国产一级a片免费看高清,亚洲熟女中文字幕在线视频,黄三级高清在线播放,免费黄色视频在线看

1986年，美國國家科學委員會（NSB）在《本科的科學、數(shù)學和工程教育》報告中提出了針對科學、技術、工程和數(shù)學（STEM）的綱領性建議，STEM首次出現(xiàn)在教育視野中。2007年，美國國家科學基金會（NSF）將STEM正式作為教育術語使用^[1]，圍繞STEM的課程構建逐漸成為全球關注的教育話題。然而在實踐中，STEM課程有一種形式化的傾向，似乎只要科學、技術、工程和數(shù)學四門學科的知識同時出現(xiàn)在課程中，就可以稱之為STEM課程。

米爾頓·霍林（Milton Huling）和杰姬·斯皮克·德懷爾（Jackie Speake Dwyer）從科學教育出發(fā)，重新探討STEM教學。他們認為，STEM教學不僅僅是涉及1門或多門學科的教學，而是通過數(shù)學、技術和工程的整合應用來支持科學概念的學習。科學概念不僅僅是指傳統(tǒng)意義上的科學學科概念，而是與提出問題并能夠解決問題相關，實際上是一種“像科學家一樣思考”的大概念（big idea）。大概念是指反映專家思維方式的概念、觀念或論題，具有生活價值。^[2]學生在掌握大概念之后，能夠在相似的生活情境中實現(xiàn)遷移和運用。理解大概念有助于達成高通路遷移，形成具體與抽象交錯的復雜認知結構，通過跨學段、跨學科的學習，加深對科學概念的理解，最終解決以大概念為統(tǒng)領的大挑戰(zhàn)。

一、用StEMT重新定義STEM

在STEM課程中往往需要完成作品、解決問題，教師和學生常常將大量的時間花費在制作過程中，忽略對問題解決過程的理解。^[3]技術作為解決問題的工具，將其融入問題的解決方案才具有實際意義。從這一觀點出發(fā)，霍林和德懷爾用StEMT重新定義STEM，將科學與技術工具進行二次融合，提出融入技術工具（tools, t）的科學（St），加上工程（E）、數(shù)學（M）、技術（T）組成StEMT。在這個過程中，教師能夠對科學和技術之間的差異形成更清晰的認知，即技術不是一門單獨的學科或一種技能，而是與科學相融合、支持科學大概念學習的工具。

科學是StEMT課程的重心，學生只有在理解科學大概念的基礎上，才能應用知識開發(fā)技術，生成問題的解決方案。在科學大概念的統(tǒng)領下，StEMT課程的重構為有效的科學教學進一步指明了方向，它不是一種簡單的教學模型，而是一個概念框架，目的是將科學和數(shù)學與建構主義學習活動聯(lián)系起來，讓學生在提出問題和解決問題的過程中接受認知上的挑戰(zhàn)，幫助教師有效地教授科學大概念。^[4]StEMT的出現(xiàn)使得STEM發(fā)生了從原理到應用的轉變，這對美國STEM課程體系的重構和實施具有重要意義。

二、確立以大概念為內核的大挑戰(zhàn)

StEMT圍繞解決真實世界中的挑戰(zhàn)以支持科學大概念的學習。因此，StEMT課程設計的第一步是確立以大概念為內核的大挑戰(zhàn)。大挑戰(zhàn)（grand challenges）指的是當?shù)厣鐓^(qū)、國家層面或者全球范圍內還未解決的問題，如節(jié)水或改善水質問題，發(fā)現(xiàn)預防、治療腦疾病或損傷的新方法等。這些大挑戰(zhàn)都是基于現(xiàn)實的，能夠在StEMT和學生的真實生活之間建立相關性。這樣，在解決大挑戰(zhàn)的過程中，學生能夠看到StEMT在解決與他們息息相關的重要問題上的價值。

大挑戰(zhàn)是圍繞相應的跨學科大概念和學科核心概念來開展的。StEMT課程設計中的大概念分為兩類，一類是作為錨點支撐整體框架設計的跨學科大概念，另一類是統(tǒng)攝單元設計的學科核心概念。^[5]傳統(tǒng)的STEM課程可能會用這樣的問題來引導教學：“熱量是如何影響水的存在形態(tài)的？”而StEMT課程的大挑戰(zhàn)則是：“如何利用相變和物態(tài)的知識來為第三世界國家的人提供清潔的飲用水？”例如，針對水的三態(tài)（固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)）這一學習主題，教師在課程的導入部分使用傳統(tǒng)問題，當確認學生掌握了相關概念并準備好將先驗知識應用到實際問題中時，就引入基于現(xiàn)實的StEMT大挑戰(zhàn)。表1呈現(xiàn)了“清潔用水，造福地球”這一學習主題下的大挑戰(zhàn)及其對應的跨學科大概念和學科核心概念。

表1   “清潔用水，造福地球”主題學習大挑戰(zhàn)及大概念

值得注意的是，大挑戰(zhàn)的提出并不局限于課堂教學，教師可以針對不同年齡的學生在不同學校、不同社區(qū)、課后或非正式的學習場景中將大挑戰(zhàn)傳達給學生。^[6]例如，在學前階段，教師可以引導兒童提出一個問題，并作為參與者陪同兒童解決問題；在小學階段，教師可以針對某一生活場景讓學生設計一種機制或制作一種工具，如怎樣防止接取熱水時被燙傷；在中學階段，高年級學生可以獨立扮演工程師或科學家的角色，在教師提供的虛擬情境中為當?shù)厣鐓^(qū)或環(huán)境提供解決方案。

