STEM视角下的初中研究性学习教学设计.doc

《STEM视角下的初中研究性学习教学设计.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《STEM视角下的初中研究性学习教学设计.doc（25页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、学校代码：10200 学号：2013012567 本科毕业论文STEM视角下的初中研究性学习教学设计Instructional design of inquiry learning in junior high school from the perspective of STEM作者：刘珊珊 指导教师：袁磊 教授 学科专业：教育技术学学 院：计算机科学与信息技术学院东北师范大学学位评定委员会2017年 5月III摘 要21世纪以来，国家的经济增长和竞争力取决于其创新能力，这使得人们越来越重视创新教育，这就需要加强对学生科学、技术、工程和数学的教育，即跨学科知识融合的STEM教育，它旨在培养学

2、生科学、技术、工程和数学的综合素养，从而提高创新精神和实践能力，促进创新型人才的成长。STEM教育不是四个学科的简单相加，而是学科的整合，即运用这四门学科的相关能力，把学习到的零碎知识，转变成探究真实世界相互联系的综合能力。因此，作为教师，要考虑如何在众多孤立的学科中建立桥梁，使零碎知识变成一个系统的整体，为学生提供整体认识世界的机会。本文首先简介了STEM教育的发展、核心特征及其研究意义，然后在STEM视角下，以DIY电动马达一课为例进行教学设计，对教学过程各阶段进行分析，接着阐述了国内初中STEM教育发展的局限性及其成因，最后提出了初中STEM教育的发展方向。 关键词：STEM教育；跨学科

3、；实践探究；创新能力Abstract Since the 21st century, a nations economic growth and competition depend on its innovative ability. It makes people attach more importance on innovative education. So we need to strengthen science, technology, engineering and mathematics education, STEM education which integrates

4、different disciplines. It aims to foster students comprehensive quality including science, technology, engineering and mathematics, to improve innovative spirit and practice ability and to promote innovative talents growth. STEM education is not adding four subjects together simply, but discipline i

5、ntegration, that is to say, applying corresponding abilities of four subjects to convert the piecemeal knowledge into comprehensive abilities to explore interconnection of the real world. So as a teacher, we need to think over how to establish a bridge between these isolated disciplines and integrat

6、e the piecemeal knowledge into a system, so that students can be given an opportunity to find out the world wholly.Firstly, the thesis abstracts the development of STEM education, its main characteristics and also the research significance. Secondly, from the angle of STEM education, the thesis take

7、s the courseDIY electric motoras an example to make an instructional design, and analyze every teaching process. Then, it states the limitation and cause of domestic STEM education in junior high school. Finally, the thesis proposes the development direction of STEM education in junior high.Key word

8、s: STEM education；Interdisciplinary；Practical inquiry；Innovation ability目 录摘 要IAbstractII目 录III第一章 绪论51.1 STEM教育及其发展51.1.1 STEM教育的内涵51.1.2 STEM教育的发展历程51.2 STEM教育的核心特征61.2.1 学科融合性61.2.2 情境性71.2.3 趣味性71.2.4 协作性71.2.5 体验性81.3 研究意义8第二章 STEM视角下DIY简易电动马达教学设计92.1 设计思路92.2 学情分析92.3 教学目标分析102.3.1 知识与技能102.3.

9、2 过程与方法102.3.3 情感态度与价值观102.4 资源与工具设计112.4.1 多媒体资源112.4.2 纸质资源112.4.3 学习工具112.5 教学过程设计112.5.1 复习引入112.5.2 创设情境122.5.3 构建知识体系122.5.4 制定方案132.5.5 模型可行性分析132.5.6 制作作品与作品测试142.5.7 展示交流与评价142.5.8 归纳总结142.5.9 课后探究152.6 学习评价设计162.7 教学反思17第三章 国内初中STEM教育发展的局限性及成因183.1 国内初中STEM教育发展的局限性183.2 国内初中STEM教育发展局限的成因18

10、3.2.1 STEM教育师资不足183.2.2 STEM教学资源匮乏183.2.3 应试教育模式根深蒂固193.2.4 课程时间受限193.2.5 STEM教育缺乏推动机制19第四章 国内初中STEM教育的发展方向204.1 培养具有STEM素养的教师204.2 整合STEM学习资源204.3 加强探究与生活实际的联系204.4 提高设计项目的选择性21总结与展望22参考文献23致 谢24东北师范大学学士学位论文第一章 绪论1.1 STEM教育及其发展1.1.1 STEM教育的内涵STEM代表科学（Science），技术（Technology），工程（Engineering）和数学（Mathe

