國(guó)外小學(xué)STEM活動(dòng)類型與特點(diǎn)分析Word版

1、國(guó)外小學(xué)STEM活動(dòng)類型與特點(diǎn)分析-科學(xué)論文精選推薦國(guó)外小學(xué)STEM活動(dòng)類型與特點(diǎn)分析 肖 瑗 一、國(guó)外小學(xué)STEM活動(dòng)概況 世界各國(guó)課程改革在如火如荼地進(jìn)行，尤其是STEM教育（STEM教育是指科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)教育），隨著其不斷的發(fā)展，STEM課程逐漸地被納入小學(xué)科學(xué)課之中，各國(guó)相繼出臺(tái)了一系列STEM課程的發(fā)展策略和實(shí)施規(guī)劃，旨在提升學(xué)生的STEM素養(yǎng)。美國(guó)自1986年進(jìn)行STEM改革以來(lái)，一直致力于小學(xué)STEM課程及資源的開(kāi)發(fā)，很多其他國(guó)家已經(jīng)涉足STEM教育改革，出現(xiàn)了大批優(yōu)秀的STEM課程和活動(dòng)。 分析國(guó)外的小學(xué)STEM活動(dòng)，我們不難發(fā)現(xiàn)，這些活動(dòng)在設(shè)計(jì)時(shí)十分關(guān)注學(xué)生綜合應(yīng)用能

2、力的培養(yǎng)，有些活動(dòng)根據(jù)難易程度，面向小學(xué)的不同年級(jí)，為學(xué)生和教師提供了豐富的綜合性資源，包括與STEM相關(guān)的全套活動(dòng)資源及評(píng)測(cè)系統(tǒng)。有些活動(dòng)不僅面向教師和學(xué)生，還面向?qū)W生家長(zhǎng)。縱觀這些STEM活動(dòng)，大多能夠按照物質(zhì)科學(xué)、生命科學(xué)、地球與空間科學(xué)等領(lǐng)域進(jìn)行分類，另有一些活動(dòng)是跨領(lǐng)域的。 因此，雖然國(guó)外暫時(shí)沒(méi)有統(tǒng)一的教材，但已經(jīng)有了承載STEM教育和STEM活動(dòng)的平臺(tái)，STEM教育已經(jīng)得到了真正的實(shí)施。 二、STEM活動(dòng)的特征 一個(gè)好的STEM活動(dòng)，不僅要有富有吸引力的內(nèi)容，還要體現(xiàn)以學(xué)生為中心的教育理念和科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)的相互碰撞，更應(yīng)著重培養(yǎng)學(xué)生綜合解決問(wèn)題的能力和創(chuàng)新能力。因此，STE

3、M鼓勵(lì)教師在教學(xué)中體現(xiàn)這四個(gè)學(xué)科的聯(lián)系，使它們相得益彰。下面以STEM活動(dòng)“紙火箭”為例，分析科學(xué)、技術(shù)、工程與數(shù)學(xué)是如何融合的，并討論STEM活動(dòng)的主要特征。 案例：紙火箭 用兩段直徑1.5厘米的PVC電纜管和一段相同直徑的PVC彎管，將電纜管固定在一塊厚木板上，用寬膠帶將2升塑料瓶綁在管子的一端，制作成火箭發(fā)射器，做一個(gè)與管子粗細(xì)相應(yīng)的紙火箭，用腳猛踩瓶子，火箭發(fā)射了！利用坐標(biāo)紙可以間接測(cè)量出火箭發(fā)射的高度。 科學(xué)：圍繞關(guān)于空氣和氣壓的核心概念（紙火箭的工作原理） 踩壓飲料瓶時(shí)，瓶中被壓縮的空氣通過(guò)PVC管壓向紙火箭，并充滿了火箭筒。紙火箭在壓力下脫離PVC管，火箭筒中的壓縮空氣立即膨脹，

4、向后噴射，形成反作用力，推動(dòng)紙火箭向上飛行（圖1）。通過(guò)調(diào)整紙火箭的材質(zhì)、重量、大小、形狀、尾翼類型等，可以減小空氣阻力，使其飛得更高。 用兩段直徑約為1.5厘米的PVC管和一段相同直徑的PVC直角彎管按下圖（圖2）組合成管架并將其用寬膠帶固定在一塊厚木板上，用寬膠帶將2升的塑料瓶綁在管子一端，制作成火箭發(fā)射器；用彩色卡紙和膠帶制作一個(gè)與管子粗細(xì)相應(yīng)的紙火箭（圖3），使其可以在PVC管上自由轉(zhuǎn)動(dòng)，并成功發(fā)射。 工程：設(shè)計(jì)一個(gè)紙火箭，解決如何使其飛得更高的工程問(wèn)題 根據(jù)前一次紙火箭的發(fā)射效果，調(diào)整火箭發(fā)射裝置（塑料瓶大小、腳踩的力度等）和紙火箭（材質(zhì)、重量、大小、形狀、尾翼類型等），提高紙火箭發(fā)