三、通過“5E”探究解決大挑戰(zhàn)

（一）“5E”教學模式的內涵

建構主義學習理論認為學生是在已有知識的基礎上建構新的知識。^[7]在知識建構的過程中，采用符合學生學習規(guī)律的、基于研究的教學模式至關重要。在科學教育領域，探究一直以來是備受推崇的教學方式?！?E”教學模式就是一種典型的探究模式，由美國生物科學課程研究會（Biological Sciences Curriculum Study，BSCS）開發(fā)，被廣泛應用于新課程材料研發(fā)和教師專業(yè)發(fā)展領域?！?E”教學模式由五個階段組成（見圖1），融合了探究性學習環(huán)境的各個方面：吸引學生參與；探究概念；讓學生對正在學習的概念進行解釋；實現(xiàn)概念和技能的遷移，讓學生將所學知識應用于新的情境中；整個過程中，師生共同評價，以達到檢驗教育成效的目的。^[8]表2呈現(xiàn)了“5E”教學模式各個階段的操作概要，教師可以據(jù)此對科學課程進行高效且有序的組織與教學。

圖1   “5E”教學模式

表2   “5E”教學模式概要^[9]

（二）“5E”融合StEMT的實際應用

在霍林和德懷爾看來，將工程置于“5E”教學模式的遷移階段是二者融合的基本前提（見圖2），因為工程既不是一個獨立的實體，也無法作為一門獨立的學科，其存在的意義是為了支持科學概念的學習。

圖2   StEMT與“5E”教學模式相融合^[10]

在“5E”教學模式下，學生解決大挑戰(zhàn)是基于已知的科學概念，從引入階段到遷移階段，對科學概念的理解不斷加深，最終形成解決真實問題的大概念。表3呈現(xiàn)了“水的凈化”這一融入工程項目的課例。在引入階段，教師提出科學問題“熱量是如何影響水的狀態(tài)的？”，以引導學生進行初步的探究。探究之后，教師根據(jù)探究結果對現(xiàn)象進行解釋。在此階段，學生能夠獲得基本的科學概念，即熱量會影響水的狀態(tài)，熱量越高，水分子之間的間隙越大。接著，教師在“5E”教學模式的遷移環(huán)節(jié)中插入一個工程設計挑戰(zhàn)，讓學生使用跨學科的方法解決基于真實情景的大挑戰(zhàn)問題——“如何利用相變和物態(tài)的知識來為第三世界國家的人提供清潔的飲用水？”。在此階段，學生在解決大挑戰(zhàn)的過程中不斷積累“像科學家一樣思考”的科學概念，即大概念，這些大概念將進一步促成問題的解決。

表3   “水的凈化”工程項目^[11]

四、啟示

綜合以上美國在STEM課程重構方面的相關經驗，從以下三個方面對我國學校STEM課程構建及教師教學提供一些啟示。

（一） 深化科學概念并統(tǒng)領教學

美國STEM課程的設計在理念、目標、過程等方面始終貫穿大概念統(tǒng)領科學教育的宗旨，并配套相關的政策支持和理論依據(jù)。用科學概念統(tǒng)領教學，一方面要把握科學概念的內涵，即體現(xiàn)專家思維、反映專家實踐的大概念，另一方面教學過程中學生除了需要理解關于自然界的科學概念，還應該知道這些用于解釋科學的概念是如何得到的，因為概念本位并非為了概念而概念，概念獲得的方式遠比概念本身重要，其本質是通過概念實現(xiàn)知識整合并撬動學習方式的轉變。^[12]

（二）以解決現(xiàn)實世界的大挑戰(zhàn)為驅動

大概念統(tǒng)領下的STEM是以解決現(xiàn)實世界的大挑戰(zhàn)為驅動，體現(xiàn)專家思維、反映專家實踐的科學教學。在解決大挑戰(zhàn)的過程中，學生面臨的問題不再是淺表化的科學問題，而是針對當?shù)厣鐓^(qū)、國家層面或者全球范圍內還未解決的問題所提出的科學問題。這些問題使學生能夠在理解基本科學概念的基礎上，發(fā)展綜合解決問題的能力。其目的不再是讓學生學會書本上的科學知識，而是與真實生活之間建立相關性，認識到STEM解決與他們息息相關的問題的價值。

（三）基于真實性的“5E”探究開展教學

StEMT課程的實施采用了基于探究的“5E”教學模式，在傳統(tǒng)的STEM課程中融入來自真實世界的工程與設計應用，以解決真實世界的大挑戰(zhàn)為驅動，構建跨學科的探究學習項目，培養(yǎng)學生更上位的科學素養(yǎng)。從教學途徑來看，要解決來自真實世界的大挑戰(zhàn)，需要多個學科的交叉運用，整合的、跨學科的“5E”教學模式即是符合STEM教學需要的方式之一。要使“5E”教學模式與大概念統(tǒng)領下STEM教學完全匹配，還需對其整個過程進行設計。通過在“5E”教學模式中嵌入工程設計挑戰(zhàn)，使工程與科學實現(xiàn)深度融合，可以更好地支持學生對科學概念的學習與理解。