美國馬薩諸塞州小學STEM教育活動設(shè)計的理念及其啟示

1、美國馬薩諸塞州小學STEM教育活動設(shè)計的理念及其啟示摘 要 重視STEM教育已成為國際教育界的共識，各個國家都在積極探索實施STEM教育的方法與路徑。美 國馬薩諸塞州的S TEM教育頗具特色，尤其是其小學階段基于“修補”理念設(shè)計了一系列主題活動。與 其他STEM教育方法相比，“修補”具有低門檻、高包容性、完全開放性及生活性等特點，尤其符合學 習者，特別是低齡段學習者的認知規(guī)律。借鑒馬薩諸塞州基于“修補”理念的STEM教育活動的設(shè)計與 實施，可為我國STEM教育的有效開展提供新的思路與啟示。關(guān)鍵詞 美國 小學教育STEM 創(chuàng)客運動STEM教育掀起了國際教育改革的熱潮，成為培 養(yǎng)創(chuàng)新人才、提高國家

2、競爭力的重要手段。作為風向 標的美國STEM教育的實施路徑與方法，成為各國參; 考的重要依據(jù)。美國馬薩諸塞州小學階段的STEM； 教育基于“修補”理念設(shè)計了一系列主題活動,為我國 STEM教育的有效實施提供了新的方向與思路。一、美國推進STEM教育的有效方法“修補”:修補”的涵義修補”(Tinkering)一詞最早出現(xiàn)于13世紀，用 于形容那些四處修理各種家用小器具的鐵匠1o牛 津詞典中對“修補”的解釋是“試圖以隨意或無意識的 方式修復(fù)或改進某些東西”，表明“修補”活動開始時 不必遵循一套固定的規(guī)則或?qū)で笠粋€已知的最終目 標2，它鼓勵學習者自發(fā)地、即興地使用隨處可見的、 日常的、真實的工具和材

3、料(如，木頭、鉗子等)，通過 “現(xiàn)物利用”，即興地創(chuàng)造新的“東西”來探索STEM現(xiàn) 象。“修補”與創(chuàng)客文化中的各種活動非常接近，然而; 在實踐中又與其他探究式學習方法存在區(qū)別，如表1 所示。表1修補”與其他STEM教育方法的比較同STEM教育方法主要任務(wù)目標的 性質(zhì)結(jié)果的可 變性學習者選 擇程度示范(Demonstration ) 學習者觀看預(yù)先 準備的實際演示傳達內(nèi)容 知識?；顒佑?固定和 預(yù)先確 定的目 標來定 義。學 習者沒 有目標 所有權(quán)。結(jié)果是固 定的。學 習者只是 傾聽和觀 察，處于 被動狀態(tài)。為學習者 選擇材 料和資源 以及使用 方式。建構(gòu)和工程挑戰(zhàn) (Building and

4、engineering challenges )學習者試圖解決 一個特定的問題通過解決 問題的方 式傳遞知 識，促進 理解工程 的關(guān)鍵特 征，須遵 循特定規(guī) 則?；顒佑?固定和 預(yù)先確 定的外 部目標 來定義。 學習者 沒有目 標所有 權(quán)。結(jié)果是固 定的。學習 者將構(gòu)建 執(zhí)行特定 功能或解 決特定問 題的對象。學習者可 從一系列 材料中選 擇。他們 將仔細規(guī) 劃可用材 料的類型。 這些材料 通常有助 于引導學 習者做出 具體的設(shè) 計選擇。表1(續(xù))STEM教育方法主要任務(wù)目標的 性質(zhì)結(jié)果的可 變性學習者選 擇程度開放式探究(Open-ended inquiry) 學習者提出問題 并試圖用科學的

