【十大课程之六】美国STEM课程(三)

2018年3月1日 作者 agoodfather 0

       各位关注我公众号的朋友们,明天是正月十五,佩宁老师在此祝大家元宵节快乐。因为春节和出差的缘故,我的公众号有些日子没更新了,今天有点时间,继续为大家解析STEM课程。

       在【十大课程之六】美国STEM课程(一)中,佩宁老师介绍了STEM教育的理念以及如何正确理解STEM;在【十大课程之六】美国STEM课程(二)中,佩宁老师着重讲解了《下一代科学标准》中的三维框架。在本文中,佩宁老师要结合这几年的研究经验,讲一讲美国STEM课程除了学科核心概念、科学与工程实践、跨学科共同概念以外,还要关注的七项重要内容,这些要素的背后是跨学科整合课程的必备要件。如下:

一、视觉读写能力

       视觉读写能力是从“观察”这一科学探究技能发展起来的重要能力。每个人有5种感官(sense):视觉、听觉、触觉、味觉和嗅觉,这5种感官帮助你发现和感知世界,当你利用这5种感官来看、听、摸、尝、闻,来鉴别或了解一个物体、来了解周围世界时时候,你就是在观察。经过科学研究发现(Brain Based Learning, by Eric Jensen),进入头脑中的信息80%来源于视觉,与大脑相连的神经纤维中,有40%与视网膜有关,每小时有36000条视觉信息通过人眼录入大脑,这意味着你所获得的一半以上的信息都来自于图像或者画面。因此对于观察技能而言,图像、地图、图解、图示和图表统统都是工具。而运用这些工具来解读你所阅读和观察到的东西,这种能力叫做视觉读写能力。这其中大家对于地图、图解、图示和图表这些内容的视觉读写不陌生,那基于图像的视觉读写能力是怎么一回事呢?看下面这幅图,请你根据这个图片提出两个表层问题。再提出两个深层次问题。

 

【十大课程之六】美国STEM课程(三)

       佩宁老师试着提出表层问题:图中的动物叫什么名字?有几只这种动物?这种动物生活在哪里?

       接下来加深提问的层次:可以从图中的3只海豚推断出海豚是群栖动物么?图中三只海豚有可能存在亲缘关系么?图中是哪种类型的海豚?这种海豚的门纲目种属分别是什么?

       刨根问底:海豚这个物种的判断标准是什么,鼠海豚是海豚么?为什么?海豚基于什么原因跃出水面,捕食?换气?求偶?嬉闹?躲避天敌?你认为图中海面以下有没有其他的海豚,为什么?

       往祖坟上刨观察这幅照片中所显示的环境特征,请找出更多有关海豚的照片,通过查阅文献资料,写出一份海豚生活习性的研究报告,并说明这幅照片内在逻辑的合理性。

       视觉读写能力是什么?请大家自行体会。

 

二、基于信息类文本的科学阅读能力

       科研人员常常通过阅读来寻找答案,或者通过阅读查明别人是如何实验的并作出判断的。这些阅读材料并非文学性的材料,而是科普或者论文材料,这类材料叫做信息类文本。我们需要学生发展基于信息类文本的科学阅读能力。

       基于信息类文本的科学阅读能力和语文学科中文学作品的阅读理解能力有相通的地方,也有显著的不同。在美国州际共同核心标准(CCSS)中,阅读标准是分文学阅读标准和信息类文本阅读标准的,在我们的语文课标中并没有区分,但是语文考试的时候我们也会考说明文阅读。对于科学研究而言,学生要使用一系列的阅读策略和技能帮助理解科学文本。技能如下:

  • 比较和对比:两种事物之间有哪些相同点?又有哪些不同点?包括有关事物的对比甚至是看起来无关事物的对比。

  • 主要观点和详细证据:这个段落讲的是什么?哪些证据提供的信息更多?这个证据能否充分的证明论点?有没有更好的论据?

  • 预测:猜测或推断接下来的会发生什么?

  • 因果关系:为什么某件事会发生?哪些原因到这了结果的产生?哪些原因是主要原因?哪些是次要原因?结果发生了什么?结果带来了哪些影响?哪些是短期影响?哪些是长期影响?如果某个因素没有发生,会有什么样的结果变化?

