國外小學STEM活動類型與特點分析

1、.國外小學STEM活動類型與特點分析-科學論文國外小學STEM活動類型與特點分析 肖 瑗一、國外小學STEM活動概況世界各國課程改革在如火如荼地進行，尤其是STEM教育（STEM教育是指科學、技術、工程和數(shù)學教育），隨著其不斷的發(fā)展，STEM課程逐漸地被納入小學科學課之中，各國相繼出臺了一系列STEM課程的發(fā)展策略和實施規(guī)劃，旨在提升學生的STEM素養(yǎng)。美國自1986年進行STEM改革以來，一直致力于小學STEM課程及資源的開發(fā)，很多其他國家已經涉足STEM教育改革，出現(xiàn)了大批優(yōu)秀的STEM課程和活動。分析國外的小學STEM活動，我們不難發(fā)現(xiàn)，這些活動在設計時十分關注學生綜合應用能力的培養(yǎng)，有

2、些活動根據(jù)難易程度，面向小學的不同年級，為學生和教師提供了豐富的綜合性資源，包括與STEM相關的全套活動資源及評測系統(tǒng)。有些活動不僅面向教師和學生，還面向學生家長?？v觀這些STEM活動，大多能夠按照物質科學、生命科學、地球與空間科學等領域進行分類，另有一些活動是跨領域的。因此，雖然國外暫時沒有統(tǒng)一的教材，但已經有了承載STEM教育和STEM活動的平臺，STEM教育已經得到了真正的實施。二、STEM活動的特征一個好的STEM活動，不僅要有富有吸引力的內容，還要體現(xiàn)以學生為中心的教育理念和科學、技術、工程、數(shù)學的相互碰撞，更應著重培養(yǎng)學生綜合解決問題的能力和創(chuàng)新能力。因此，STEM鼓勵教師在教學中

3、體現(xiàn)這四個學科的聯(lián)系，使它們相得益彰。下面以STEM活動“紙火箭”為例，分析科學、技術、工程與數(shù)學是如何融合的，并討論STEM活動的主要特征。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，做一個與管子粗細相應的紙火箭，用腳猛踩瓶子，火箭發(fā)射了！利用坐標紙可以間接測量出火箭發(fā)射的高度?？茖W：圍繞關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，瓶中被壓縮的空氣通過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，向后噴射，形成反作用力，推

4、動紙火箭向上飛行（圖1）。通過調整紙火箭的材質、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與管子粗細相應的紙火箭（圖3），使其可以在PVC管上自由轉動，并成功發(fā)射。工程：設計一個紙火箭，解決如何使其飛得更高的工程問題根據(jù)前一次紙火箭的發(fā)射效果，調整火箭發(fā)射裝置（塑料瓶大小、腳踩的力度等）和紙火箭（材質、重量、大小、形狀、尾翼類型等），提高紙火箭發(fā)射的高度。數(shù)學：確定和控制變量，

5、記錄、分析和解釋數(shù)據(jù)（使用傾角計和刻度表）本活動中紙火箭通?？梢燥w得很高，難以直接測量。用厚紙板卷一個紙筒，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孔，將系有螺母的棉線穿過并打結，制作成傾角計，用于觀測紙火箭飛行最高點。通過讀取紙筒上揚的角度（圖5），測量觀測者與火箭發(fā)射器之間的距離，利用下圖中的刻度表（圖6），畫出傾角線，即可讀出紙火箭的飛行高度。在一個STEM活動中，科學一般涉及的是圍繞的科學概念，而技術和數(shù)學作為一種工具，在所有的科學活動中都應是不可或缺的。工程是一門行動的學科，目的是產生實際效果，它解決的是“做什么”和“怎么做”的問題關注的是特殊性和具體情況，主要是用

6、于設計滿足需求的產品、工藝或體系的系統(tǒng)性的、可重復的途徑和方法。“紙火箭”活動是一個將科學、技術和數(shù)學融入“問題解決（工程）”活動的很好的例子。在這個活動中，首先要明確規(guī)范和限制條件，對紙火箭進行設計，而后測試并改進紙火箭。這類STEM活動既滿足工程活動重復性（不斷調整）的特點，又能滿足系統(tǒng)性（包含一定的步驟）的特點?！凹埢鸺钡闹谱魃婕叭缦铝鞒蹋好鞔_制作要求（確定設計需求）、討論（了解相關知識，提出解決方案）、設計可行方案、選材制作、測試、改進、展示與交流。該制作過程也充分體現(xiàn)了跨學科、注重應用的教學，學生嘗試去解決有意義的問題，并了解事物是如何工作的，培養(yǎng)的是學生創(chuàng)造性地解決問題的能力。由

