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STEM課程及案例 2017 8 23 此PPT已經(jīng)放在公共郵箱密碼 ligaofeng222請(qǐng)?jiān)诮裉?明天兩天內(nèi)下載 1 一 頂層設(shè)計(jì) 中國(guó)學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng) 作者 核心素養(yǎng)研究課題組期刊 中國(guó)教育學(xué)刊 2016年10期P1 3 2 一 頂層設(shè)計(jì) 義務(wù)教育生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn) 2011年版 課程性質(zhì) 重申了 科學(xué)課 的課程性質(zhì)意味著什么 強(qiáng)調(diào)包括生物學(xué)教師在內(nèi)的所有教師及學(xué)生 不要再把生物學(xué)當(dāng)成 文科 來(lái)學(xué)習(xí)不要片面地認(rèn)為 生物學(xué)就是一門(mén)背誦 記憶的學(xué)科學(xué)習(xí)方法主動(dòng)參與學(xué)習(xí)過(guò)程 在親歷提出問(wèn)題 獲取信息 尋找證據(jù) 檢驗(yàn)假設(shè) 發(fā)現(xiàn)規(guī)律等過(guò)程中生物學(xué)知識(shí)養(yǎng)成理性思維的習(xí)慣 形成積極的科學(xué)態(tài)度 發(fā)展終身學(xué)習(xí)的能力 3 一 頂層設(shè)計(jì) 普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn) 2017年版 4 二 STEM教育的起源 STEMS是Science 科學(xué) 的首字母T是Technology 技術(shù) 的首字母E是Engineering 工程 的首字母M是Mathematics 數(shù)學(xué) 的首字母 5 二 STEM教育的起源 STEM教育起源于美國(guó)20世紀(jì)50年代 提出 科學(xué)素養(yǎng) 概念國(guó)民的科學(xué)素養(yǎng)是提升國(guó)家綜合實(shí)力的關(guān)鍵科學(xué)是萬(wàn)能的1975年 提出 技術(shù)素養(yǎng) 概念科學(xué)教育的主要目標(biāo)科學(xué)素養(yǎng)技術(shù)素養(yǎng) 6 二 STEM教育的起源 STEM教育起源于美國(guó)科學(xué)回答 是什么 和 為什么 的問(wèn)題揭示自然的本質(zhì)和內(nèi)在規(guī)律目的在于認(rèn)識(shí)自然技術(shù)回答 做什么 和 怎么做 的問(wèn)題滿足社會(huì)生產(chǎn)和生活的實(shí)際需要目的在于改造自然 7 二 STEM教育的起源 STEM教育起源于美國(guó)科學(xué)素養(yǎng)是指對(duì)在日常生活 社會(huì)事務(wù)以及個(gè)人決策中所需要的科學(xué)概念和科學(xué)方法的認(rèn)識(shí)和理解 并在此基礎(chǔ)上所形成的穩(wěn)定的心理品質(zhì)技術(shù)素養(yǎng)包括理解技術(shù)的能力 使用技術(shù)的能力 管理技術(shù)的能力和參與技術(shù)活動(dòng) 8 二 STEM教育的起源 STEM教育起源于美國(guó)1986年 美國(guó)國(guó)家科學(xué)委員會(huì)首次提出SMET教育SMET是STEM的開(kāi)端20世紀(jì)90年代美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)首次使用 STEM 2001年后 STEM逐漸取代SMET出現(xiàn)在總統(tǒng)發(fā)言改革政策和項(xiàng)目法律 9 水果電池 自然界中存在著許多活的 發(fā)電機(jī) 