  • 得出结论:我从证据中知道了什么?推导的过程是怎样的?符合逻辑么?

  • 事件顺序:先发生什么?接着发生什么?最后发生什么?哪些步骤可以前后替换?有没有更好的排序优化方式?

  • 总结:本文或本段讲什么?能不能用自己的语言进行阐述?针对几篇同主题的文章,能不能做综合阐述?

 

三、科学写作能力

       写作是一种交流的工具,写作的用处很大,写作能力在未来的工作和学习中至关重要。在STEM课程中,学生能用写作来分享有关科学的信息、复现实验的过程、陈述结果和结论。以下几种类型的作文是在基础教育阶段的STEM课程中常见的,佩宁老师一一举例说明,大家自行体会:

1、经历自述:讲述你研究和制作中发生的一件事。

  • 你的5种感官是什么?你吃东西时会用到哪些感官?

  • 你的身体一直处在成长和变化中。想一想,今年年底你会发生什么变化呢?写一段文字

  • 针对你折的纸飞机,写一篇制作文档,阐述你的制作过程。

 

2、写一篇故事:写明角色、背景和事件顺序。

  • 想象你是一粒成熟的种子。将你寻找适宜生长的地方的历程写下来。可以使用文学手法,但是关键过程要符合科学原理。

  • 写一篇有关食物网的故事。你自己在其中充当一个角色。故事要有开头、过程和结尾。故事中还要配上食物网的图。

  • 做一本关于四季变化的翻翻书。

 

3、说服性写作:试图让你的读者同意你的观点。

  • 描述一种你想保护的濒危生物。为一家报纸撰写一篇有关保护这种生勿的重要性的文章。说明为什么保护这种危生物很重要。

  • 你是一名自然学家,被聘为自然保护协会的顾问。为公众解释温室效应及其对全球气候条件的影响。分析当前温室气体影响的数据,预测全球变暖的后果。

 

4、说明文写作:介绍如何制作某个物品或做某事。

  • 你身体上的各个部位是如何帮助你生存的?制作一张表格。在第一栏列出你的活动部位。在第二栏说明它是如何帮助你生存的。然后利用这张表格中的信息写一篇说明文。

  • 将在你附近的地区生活的不同昆虫列举出来。说一说,它们是如何帮助依赖其他生物的?

  • 请自选一颗太阳系内的星球,写一篇科普说明文。

 

5、比较作文:说明事情之间的相同点和不同点。

  • 生物会生长,它们需要空气、食物和水。非生物有时候看起来也会生长,比如铁会长铁锈。请你比较校园里的生物和非生物。写出它们的不同点。

  • 种植两株植物。持续一个月的时间,每周测量一次它们的高度和其他你感兴趣的数据。将你的测量结果记在一个两栏表格中。利用你的表格写段话,对这两株植物进行对比和比较。

 

6、议论文写作:摆事实和讲道理。

  • 我们能从化石中学到什么?

  • 在世界的一些地方,冬季会出现极夜,而夏季则会有极昼。你喜欢生活在极夜区还是极昼区?为什么?

  • 你会选择养一只宠物么?请用因果关系分析养一只宠物的理由和给你生活带来的变化,文章中要做出选择并阐述理由。

 

7、科学小论文:较为系统的描述研究问题、过程和结论。从寻找选题、查资料、做笔记、撰写提纲、起草论文初稿、修改和校订初稿、提交论文,一个都不能少。

  • 我们能够同动物交流么?选择一种动物,例如狗,开展研究,得出结论,完成小论文。

  • 北京三环的主路上到底应不应该开设公交车道?