5、射的高度。 數(shù)學(xué)：確定和控制變量，記錄、分析和解釋數(shù)據(jù)（使用傾角計(jì)和刻度表） 本活動(dòng)中紙火箭通常可以飛得很高，難以直接測(cè)量。用厚紙板卷一個(gè)紙筒，將其與量角器（圖4）粘貼在一起，在紙板量角器的中心處鉆一個(gè)孔，將系有螺母的棉線穿過(guò)并打結(jié)，制作成傾角計(jì)，用于觀測(cè)紙火箭飛行最高點(diǎn)。通過(guò)讀取紙筒上揚(yáng)的角度（圖5），測(cè)量觀測(cè)者與火箭發(fā)射器之間的距離，利用下圖中的刻度表（圖6），畫(huà)出傾角線，即可讀出紙火箭的飛行高度。 在一個(gè)STEM活動(dòng)中，科學(xué)一般涉及的是圍繞的科學(xué)概念，而技術(shù)和數(shù)學(xué)作為一種工具，在所有的科學(xué)活動(dòng)中都應(yīng)是不可或缺的。工程是一門行動(dòng)的學(xué)科，目的是產(chǎn)生實(shí)際效果，它解決的是“做什么”和“怎么做”的

6、問(wèn)題關(guān)注的是特殊性和具體情況，主要是用于設(shè)計(jì)滿足需求的產(chǎn)品、工藝或體系的系統(tǒng)性的、可重復(fù)的途徑和方法。 “紙火箭”活動(dòng)是一個(gè)將科學(xué)、技術(shù)和數(shù)學(xué)融入“問(wèn)題解決（工程）”活動(dòng)的很好的例子。在這個(gè)活動(dòng)中，首先要明確規(guī)范和限制條件，對(duì)紙火箭進(jìn)行設(shè)計(jì)，而后測(cè)試并改進(jìn)紙火箭。這類STEM活動(dòng)既滿足工程活動(dòng)重復(fù)性（不斷調(diào)整）的特點(diǎn)，又能滿足系統(tǒng)性（包含一定的步驟）的特點(diǎn)。“紙火箭”的制作涉及如下流程：明確制作要求（確定設(shè)計(jì)需求）、討論（了解相關(guān)知識(shí)，提出解決方案）、設(shè)計(jì)可行方案、選材制作、測(cè)試、改進(jìn)、展示與交流。該制作過(guò)程也充分體現(xiàn)了跨學(xué)科、注重應(yīng)用的教學(xué)，學(xué)生嘗試去解決有意義的問(wèn)題，并了解事物是如何工作的

7、，培養(yǎng)的是學(xué)生創(chuàng)造性地解決問(wèn)題的能力。 由此可以歸納出STEM活動(dòng)的幾個(gè)特征：跨學(xué)科、應(yīng)用型、結(jié)合動(dòng)手做和基于問(wèn)題的學(xué)習(xí)。STEM活動(dòng)中要能夠解決問(wèn)題并將各種想法以富有創(chuàng)造力的方式付諸實(shí)踐。 三、STEM活動(dòng)的典型類型 1限制實(shí)驗(yàn)材料的半開(kāi)放式STEM活動(dòng) STEM活動(dòng)中的科學(xué)概念是一條隱形的線索，而圍繞這條隱形的線索，利用不同的材料，STEM活動(dòng)的設(shè)計(jì)可以有多種形式。一般來(lái)說(shuō)，此類活動(dòng)都是限制實(shí)驗(yàn)材料及數(shù)量的，而同種類型的STEM活動(dòng)，根據(jù)材料可以有多種形式。并且，為了規(guī)范活動(dòng)的進(jìn)行，通常設(shè)置一些限制條件?；顒?dòng)中創(chuàng)設(shè)的情境能很好地吸引學(xué)生的興趣。下面以“結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固性”為例。 案例：搭建一座手

8、機(jī)信號(hào)塔 待解決的問(wèn)題：手機(jī)信號(hào)塔通常很難看 任務(wù)： (1)成立一個(gè)設(shè)計(jì)小組。 (2)開(kāi)發(fā)一個(gè)可能的解決方案。 (3)設(shè)計(jì)一個(gè)手機(jī)信號(hào)塔。 (4)制作這個(gè)信號(hào)塔。 (5)測(cè)試。 限制條件： (1)必須在桌面上搭建。 (2)必須能在頂端放一個(gè)乒乓球（發(fā)射塔接收機(jī)發(fā)射機(jī)）。 (3)必須至少75cm高。 (4)必須看起來(lái)很好看。 (5)必須能抵擋得住強(qiáng)風(fēng)。 (6)必須在10分鐘之內(nèi)完成。 材料：10根棍子、6個(gè)回形針、6根橡皮筋、I米長(zhǎng)的棉線、50cm長(zhǎng)的遮蔽膠帶、1個(gè)乒乓球。 情境：滿足所有條件的最好的設(shè)計(jì)小組將獲得國(guó)家的承建合同，建造1000座信號(hào)塔。合同價(jià)格5億美元。 拓展：其他類型的塔還有：