例如電鰩 電鰻 它們能夠產(chǎn)生天然的電流 用于防御天敵 捕獲獵物等 以更好地在自然界中生存 案例 水果電池 電鰩 10 電鰩 11 水果電池 案例 生物學(xué)知識(shí) 細(xì)胞中的水結(jié)合水 與細(xì)胞內(nèi)的其他物質(zhì)相結(jié)合自由水 以游離的形式存在 可以自由流動(dòng)細(xì)胞中的無(wú)機(jī)鹽陽(yáng)離子 Na K Ca Mg2 Fe2 Fe3 陰離子 Cl SO42 PO43 HCO3 12 水果電池 原理水果中的酸性液體相當(dāng)于電解質(zhì)溶液 由于銅和鋅 鎂 的金屬活性不同 其中較活潑的金屬鋅 鎂 能置換出酸性液體中的氫離子 鋅電極上的鋅單質(zhì)脫去電子形成鋅離子 進(jìn)入酸性液體中 脫去的電子通過(guò)導(dǎo)線流到銅電極 與酸性溶液中的氫離子結(jié)合 形成氫氣分子 導(dǎo)線中的電流驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管工作 案例 水果電池 13 水果電池 材料用具蘋(píng)果 檸檬 西紅柿等新鮮多汁的水果 可樂(lè) 1 5V堿性干電池2節(jié) 1 5V螺口小電珠 大頭針 銅片若干 鋅片若干 導(dǎo)線若干 水杯 鱷魚(yú)夾線 發(fā)光二極管 數(shù)字時(shí)鐘 案例 水果電池 14 水果電池 案例 水果電池 15 水果電池 案例 串聯(lián)電池 16 水果電池 案例 可樂(lè)電池 17 三 陜師大開(kāi)發(fā)的課程 18 三 陜西師大開(kāi)發(fā)的課程 19 三 陜西師大開(kāi)發(fā)的課程 20 三 陜西師大開(kāi)發(fā)的課程 21 三 陜西師大開(kāi)發(fā)的課程 22 三 陜西師大開(kāi)發(fā)的課程 23 三 陜西師大開(kāi)發(fā)的課程 24 三 陜西師大開(kāi)發(fā)的課程 25 奇特的眼睛 瞳孔 是動(dòng)物或人眼睛內(nèi)虹膜中心的小圓孔 為光線進(jìn)入眼睛的通道 虹膜上瞳孔括約肌的收縮可以使瞳孔縮小 瞳孔開(kāi)大肌的收縮使瞳孔散大 瞳孔的開(kāi)大與縮小控制進(jìn)入瞳孔的光量 案例 26 奇特的眼睛 虹膜呈圓盤(pán)狀 中央有瞳孔 位于角膜和晶狀體之間顏色因含色素的多少和分布而異 中國(guó)人 棕色 含兩種平滑肌纖維瞳孔開(kāi)大肌 收縮時(shí)瞳孔開(kāi)大瞳孔括約肌 收編時(shí)使瞳孔縮小 案例 27 奇特的眼睛 案例 28 奇特的眼睛 生理盲點(diǎn)黃斑鼻側(cè)約3mm處有一直徑為1 5mm的淡紅色區(qū) 為視盤(pán) 亦稱視乳頭 是視網(wǎng)膜上視覺(jué)纖維匯集向視覺(jué)中樞傳遞的出眼球部位 無(wú)感光細(xì)胞 故視野上呈現(xiàn)為固有的暗區(qū) 稱生理盲點(diǎn) 案例 29 奇特的眼睛 被檢查者遮閉左眼 用右眼注視圖中的 十 符號(hào) 將圖從正前方30cm距離處開(kāi)始向眼前移動(dòng) 當(dāng)緩緩移到眼前18cm左右時(shí) 被檢查者視野中原有的黑色圓點(diǎn)忽然消失了 若將圖形繼續(xù)前移 黑點(diǎn)又會(huì)出現(xiàn) 案例 30 奇特的眼睛 一只眼睛的距離感用兩只眼睛可以輕松定位事物的空間位置 而一只眼是不能很好的判斷空間距離 案例 31 奇特的眼睛 跳眼法因?yàn)閮赏椎拈g隔和臂長(zhǎng)的比值約為一比十 結(jié)合相似性三角形原理 目標(biāo)區(qū)域被測(cè)物的尺寸與目標(biāo)距站立點(diǎn)的距離比值也約為一比十 所以通過(guò)估判目標(biāo)區(qū)域被測(cè)物的尺寸大小乘以10 就得出了站立點(diǎn)至目標(biāo)的距離 案例 32 跳眼法 案例 33 奇特的眼睛 墻上的圓 案例 34 奇特的眼睛 體驗(yàn)視覺(jué)暫留現(xiàn)象 案例 35 四 STEM課程的特征 跨學(xué)科 