5、 流程找到答案*促進學習 者培養(yǎng)科 學的解決 問題能力 和工作方 式。學習者 參與創(chuàng) 造和塑 造目標。 通過預(yù) 先確定 的目標 形成活 動。結(jié)果是基 于個人選 擇的問題 來解決的。學習者根據(jù) 他們選擇 調(diào)查的內(nèi) 容，選擇 材料和資 源。最終結(jié) 果是開放 式的。制作(Making) 學習者探索和使 用材料來創(chuàng)造、 發(fā)明一個物體或 產(chǎn)品幫助學生 使用工具 和材料來 創(chuàng)建預(yù)先 確定的對 象。無固定 的外部 目標。目標是 個人的。根據(jù)活動 的結(jié)構(gòu)， 結(jié)果可能 是高度可 變的。材料和工 具是多樣 化的。學 習者可自 由選擇。材料可能 沒有提前 計劃。修補(Tinkering) 學習者以一種即 興的方式探

6、索和 使用材料，以便 體驗和更好地理 解一種科學現(xiàn)象幫助學習 者發(fā)展對 材料和現(xiàn) 象的直觀 理解。指導者 提出最 初的長 期目標， 該目標 被學習 者個性 化、轉(zhuǎn) 移或復(fù) 雜化。結(jié)果是基 于個人選 擇的問題 來解決的。材料和工 具通常是 多樣的， 經(jīng)過精心 策劃，幫 助學習者 體驗一種 特殊的科 學現(xiàn)象。學習者對 材料、工 具和方法 擁有高度 的選擇權(quán)。“搭建社區(qū)”案例的設(shè)計與實施準備階段。準備一張桌子或平穩(wěn)的表面(如地 板)作為兒童搭建的基礎(chǔ)。為每個孩子準備建筑紙、 膠棒和剪刀。實施階段。對年齡較小的孩子，提供預(yù)先裁切;好的正方形紙和長方形紙，向他們演示如何折紙。讓 ，他們練習并探索把紙折疊

7、成不同的形狀，看看是否 ，有一些形狀可以垂直于桌子或地板使用。讓他們嘗 :試將一張折疊的紙粘貼到另一張紙上，以創(chuàng)建“建筑 ;物”。對年齡稍大的兒童，則演示裁剪技術(shù)，讓他們自 己剪切折疊紙張，鼓勵他們用多種方式來創(chuàng)造。在兒 童操作過程中，鼓勵他們試驗所有材料，以創(chuàng)建其他 類型的建筑物或添加到正搭建的建筑物中。反思階段。讓孩子們談?wù)勌剿鬟^程。如，他們 ;從哪種建筑開始的？采用了哪些材料，效果如何？拓展階段。有實踐拓展和閱讀拓展。實踐拓 ，展，要求兒童在可回收的海報板或厚紙板上創(chuàng)建建筑 ;物，添加馬路、人行道，并融入人物、動物或汽車等元 :素,搭建一個繁忙的社區(qū)，然后在家、社區(qū)或公園進行 一次“收集

8、”之旅，給自己的作品添加裝飾。閱讀拓展 Byron Barton 編著的Building a House一書?！按罱ㄉ鐓^(qū)”案例的分析寬松的創(chuàng)新氛圍?！靶扪a”活動鼓勵學習者在 玩耍和使用材料的過程中產(chǎn)生創(chuàng)意，進而嘗試各種可 ，能性。這種探究方式被視為提高工程類課程學習興 !趣的一種方式，也是學科工作的典范句。感性的學習體驗。學習者在運用日常的真實“修補”與其他S TEM方法的關(guān)鍵不同點在于學材料，使用真實工具(如，螺絲刀、鉗子等)的過程中 習者個人角色的重要性和目標的所有權(quán)。在“修補” ”所產(chǎn)生的體驗是傳統(tǒng)課程所不能給予的。學習者可 活動中，學習者具有高度的目標所有權(quán)。指導者只需;親手觸碰各種原

