STEAM教育理念在初中化学教学中应用的案例探讨

发布时间:2022-03-03 12:13:04 论文编辑:vicky

本文是一篇留学生论文,本文通过课后的访谈,可以得出 STEAM 教育理念下的课例极大地吸引了学生的兴趣。通过课堂的观察,结合对学生学情的了解发现不管是基础好的学生还是班级里的学业上有困难的学生,他们都积极的参与到了课堂之中。学生在头脑风暴活动中积极参与,提出自己的想法,创新性选择净水材料、设计净水装置,面对真实的问题情境学生综合运用跨学科知识,寻找解决问题的方案,同时充分结合既有的生活经验,例如学生选择口罩布、干草碎屑、一次性筷子削成的木屑、绿豆、小米等材料,跳出既有可供选择的净水材料的圈子,进行了新的尝试,并在实践结束后,对选择的这些净水材料的净水效果进行客观评价提出相应的改进的思路,在这一过程中发展了学生的创新思维。


一、引言


(一) 研究缘起

1.时代发展——需要创新应用型人才

在以知识产权为核心竞争力的新时代,各式各样的科技产品围绕着我们的生活,科技成果飞速的更新迭代。科技领先权的竞争,说到底就是创新科技人才的竞争。现阶段,英国、日本和美国为了争夺国际资源,适应国际发展的潮流,都在积极调整本国的教育培养方案和人才培养机制。为了提高国际竞争力,我国将培养创新应用型人才作为可持续发展的目标之一。何为创新性人才?具体来说,创新性人才是指具备国际化视野,具有创新性思维及创新能力,可以整合资源对现实问题提出创新性解决方案的人。在这一背景下,学生作为创新应用人才最大的储备军,是我国发展科技竞争力的坚实力量。因此培养新时代学生的创新能力及问题解决能力符合时代发展对人才的要求。在这样的价值取向背景下,我国当前的教育系统面临一个需要厘清的问题,为了增强国家科技竞争力,为国家储备优秀的创新应用型人才,那么如何培养兼具科技素养和人文素养的人才。基于教育需要培养创新应用型人才的学情,结合我国现在正处于发展中阶段的国情,我国的教育研究者汲取发达国家的经验。目前基础教育阶段,教学知识内容与生活中需要解决的实际问题之间、学校培养的知识为本的人才与社会需求的创新应用型人才都存在很大的差距,而 STEAM 教育理念有助于缩小这种差距。通过 STEAM教育理念的引入,可以帮助学生在掌握坚实的基础知识的同时打破学科间的壁垒,提升解决问题的综合能力,促进学生科学素养的形成,为未来社会的发展培养出更多的创新实践型人才,迎接未来社会的挑战。基于此,重视学生科学素养、技术素养和人文艺术素养培养的 STEAM 教育理念,引入我国基础教育具体学科的课堂具有重要意义。因此,本研究选择结合 STEAM 教育理念,开发结合学情的具体课例并在初中化学教学中实践,借以培养学生创新解决问题的能力,是顺应时代发展的需求。


(二)研究问题

在查阅文献并进行分析的基础上,确定本研究的核心问题是:如何将 STEAM教育理念有效地应用于初中化学教学?这表现为两个相互关联的问题:

第一,如何基于 STEAM 教育理念设计化学教学案例?

第二,基于 STEAM 教育理念设计的初中化学教学案例实施效果如何?

STEAM 教育发端于国外,近几年英国、美国和日本等国家积极开展理论研究和实践探索。我国作为最大的发展中国家,也引进了 STEAM 教育理念,但我国STEAM 教育理念的探索存在发展的不均衡性,关于 STEAM 教育理念的研究更多体现在理论研究,实践探索层面的成果较分散。本文通过从理论层面研究和分析STEAM 教育内涵、特点以及教学设计的相关研究。结合对基于 STEAM 教育理念的初中化学应用进行的研究,有利于充实 STEAM 教育的本土化理论。将 STEAM教育理念运用至初中化学教学中,希望在一定程度上改变传统的教育理念,丰富化学学科的教学方式。