1 STEM是分科的數(shù)學(xué) 物理 化學(xué) 生物 地理學(xué)科科學(xué) 技術(shù) 工程和數(shù)學(xué)四門(mén)獨(dú)立的學(xué)科領(lǐng)域 2 STEM是整合的STEM教育并不是科學(xué) 技術(shù) 工程和數(shù)學(xué)教育的簡(jiǎn)單疊加 而是要將四門(mén)學(xué)科內(nèi)容組合成有機(jī)整體 36 四 STEM課程的特征 跨學(xué)科元學(xué)科 meta discipline 教育跨越學(xué)科界限利用科學(xué) 技術(shù) 工程 數(shù)學(xué)學(xué)科相互關(guān)聯(lián)的知識(shí) 多學(xué)科知識(shí)綜合應(yīng)用 將重心放在特定問(wèn)題上 解決實(shí)際問(wèn)題 37 四 STEM課程的特征 趣味性問(wèn)題有趣具有挑戰(zhàn)性與學(xué)生生活相關(guān)激發(fā)學(xué)習(xí)者內(nèi)在的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)問(wèn)題的解決能讓學(xué)生有成就感STEM教育內(nèi)容游戲化 38 四 STEM課程的特征 體驗(yàn)性不僅主張學(xué)習(xí)概念 原理 更強(qiáng)調(diào)動(dòng)手做 做中學(xué) Learningbydoing 聽(tīng)科學(xué) 看科學(xué) 做科學(xué)在參與 體驗(yàn)中習(xí)得知識(shí)的方式有深刻影響 39 四 STEM課程的特征 情境性不教授孤立 抽象的學(xué)科知識(shí)強(qiáng)調(diào)把知識(shí)還原于豐富的生活結(jié)合生活中有趣 具有挑戰(zhàn)的問(wèn)題學(xué)生辨識(shí)問(wèn)題本質(zhì)學(xué)生解決問(wèn)題 40 仿制公道杯 虹吸式口器鱗翅目成蟲(chóng)所特有包括蛾 蝶兩類昆蟲(chóng)成蟲(chóng)多以花蜜等作為補(bǔ)充營(yíng)養(yǎng)如 桃小食心蟲(chóng) 蘋(píng)果小卷葉蛾 棉鈴蟲(chóng) 菜粉蝶 小菜蛾 印度谷螟顯著特點(diǎn)是具有一條能彎曲和伸展的喙 適于吸食花管底部的花蜜 案例 41 仿制公道杯 公道杯是一件既有科學(xué)技術(shù)原理 也富含人生哲理的盛酒器具 相傳 此杯是唐王朝的傳家寶 喻意為 凡事要適度 不可過(guò)貪 否則將一無(wú)所得 案例 42 仿制公道杯 原理虹吸原理 簡(jiǎn)稱虹吸 是利用液面高度差的作用力現(xiàn)象 將液體充滿一根倒U形的管狀結(jié)構(gòu)內(nèi)后 將開(kāi)口的一端置于裝滿液體的容器中 容器內(nèi)的液體會(huì)持續(xù)通過(guò)虹吸管從開(kāi)口于更低的位置流出 案例 43 仿制公道杯 原理事實(shí)上 虹吸作用并不完全是由大氣壓力所產(chǎn)生的 在真空里也能產(chǎn)生虹吸現(xiàn)象 使液體向上升的力是液體間分子的內(nèi)聚力 在發(fā)生虹吸現(xiàn)象時(shí) 由于管內(nèi)往外流的液體 比流入管內(nèi)的液體多 兩邊的重力不平衡 所以液體就會(huì)繼續(xù)沿一個(gè)方向流動(dòng) 在正常的大氣壓下 虹吸管的作用比在真空時(shí)好 因?yàn)閮蛇吂芸谏纤艿降拇髿鈮禾岣吡苏麄€(gè)虹吸管內(nèi)部的壓力 案例 44 仿制公道杯 案例 45 四 STEM課程的特征 協(xié)作性強(qiáng)調(diào)群體協(xié)同相互幫助 相互啟發(fā)真實(shí)問(wèn)題 真實(shí)任務(wù)學(xué)習(xí)環(huán)境的四大要素情境協(xié)作會(huì)話意義建構(gòu) 46 四 STEM課程的特征 設(shè)計(jì)性設(shè)計(jì)作品模型物理模型數(shù)學(xué)模型概念模型技術(shù)和工程 