7、此可以歸納出STEM活動的幾個特征：跨學科、應用型、結合動手做和基于問題的學習。STEM活動中要能夠解決問題并將各種想法以富有創(chuàng)造力的方式付諸實踐。三、STEM活動的典型類型1限制實驗材料的半開放式STEM活動STEM活動中的科學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活動的設計可以有多種形式。一般來說，此類活動都是限制實驗材料及數(shù)量的，而同種類型的STEM活動，根據(jù)材料可以有多種形式。并且，為了規(guī)范活動的進行，通常設置一些限制條件?；顒又袆?chuàng)設的情境能很好地吸引學生的興趣。下面以“結構的穩(wěn)固性”為例。案例：搭建一座手機信號塔待解決的問題：手機信號塔通常很難看任務：

8、(1)成立一個設計小組。(2)開發(fā)一個可能的解決方案。(3)設計一個手機信號塔。(4)制作這個信號塔。(5)測試。限制條件：(1)必須在桌面上搭建。(2)必須能在頂端放一個乒乓球（發(fā)射塔接收機發(fā)射機）。(3)必須至少75cm高。(4)必須看起來很好看。(5)必須能抵擋得住強風。(6)必須在10分鐘之內完成。材料：10根棍子、6個回形針、6根橡皮筋、I米長的棉線、50cm長的遮蔽膠帶、1個乒乓球。情境：滿足所有條件的最好的設計小組將獲得國家的承建合同，建造1000座信號塔。合同價格5億美元。拓展：其他類型的塔還有：(1)用20根意大利面、一米長的膠帶、一米棉線和一大塊棉花糖搭建一座盡可能高的塔。

9、(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不限制實驗材料的開放式STEM活動在不限制實驗材料的STEM活動中，學生能夠嘗試任何解決方案，來使成品具備某種功能。此類活動更能鍛煉學生以不同的方式制作事物的能力。下面以活動“制作一朵能開合的花”為例。案例：你怎樣制作一朵能開合的花？待解決的問題：制作一朵能開合的花任務：構建一朵假想的或真實的花，并且是一朵能開合的花。（如果有學生想要制作一朵真實的花的模型，可以讓他們

10、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，它生存在哪種環(huán)境下。）(1) PPT展示不同花的圖片。(2)畫出設計圖。(3)用任何不同的材料構建一朵能開合的花。(4)給你的花取個名字。(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？它會結出哪種果實？它什么時候開花？它在冬天會發(fā)生什么？(6)為你的花撰寫一份報告材料：可使用用于建模的任何材料，吸管、紙、織物、模型面泥等。拓展：其他類型的開放式活動還有：(1)你怎樣制作一個能緩慢降落的物體？(2)你怎樣使熱水保溫更長時間？或者使冰塊維持最長時間不融化？(3)你怎樣制作一輛小車或小船并讓它動起來？(4)你怎樣增大

11、或減小你手機發(fā)出的聲音？(5)你怎樣制作一個飛得盡可能快的“氣球火箭”？四、兩類srrEM活動的優(yōu)勢和可能存在的問題由上述兩類STEM活動不難看出，STEM活動不僅是跨學科的，還充分體現(xiàn)了工程技術的“多維性”，即一個問題多種解決方案。并且，在融人工程和技術時，STEM課堂活動應當是富有，啟發(fā)性和創(chuàng)造力的，設計STEM課堂活，動時視野應該是開放的，問題的提出應當貼近學生生活、能引發(fā)學生研究興趣，并且可以用多種方式進行研究。限制實驗材料的半開放式STEM活動限制了實驗材料，優(yōu)勢在于準備材料和課程所需的時間較短，在有限的時間內讓學生利用規(guī)定的材料集中思考更多的解決方案，最終獲得的方案會更為豐富多樣、更有針對性，同時，學生要根據(jù)限制條件得到一個最佳方案，對學生批判性思維的鍛煉起到推動作用。而不限制實驗材料的開放式STEM活動問題在于需要讓學生自主搜集實驗材料，耗費的時間較長，并且課程所需時間也較長。可能的情況是，雖然耗費了大量的時間，學生最后的成果并不豐富，過多的材料會影響學生的思路，容易造成混亂