  • 研究感冒时常吃的药品,写一篇科普文章,告诉大众感冒时如何用药。

  

四、信息搜集与加工能力

       信息搜集与加工能力是从掌握查阅方法和使用书籍、杂志、网络、图书馆、视频资料、光盘、自媒体以及报纸开始的。信息搜集与加工能力要求从大量信息来源中高效率的获取信息,并根据自己的需求及观点加工信息。这个能力大家不陌生,体现在STEM课中,这项能力是与阅读挂钩的,不同的STEM选题,学生的先备知识必然参差不齐,教师在STEM课程设计的时候要做出专门的内容来应对,专业术语叫做先行组织者。学生依靠教师给出的阅读材料,或者问题清单,通过对信息搜集与加工,整理和学习,达到本课程共同研究的起始水平。

 

五、技术操作能力

       技术操作指对各种工具的操作,传统的实验室工具包括:天平、显微镜、化学实验器具、秒表,游标卡尺、螺旋测微器、电流表、电压表、打点计时器、万用表等等,这几年有一些新东西也进入了实验室,例如电子显微镜、3D打印机、激光切割机、数控机床、木工车床、台锯、线锯、各类电子套件、编程套件、机器人套件等等。技术操作也包括信息技术类的软件操作,例如Word、Excel、Powerpoint、AutoCAD,Photoshop等等。佩宁老师春节前到美国学校考察STEM专业教室的功能时,发现很多美国学校的STEM专业教室设备齐全,可就是没有明确的课程体系,STEM专业教室的教师主要是教会学生各种技术工具的运用,强化工程设计循环意识,同时STEM专业教室作为科学课程中的各类项目实施的载体,学生完成科学项目的表现性任务时,通常使用STEM专业教室的技术工具完成必要的制作。这种对STEM专业教室的定位和我们明显不同,我们是先建STEM专业教室,然后或者玩命儿的配课程,学生选修,或者放在那吃灰(请原谅我的直爽)。最后,技术操作能力还有一项隐含的前提,就是了解常见材料的性质,熟练操作材料。

 

六、批判性思考能力

       批判性思考能力是一种元认知能力,强调对自己思考问题的过程进行内省,批判性思考的过程就是对自己思维过程的批判,要向科学家一样敢于批判自己头脑中先入为主的判断和听起来显然不合常理的实验结论。很抽象,还是举个例子吧:一听用棉袜仔细包裹的易拉罐可乐和一听用保鲜膜仔细包裹的易拉罐可乐,放置在房间内,房间内温度是正常的室温,可乐的初始温度都是2摄氏度,请问哪个可乐热得快?别着急回答,先做个假设,思考一下理由,然后做个实验验证一下,有了实验结果后再反思自己之前的思考过程有没有问题。

 

七、决策能力

       决策能力是高阶思维能力重要外显,我们无时无刻不在进行决策。决策能力包括调查研究能力、科学判断能力、辩证思维能力。加强学生的决策能力培养,能够帮助学生树立战略思维和全局眼光,以长远的眼光把握事物发展态势。其实“决策”的语气有些重,“做出选择”可能更合适。在初中及以上的STEM课程中,要贯彻3个要素:标准、取舍、成本,决策或者选择是基于这三个要素做出的,而不是拍脑袋。这个世界没有完美的解决方案,做什么事都是一样,关键看你如何定义核心问题。比如建筑工地要解决高空坠物的问题,那有没有国家标准规定工地安全防护要求?工地用于安全防护的预算有多少?在预算有限的条件下,哪些关键防护必须做?钱必须花?再比如清理泄露的石油,同样有标准、取舍、成本的问题。

 

       关于STEM教育和课程的介绍,就先到这里,这两年关注STEM教育的人很多,雾里看花的人更多,所以佩宁老师用这3个帖子来仔细说说STEM教育和课程。想必大家在自己的头脑中已经构建了对STEM教育的理解。

    十大课程之六到此先告一段落,其实还有好多话题没讲,比如霍顿米夫林出版集团基于NGSS编制的《科学的维度》教科书的编排体例啊,比如《下一代科学课程标准》中的科学与工程实践进阶啊、语言能力进阶啊、数学能力进阶啊,比如美国STEM课程供应商“项目引路”的课程体系啊,比如STEM课程产出方式啊,比如项目式STEM课程设计啊,比如STEM课程的评价啊等等,将来有机会再续写第4讲、第5讲……

 

原文始发于微信公众号(佩宁老师的讲谈社):【十大课程之六】美国STEM课程(三)