二、核心概念界定及文献综述


(一)核心概念界定

1.STEM 教育

STEM 教育的提出可以追根溯源到 20 世纪 80 年代的美国,美国对是否能超越苏联,综合国力在国际上是否能保持领先的思考。针对提升美国科学技术在国际上的地位,美国国家科学委员会提出“STEM(Science、Technology、Engineering、Math)教育集成”的建议并发展成为国家战略。“STEM”是科学、技术、工程和数学(Science,Technology,Engineering and Mathematics)四门学科的缩写,从这一命名方式就可以感受到 STEM 教育的特点,这是一种跨领域整合的新领域,相比人文学科更偏重理工学科知识。学术界对于 STEM 教育的定义存在不同的观点,比较具有典型的有以下两种:第一种认为 STEM 教育是独立课程,它与传统课程最大的区别在于 STEM 课程是对 STEM 知识有机整合,由有机整合后的课程代替原有的四门学科;[5]第二种认为 STEM 教育是一种教学理念,这种教育理念着眼于跨学科知识的运用,打破传统科学课程之间的间隔,让学生综合运用科学、技术、工程、数学的学科知识解决现实问题,从而达到培养创新能力与实践能力的目的。从这些观点中,我们可以看出尽管不同的学者对 STEM 教育有不同的理解,但都认同学科整合的观点,认为 STEM 教育将多个学科的知识进行整合,运用多学科的知识解决真实问题,达到培养学生综合能力的目的。

本研究认为 STEM 教育理念是通过创设真实的问题情境,引导学生进行对问题情境审视,采用问题驱动的教学方式,帮助学生在解决问题的过程中,学习相关学科知识和技术手段,培养学生的综合素养,并在这一过程中显现了 STEM 教育的跨学科性、实践性和情境性等特点。


(二)文献综述

1.国外文献综述

STEAM 教育发源于美国,是在 STEM 教育的基础上发展完善而来的。美国不仅设立了专业的教育机构关注 K-12 阶段的 STEAM 教育,还专门开设了 STEAM学校用以开展 STEAM 课程。例如:美国的项目引路(Project Lead the Way,PLTW)机构、布朗斯科学高中(Bronx High School of Science)。美国作为最早发展 STEAM教育的国家,关于 STEAM 教育经过 30 余年的探索,在这一理念的研究方面走在了世界的前沿,引领着世界各国的发展方向。

(1)STEAM 教育的起源与发展

第一,关于 STEM 教育的萌芽与形成。时间被定位在第二次世界大战后,在这一时期,美国与苏联作为当时世界范围内综合国力最强盛的国家,为了争夺在国际社会上的绝对话语权,开始了长达 44 年的冷战。对太空领域的探索成果彰显国家的软实力。美国在关于太空新据点的争夺中失去了领先的优势,让美国这个具有危机意识和强烈好胜心的国家陷入了不安。一方面担心占领太空领地优先权的苏联会对他们实施战略打击,另一方面担心在之后关于军事、科技等领域无法与之抗衡。[9]关于这一事件,美国公众进行了自上而下的反思,最终将视线指向了学校教育,人们认为在航天领域技术发展的缓慢,是由于学校教育质量低下。主要体现在政府对学校教育的资金投入不够、学校的硬件设施不够先进、课程设置缺乏创新性。[10]反思后,美国公众得到了答案,为了改善这一问题造成的影响,美国政府及各类教育组织机构开始着手优化教育政策,并将优化改进的焦点放在了科技领域。STEM 教育就此萌芽。

1986 年美国国家科学研究委员会,这一美国本土极具权威的机构发布了关于STEM 教育的第一份指导性文件,《本科科学、数学和工程教育》。[12]这一文件提出了关于发展 STEM 教育的整体规划,就此 STEM 教育理念正式进入教育研究者和民众的视野。此后,美国关于 STEM 教育的一系列问题发表了诸多文件,例如:针对美国国民素质教育阶段,存在 STEM 教师素质普遍不足的问题,美国国家科学基金会(National Science Foundation,NSF)于 1996 年发布报告《塑造未来:透视科学、数学、工程和技术的本科教育》,[13]这一文件着眼于 STEM 教育师资的培育。STEM 教育在美国的公众视野内展露头角后,迎来了快速发展期,其中最具代表性的转折点在 2006 年之后,极具代表的事件为美国政府在《美国竞争力计划:在创新中领导世界》中指出“要通过创新引领世界,知识经济时代的教育目标之一就是培养具有 STEM 素养的创新人才”。