47 四 STEM課程的特征 藝術(shù)性STEAM教育A Art藝術(shù)狹義 美術(shù) 音樂(lè)廣義 人文教育 社會(huì)教育強(qiáng)調(diào)在科學(xué)教育中增加人文科學(xué)和社會(huì)科學(xué)教育 48 四 STEM課程的特征 藝術(shù)性人文科學(xué) 以人類的精神世界及其沉淀的精神文化為對(duì)象的科學(xué)文學(xué) 歷史學(xué) 哲學(xué)及其衍生出來(lái)的美學(xué) 宗教學(xué) 倫理學(xué) 文化學(xué) 藝術(shù)學(xué) 語(yǔ)言學(xué)社會(huì)科學(xué) 以人類社會(huì)為研究對(duì)象的科學(xué)經(jīng)濟(jì)學(xué) 社會(huì)學(xué) 政治學(xué) 法學(xué) 軍事學(xué) 教育學(xué) 民族學(xué) 宗教學(xué) 49 四 STEM課程的特征 實(shí)證性科學(xué)區(qū)別于其他學(xué)科的重要方面科學(xué)探究提出問(wèn)題作出假設(shè)制訂計(jì)劃實(shí)施計(jì)劃得出結(jié)論表達(dá)交流 50 DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型 DNA平面模型 案例 51 DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型 DNA平面模型 案例 52 DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型 DNA平面模型 案例 53 DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型 DNA立體模型 案例 54 DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型 多核苷酸鏈的兩個(gè)螺旋圍繞著一個(gè)共同的軸旋轉(zhuǎn) 右手螺旋 多核苷酸鏈通過(guò)磷酸和戊糖的3 5 碳相連而成 嘌呤堿和嘧啶堿在雙螺旋內(nèi)部 而磷酸和核糖則在外部 案例 55 DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型 螺旋的直徑約為2nm 相鄰的堿基之間相距0 34nm并沿軸旋轉(zhuǎn)36度 每個(gè)螺旋每隔10個(gè)堿基之后 即相距3 4nm之后 又轉(zhuǎn)回原位置兩條鏈?zhǔn)怯蓧A基對(duì)之間的氫鍵連在一起的 A T G C 多核苷酸中堿基的序列不受任何限制 案例 56 DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型 用編繩法制作DNA模型用三根鞋帶編結(jié)的 案例 57 DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型 用其他材料編結(jié)的 編中國(guó)結(jié)的線 哪個(gè)正確 哪一個(gè)是右手螺旋 案例 58 五 STEM教育的目的 代替部分 純 科學(xué)教育純科學(xué) 物理 化學(xué) 生物 地理學(xué)科之間的割裂科學(xué) 技術(shù)相互割裂元學(xué)科 meta discipline 教育 59 五 STEM教育的目的 加深對(duì)科學(xué)理論的理解 美國(guó)國(guó)家科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn) 惰性知識(shí) 是一種支離破碎的知識(shí)活性知識(shí) 是一種具有良好結(jié)構(gòu)的知識(shí)活性知識(shí)注重學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解 推理和應(yīng)用 60 五 STEM教育的目的 