课渗透STEM教育理念

    中国ca88亚洲城采购网2017-12-05 13:35围观107次我要分享我要投稿

      一直以来,中学科学课程在为学生构建正确的世界观、人生观、价值观方面处于基础地位。在理想的科学课程学习中,学生经历科学探究过程,构建科学概念体系,理解科学、技术、社会、环境的关系,养成科学思维习惯,习得科学研究方法。

      但是,学校在科学课程实施中长期存在一些问题,如过于重视理论学习,与实践联系不紧密,科学探究的方法仅以知识传授,缺少实践平台让学生自主发现问题、尝试解决问题,学生对教师有很强的依赖性,创新思维与实践能力的培养呈现碎片化。

      而STEM教育以设计和探索为手段,运用科学与数学的思想,通过应用技术手段,在解决实际问题中进行知识学习,为解决此问题提供了选项。下面以一节“制作、探究势能小车”的课程单元设计为例,探讨此问题解决的思路。

      我曾帮助北京市陈经纶中学教师张成尝试在高一物理“机械能”一章的设计中融入STEM理念与项目学习,探索将物理学科与通用技术学科融合进行课程开发。其设计原则为:具有学科意义,涉及学科中相关知识、关键概念的组织,具有跨越多个学科领域的广泛重要性;具有开放性,为参与者留足认知空间和操作空间,重视学生的体验和兴趣发展,鼓励创新思维;具有生成性,为理解和探究更为复杂的概念和解决问题提供关键支撑,在问题解决中引导学生综合运用相关知识开展探究。

      项目任务是搭建一个使用重力势能或弹性势能驱动的小车,能手动更换大、小两个牵引力档位,在驱动能量不大于0.1J的情况下,让小车尽量走得远。器材选用通用技术学科提供的一组小车拼插组件和物理学科相关工具、材料。

      项目评价设计方面,一是成功搭建小车并行进,二是展现小车的独特性、生成性、科学性。

      项目分为4个阶段:初步搭建势能小车,完成草图设计和原理探究,解决遇到的技术难题;测试小车参数——牵引力、驱动距离、阻力;深入研究两种能量驱动下小车的运动特征,计算小车克服阻力做的功;总结分享本组小车设计特点,包括重点研究的问题和新生成的问题。

      为了降低探究难度,张成设计了《势能小车项目手册》,以系列小任务的形式促进学生综合运用科学、工程和数学知识改进小车,如梳理重要的科学概念,对小车的性能指标进行测量和改进,对未能预判的性能特点进行建模分析、理论计算等。

      课程实施中,学生的主要生成有:一是创新测量方法,用自频闪光源和单反相机拍摄频闪照片,并制作有频闪效果的影片,实现静态照片与动态视频的对比;用DV录像进行影像分析,并自学三维修正解决DV拍摄的图像失真问题。二是深入研究问题,在探究不同牵引力下小车行进距离过程中,出现了猜想与现实的矛盾,学生自发运用初高中多个不曾综合的物理知识,选用数学工具,开展创造性理论分析,寻求对现象的合理解释。三是研究热情高涨,学生的科学思维充分激活,对撞击驱动小车、永动机驱动小车的研究,涉及物理学科的热力学第一定律、动量守恒定律等问题,“我要学”的状态在众多学生身上显现。课余时间的自主学习与合作探究反映出学生收获的不仅是科学知识,更有科学方法、科学观念和科学精神。

      这个案例中,学生以项目为基础开展基于问题解决的学习,激发了自身的好奇心、想象力和创新思维。在应用跨学科知识解决问题的过程中,学生开展设计、建构、发现、合作、创造活动,进行独立思考、逻辑推理、信息加工,并在解决教师预设问题的同时产生了新的科学问题。这些特征正是新一轮课程改革所倡导的,也是作为一线教师开展课程建设与教学改革的探索方向。

    来源:中国教师报责任编辑:王道我要投稿
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