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三、 STEAM 教育理念的相关理论探讨.............................. 21

(一) STEAM 教育的共同要素........................................ 21

(二) STEAM 教育的内涵...................................... 22

(三) STEAM 教育的核心特点............................................ 22

四、 研究设计..................................25

(一) 研究思路....................................25

(二) 研究方法..................................................27

五、 基于 STEAM 教育理念的中学化学教学案例设计...................... 29

(一) 内容选择..........................................29

(二) 目标设计....................................................29


六、基于 STEAM 教育理念教学案例的实施


(一)实施目的

探究基于 STEAM 教育理念的初中化学教学案例是否具有实施的可行性。探究基于 STEAM 教育理念的中学化学教学案例能否发展学生的探究实践能力,提高学生的学科成绩及发展学生的创新思维。

依据上述 STEAM 教育理念下的教学过程的设计,并结合“自制净水器”案例的设计和规划开展实践活动。本课例计划分三课时进行,课时一讲解教材水的净化这一课题的内容,学生掌握分析水中所含杂质的类型,主要包括不可溶性杂质、可溶性杂质和微生物。了解自来水厂净化水的流程,知道一般净水过程中可选用的净水材料。提出两个课后问题:自制净水器一般都有哪些外观造型?制作净水器可以用哪些净水材料?课时一课后安排学生自主搜集资料,认识生活中常用的净水器,了解市面在售的净水器的净水原理。课时二学生分组在课堂上分享搜集的关于净水器的资料,教师也分享搜集到的关于自制净水器的资料。学生按照分组开展头脑风暴活动,记录成员的观点并进行筛选,依据讨论结果小组设计净水器,画出设计图,标明净水材料、装置等内容。学生利用课后时间搜集所需材料。课时三学生按照设计图制作净水器,演示净水操作,展示净水的效果,并参加净水能力大 PK 活动,从净水速度和净化程度及设计净水器美观程度来综合评价。最后学生交流制作净水器的心得,分享设计净水器理念,并对设计净水器的不足进行总结。

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七、总结与展望


(一)研究结论

1.实施基于 STEAM 教育理念设计的案例有助于发展学生探究实践能力

本文以初中化学学科知识为载体,在 STEAM 教育理念的指导下构建了主题为自制净水器的课例,并对此案例进行实施。从本课例的实施效果来看,活动中学生积极参与小组讨论,在头脑风暴环节能积极阐述自己的想法,在组装净水器的过程中能积极动手操作,并在课例实施结束时能客观的评价自己的表现。结果表明,自制净水器这一教学案例可以在初中化学课堂教学中顺利开展。基于 STEAM教育理念的课例尽管在初中实施有困难,但是这些困难是可以克服的。即 STEAM教育理念下构建的案例可以应用于初中化学课程教学中,用以培养 21 世纪公民具有的素养。从学习教学案例中的知识到小组设计自己的净水器,再到应用自己设计的净水器来净化水,最后到作品展示交流的这一系列过程。学生们都是以小组的形式开展,经过对课堂实践的观察,在这一过程中学生自己发现问题,借助网络等资源的帮助来解决问题。通过“自制净水器”这一案例的实施,拓展了学生思考问题的方式,在面对化学学科的问题时,学会从其他学科的角度来寻找解决问题的切入点,运用跨学科的知识来解决问题。面对生活中的问题和现象也开始尝试从化学的角度思考问题的本源。在这一过程中,是以小组的形式来进行的,小组成员间有争执有意见分歧,但是经过小组成员之间的相互包容和磨合,最终小组成员共同协作完成了净水器的制作,并且感受到了小组成员共同努力的力量。基于 STEAM 教育理念课例的实施,不仅培养了信息的搜集与处理能力,用科学的方法与过程解决现实问题的能力,综合运用跨学科知识进行探究时间的能力,还初步培养了学生的跨学科思维。这种学习模式为培养 21 世纪需要的人才起了辅助作用。

参考文献(略)

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