增強(qiáng)人文素養(yǎng) 形成健康的價(jià)值觀STEM教育是延伸和擴(kuò)展的 STEAMScience 科學(xué) Technology 技術(shù) Engineering 工程 Art 藝術(shù) Mathematics 數(shù)學(xué) 的首字母 61 五 STEM教育的目的 增強(qiáng)人文素養(yǎng) 形成健康的價(jià)值觀反映了社會(huì)或個(gè)體對(duì)于文化精神的追求與社會(huì)文明狀況密切關(guān)聯(lián)人文底蘊(yùn) 1 人文積淀 具有古今中外人文領(lǐng)域基本知識(shí)和成果的積累 2 人文情懷 關(guān)切人的生存 發(fā)展和幸福 3 審美情趣 發(fā)現(xiàn) 感知 欣賞 評(píng)價(jià)美的意識(shí)和基本能力 62 倒流壺這種壺不光能讓水 倒流 塵土異物不易落入 更加衛(wèi)生更不必?fù)?dān)心壺蓋會(huì)掉落摔碎最主要的是增加了使用者的樂(lè)趣 案例 63 倒流壺結(jié)構(gòu)原理 案例 64 五 STEM教育的目的 培養(yǎng)理性思維 提升科學(xué)實(shí)踐能力 65 五 STEM教育的目的 培養(yǎng)理性思維 提升科學(xué)實(shí)踐能力理性思維崇尚真知 能理解和掌握基本的科學(xué)原理和方法尊重事實(shí)和證據(jù) 有實(shí)證意識(shí)和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)那笾獞B(tài)度邏輯清晰 能運(yùn)用科學(xué)的思維方式認(rèn)識(shí)事物 解決問(wèn)題 指導(dǎo)行為等 66 五 STEM教育的目的 養(yǎng)成主動(dòng)學(xué)習(xí)意識(shí) 促進(jìn)個(gè)體意義感學(xué)習(xí)在本質(zhì)上即為一種通過(guò)探究外部世界 構(gòu)筑主體意識(shí)的實(shí)踐活動(dòng)充分體現(xiàn)出學(xué)習(xí)的實(shí)踐屬性 更能夠激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主體性學(xué)生把學(xué)習(xí)的狀態(tài)從被動(dòng)地學(xué)習(xí)識(shí)記 理解知識(shí)轉(zhuǎn)為主動(dòng)實(shí)踐 67 五 STEM教育的目的 養(yǎng)成主動(dòng)學(xué)習(xí)意識(shí) 促進(jìn)個(gè)體意義感學(xué)會(huì)學(xué)習(xí)具有積極的學(xué)習(xí)態(tài)度和濃厚的學(xué)習(xí)興趣能養(yǎng)成良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣 掌握適合自身的學(xué)習(xí)方法能自主學(xué)習(xí) 具有終身學(xué)習(xí)的意識(shí)和能力 68 紙的趣味實(shí)驗(yàn) 案例 紙的趣味實(shí)驗(yàn) 搭桌子 69 紙的趣味實(shí)驗(yàn) 紙與生物學(xué) 嵴 的模擬一把剪刀 一張A4紙 你能剪出都多大的紙環(huán) 案例 70 紙的趣味實(shí)驗(yàn) 案例 而通過(guò)下面的方法 你可以剪出更大的圓環(huán) 71 紙的趣味實(shí)驗(yàn) 紙與生物學(xué) 爬行高手 的秘密壁虎可以說(shuō)是動(dòng)物界爬行能力最強(qiáng)的動(dòng)物 強(qiáng)到甚至可以在光滑的玻璃上爬行 為什么壁虎在光滑的玻璃上都能 健步如飛 呢 壁虎能在光滑的玻璃上自由行走 主要是靠它前肢和后肢的指 趾 它們的前后肢每一個(gè)指 趾端都有一褶一褶的瓣 瓣與瓣間形成一條條溝稱之為吸盤(pán) 它們就靠這些吸盤(pán)來(lái)增加指趾與玻璃面之間的摩擦 因此它能在光滑的玻璃上行走而不會(huì)掉下來(lái) 案例 72 