9、 (1)用20根意大利面、一米長(zhǎng)的膠帶、一米棉線和一大塊棉花糖搭建一座盡可能高的塔。 (2)用40根牙簽和一大塊橡皮泥搭建一座盡可能高的塔。 (3)用20張索引卡和Im長(zhǎng)的遮蔽膠帶搭建一座盡可能高的塔。 (4)用一張A4卡紙和Im長(zhǎng)的遮蔽膠帶搭建一座盡可能高的塔。 (5)用一盒鋁箔（約2.3m2）搭建一座盡可能高的塔。 2不限制實(shí)驗(yàn)材料的開(kāi)放式STEM活動(dòng) 在不限制實(shí)驗(yàn)材料的STEM活動(dòng)中，學(xué)生能夠嘗試任何解決方案，來(lái)使成品具備某種功能。此類活動(dòng)更能鍛煉學(xué)生以不同的方式制作事物的能力。下面以活動(dòng)“制作一朵能開(kāi)合的花”為例。 案例：你怎樣制作一朵能開(kāi)合的花？ 待解決的問(wèn)題：制作一朵能開(kāi)合的花 任

10、務(wù)：構(gòu)建一朵假想的或真實(shí)的花，并且是一朵能開(kāi)合的花。（如果有學(xué)生想要制作一朵真實(shí)的花的模型，可以讓他們到室外去觀察活的植物，這將使他們知道他們的花在什么季節(jié)開(kāi)，它生存在哪種環(huán)境下。） (1) PPT展示不同花的圖片。 (2)畫(huà)出設(shè)計(jì)圖。 (3)用任何不同的材料構(gòu)建一朵能開(kāi)合的花。 (4)給你的花取個(gè)名字。 (5)想想它有哪些特征：花的雄蕊在哪里？它是如何授粉的？它如何傳播種子？它會(huì)結(jié)出哪種果實(shí)？它什么時(shí)候開(kāi)花？它在冬天會(huì)發(fā)生什么？ (6)為你的花撰寫一份報(bào)告 材料：可使用用于建模的任何材料，吸管、紙、織物、模型面泥等。 拓展：其他類型的開(kāi)放式活動(dòng)還有： (1)你怎樣制作一個(gè)能緩慢降落的物體？

11、(2)你怎樣使熱水保溫更長(zhǎng)時(shí)間？或者使冰塊維持最長(zhǎng)時(shí)間不融化？ (3)你怎樣制作一輛小車或小船并讓它動(dòng)起來(lái)？ (4)你怎樣增大或減小你手機(jī)發(fā)出的聲音？ (5)你怎樣制作一個(gè)飛得盡可能快的“氣球火箭”？ 四、兩類srrEM活動(dòng)的優(yōu)勢(shì)和可能存在的問(wèn)題 由上述兩類STEM活動(dòng)不難看出，STEM活動(dòng)不僅是跨學(xué)科的，還充分體現(xiàn)了工程技術(shù)的“多維性”，即一個(gè)問(wèn)題多種解決方案。并且，在融人工程和技術(shù)時(shí)，STEM課堂活動(dòng)應(yīng)當(dāng)是富有，啟發(fā)性和創(chuàng)造力的，設(shè)計(jì)STEM課堂活，動(dòng)時(shí)視野應(yīng)該是開(kāi)放的，問(wèn)題的提出應(yīng)當(dāng)貼近學(xué)生生活、能引發(fā)學(xué)生研究興趣，并且可以用多種方式進(jìn)行研究。 限制實(shí)驗(yàn)材料的半開(kāi)放式STEM活動(dòng)限制了實(shí)驗(yàn)材料，優(yōu)勢(shì)在于準(zhǔn)備材料和課程所需的時(shí)間較短，在有限的時(shí)間內(nèi)讓學(xué)生利用規(guī)定的材料集中思考更多的解決方案，最終獲得的方案會(huì)更為豐富多樣、更有針對(duì)性，同時(shí)，學(xué)生要根據(jù)限制條件得到一個(gè)最佳方案，對(duì)學(xué)生批判性思維的鍛煉起到推動(dòng)作用。 而不限制實(shí)驗(yàn)材料的開(kāi)放式STEM活動(dòng)問(wèn)題在于需要讓學(xué)生自主搜集實(shí)驗(yàn)材料，耗費(fèi)的時(shí)間較長(zhǎng)，并且課程所需時(shí)間也較長(zhǎng)?？赡艿那闆r是，雖然耗費(fèi)了大量的時(shí)間，學(xué)生最后的成果并不豐富，過(guò)多的材料會(huì)影響學(xué)生的思路，容易造成混亂。但優(yōu)勢(shì)在于，學(xué)生在搜集材料的過(guò)程中就能思考解決方案