9、材料，在不斷的對比體驗中選擇最符 在開始時設(shè)定一個廣泛的長期目標，作為學習者個人，合自己要求的材料。它不僅能達到STEM教學的目標, 活動的起點或“跳板”，隨著活動的進行，學習者可自，而且能夠更深層次地培養(yǎng)學習者的實踐能力和思考 由地改變、發(fā)展或個性化目標，并根據(jù)自己的興趣設(shè)，能力，豐富學習者的情感體驗。定短期目標。 自由的學習路徑?！靶扪a”降低了兒童進入“修補”理念下馬薩諸塞州小學S TEM活動STEM教育領(lǐng)域的門檻，同時創(chuàng)造了具有審美和自我 設(shè)計案例:表達維度的物體，從而有利于學習者創(chuàng)建自己的學習“修補”活動的完全開放性、高度自由性以及高包;路徑向。在“修補”活動中，學習者可制作任何感興趣

10、 容性的特點，使得該項活動易于普及，尤其適合低年;的東西，將特長與興趣發(fā)揮到極致。齡段兒童的創(chuàng)造性發(fā)揮。下面以“搭建”項目中“搭建； 靈活且個性化的學習目標。在“修補”實踐活 社區(qū)”為例，分析其設(shè)計與實施過程。動中，使用何種材料和工具、完成何種任務(wù)，均由學習者根據(jù)自己的想法來決定。學習者擁有高度自主權(quán)，題活動項目，與家長進行有效協(xié)作與交流，引導家長 可盡情發(fā)揮自己的創(chuàng)意，拉近了科學與實踐的距離。;在家里繼續(xù)針對這些主題活動進行延伸，拓展STEM 二、借鑒與啟示教育項目的學習深度。延伸學習深度，不但可以讓兒“修補”所提倡的“使用真實的工具和材料，投，童有更長的時間去反復(fù)思考同一個概念，而且還有利

11、 入真實的世界，動手解決真實的問題”，允許學生以，于幫助兒童形成知識網(wǎng)絡(luò)，學會知識的遷移?！巴嫠！⑻剿?、迭代的方式去解決問題或參與到項目，STEM教育是一場關(guān)乎國家前途的終身學習運 中” “使用既有的材料即興發(fā)揮”3等理念，表明“修，動，我們既要關(guān)注高等教育階段的STEM教育，還要 補”為學習者的創(chuàng)新提供了更低的門檻，它應(yīng)被納入，關(guān)注中小學教育階段的STEM教育；既要關(guān)注STEM 我國的STEM教育體系。，教育的意涵和價值，還要關(guān)注STEM教育在實施方法以“修補”主題項目為依托，將STEM概念;和路徑方面的創(chuàng)新之處。置于多學科實踐及兒童的日常生活中 使用熟悉的材料將STEM概念與日常生活聯(lián)系

12、起來，能有效支持學習者跨越環(huán)境建立聯(lián)系，并推動 發(fā)明和創(chuàng)造的實踐可?！靶扪a”活動完全滿足了 STEM 教育的價值訴求。因此，可以基于“修補”教學方法， 通過物理探索、協(xié)同游戲和引發(fā)對周圍世界的好奇心 等方式來實施STEM教育。比如，當兒童在探索一些 簡單的工具或器械（如，鉗子、扳手等）是如何操作的 時候,他們就在學習和理解技術(shù)的概念。以引導式提問和游戲?qū)嶒灋橥緩?，支撐兒童的STEM教學創(chuàng)新是人類的本性。從這個視角來看，“修補” 作為實現(xiàn)人類創(chuàng)新的一種手段可以被教授，但不能以 直接和線性的方式去教授。“修補”不是課程計劃，最， 好創(chuàng)造一個有利于創(chuàng)新活動開展的環(huán)境。而要創(chuàng)設(shè) 這樣的創(chuàng)新文化氛圍，首先要鼓勵動手操作或物理探 索，鼓勵學習者通過建立模型或發(fā)現(xiàn)問題來解釋他們 的概念。其次，要創(chuàng)造一種實驗、發(fā)現(xiàn)和游戲的文化; 與刺激，強調(diào)對真實世界的觀察，讓學習者在現(xiàn)實世; 界中證明他們的理論。再次，鼓勵學習者重視先行的 或外部的影響。因為創(chuàng)意是從不同的影響中獲得的， 并通