紙的趣味實(shí)驗(yàn) 紙與生物學(xué) 爬行高手 的秘密壁虎可以說(shuō)是動(dòng)物界爬行能力最強(qiáng)的動(dòng)物 強(qiáng)到甚至可以在光滑的玻璃上爬行 為什么壁虎在光滑的玻璃上都能 健步如飛 呢 案例 73 紙的趣味實(shí)驗(yàn) 莫比烏斯環(huán)公元1858年 德國(guó)數(shù)學(xué)家莫比烏斯 Mobius 1790 1868 和約翰 李斯丁發(fā)現(xiàn)的莫比烏斯環(huán)只有一個(gè)面 即單側(cè)曲面 一只小蟲(chóng)可以爬遍整個(gè)曲面而不必跨過(guò)它的邊緣 也就是說(shuō) 它的曲面只有一個(gè) 案例 74 五 STEM教育的目的 形成責(zé)任意識(shí)和團(tuán)隊(duì)精神意識(shí)到自己的分工和責(zé)任 以及自己在學(xué)習(xí)共同體中所分配的角色主動(dòng)作為 履職盡責(zé) 對(duì)自我和他人負(fù)責(zé)勇于承擔(dān)責(zé)任 激發(fā)團(tuán)隊(duì)精神 75 五 STEM教育的目的 形成責(zé)任意識(shí)和團(tuán)隊(duì)精神責(zé)任擔(dān)當(dāng)敬業(yè)奉獻(xiàn) 具有團(tuán)隊(duì)意識(shí)和互助精神能主動(dòng)作為 履職盡責(zé) 對(duì)自我和他人負(fù)責(zé)能明辨是非 具有規(guī)則與法治意識(shí)熱愛(ài)并尊重自然 具有綠色生活方式和可持續(xù)發(fā)展理念及行動(dòng) 76 五 STEM教育的目的 塑造創(chuàng)新意識(shí)和應(yīng)對(duì)社會(huì)挑戰(zhàn)解決問(wèn)題善于發(fā)現(xiàn)和提出問(wèn)題 有解決問(wèn)題的興趣和熱情能依據(jù)特定情境和具體條件 選擇制訂合理的解決方案具有在復(fù)雜環(huán)境中行動(dòng)的能力 77 五 STEM教育的目的 塑造創(chuàng)新意識(shí)和應(yīng)對(duì)社會(huì)挑戰(zhàn)運(yùn)用技術(shù)理解技術(shù)與人類文明的有機(jī)聯(lián)系具有學(xué)習(xí)掌握技術(shù)的興趣和意愿具有工程思維 能將創(chuàng)意和方案轉(zhuǎn)化為有形物品或?qū)σ延形锲愤M(jìn)行改進(jìn)與優(yōu)化 78 良心壺 案例 79 鳳鳴壺 鳳鳴壺 是以鳳為型體 牡丹飾身的陶瓷酒具 當(dāng)壺中盛酒倒出時(shí)發(fā)聲似鳳鳴 故得此名 案例 80 八 案例1 紙折DNA模型 用折紙法制作DNA模型 案例 81 案例 82 八 案例2 眼見(jiàn)為實(shí)嗎 視覺(jué)錯(cuò)覺(jué)錯(cuò)覺(jué)是指人們對(duì)外界事物的不正確的感覺(jué)或知覺(jué)最常見(jiàn)的是視覺(jué)方面的錯(cuò)覺(jué)產(chǎn)生錯(cuò)覺(jué)的原因有很多物體本身特點(diǎn)的影響觀察者生理心理上的因素光的性質(zhì) 83 八 案例2 眼見(jiàn)為實(shí)嗎 變色 的方格 由于方格所在的背景色不同 觀察者會(huì)將同一種灰色看成是深灰色和淺灰色兩種 84 八 案例2 眼見(jiàn)為實(shí)嗎 判斷大小 由于內(nèi)圓周圍分別圍繞的是更大的圓 更小的圓 觀察者會(huì)誤以為是大小不一的圓 85 八 案例2 眼見(jiàn)為實(shí)嗎 判斷大小 86 八 案例2 眼見(jiàn)為實(shí)嗎 判斷大小 兩個(gè)長(zhǎng)方形大小比較和三個(gè)人身高的比較實(shí)驗(yàn)中 由于它們所處的背景是一個(gè)逐漸收縮的視野 所以人們會(huì)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)判斷遠(yuǎn)處的物體大于近處的物體 87 八 案例2 眼見(jiàn)為實(shí)