11、matics）。STEM教育则是培养学生科学、技术、工程和数学综合素养的教育，它强调的是多学科的交叉融合，但并不是四门学科的简单叠加，而是要采用跨学科的动态思维与教学方法，在学科间架起一座隐形的桥梁，从而找到相互之间紧密的联系。工程问题研究的基础之一是数学，如“古代瓦房的屋顶是三角形”，或是“固定电线杆时使用三角形”，看似简单的构造，究其根本，都源于数学中“三角形具有稳定性”这一原理，当教学将两者联系起来后，就找到了工程与数学之间的联系。科学问题源于自然，源于某一现象的问题，如“蝙蝠是如何在黑夜中寻找方向”，“声呐是如何探测神秘的海底世界的”，这两个貌似不相同的问题，其本质却都是声学中的回声定

12、位问题，当教学围绕这个本质展开时，就有了一条隐形的线索，将科学和技术问题有效地结合在一起。由此可见，教学并不是机械地将四门学科组合起来，而是要通过彼此间隐秘的联系，将看似不相关的知识交叉融合，形成用于探究真实世界不同侧面的综合能力。在科学、技术、工程和数学之间存在着相互融合、相互补充、共同发展的关系，这就要求在推进STEM教育的过程中，不能将任何一部分独立出来，只有将四部分有效地整合，才能使学生在知识的相互碰撞中，实现有意义的、深层次的、创造性的学习，从而培养学生的创新精神与实践探究能力。1.1.2 STEM教育的发展历程STEM教育的起源要追溯到20世纪80年代初。我们现如今的知识体系划分其

13、实都是工业革命的产物，人才的培养趋向于定向培养，即只需要懂一部分知识可以应用就好，从某种意义上讲，这种教育模式培养了一大批适应工业革命的产品，极大地提升了社会的发展。然而随着社会进步、科学的发展，人们越来越发现学科内部是具有很强的关联性的，跨领域融合逐渐变成趋势，这就导致了培养综合型人才的STEM教育的出现。但当时却并没有对其进行系统定义，早期的STEM教育只是简单地将其理解为数学、技术、科学与工程的排列组合。2001前，STEM的缩写还是SMET，2001年STEM首次被美国国家科学委员会教育部门前主任朱迪思拉姆齐提出并介绍，“教育探究及学习是被安排在情境之中的，学生们解决真实世界的问题并且

14、可以为自己创造机会”。近年来，对STEM教育的定义日趋专业化。莫里森曾说过，STEM教育中四个学科被称为“元学科”，其教育过程并不是将四门学科简单叠加，而是强调将原本分散的四门学科知识自然组合，以形成系统的整体。2007年，美国教育部给出了STEM教育具有纲领性的定义，“科学、技术、工程和数学教育项目是指在研究生阶段包括成人教育，那些主要为了提供支持或者强化中小学科学、技术、工程和数学的教育”。相对于前面的STEM教育的定义，梅瑞尔强调STEM教育要求教师基于标准的元学科，以一种整合的方法来进行教学，其中学科的具体内容无需分开。梅瑞尔的STEM教育定义，已由简单的整合四门课程转变为一种更为灵活

15、的教学和学习方式。菲奥里洛则指出STEM教育的学科融合方式可以基于设计、问题解决、发现和探索性学习策略等，菲奥里洛将STEM教育真正地理解为一种全新的融合式的教学模式。对于STEM教育的定义各有侧重，但STEM教育的定义框架不能“一刀切”。由此可见，对STEM教育的理解还在不断发展与深化。1.2 STEM教育的核心特征STEM教育强调以行动为基础、以项目为目标、以解决问题为导向的学习，为学生提供一种“做中学、学中做”的新的学习体验，使学生们掌握综合全面的知识与技能，培养学生们灵活的迁移运用，从而创造性地解决问题、探索世界。这使得STEM教育具有其核心特征：学科融合性、情境性、趣味性、协作性和实

16、践性等。1.2.1 学科融合性STEM教育与传统的分科教学最大的不同，就是在教学中，它不再将重点放在某个特定的科目上，或是划定学科目之间的界限，而是打破学科间独立的知识体系，将不同学科知识进行融合的综合式培养，因此学科融合性是STEM教育的最本质特征。科学是在实践的基础上，经过检验和严密逻辑论证，得出客观世界各种事物的本质及运动规律；技术是人们利用现有事物形成新事物，或是改变现有事物功能、性能的方法；数学研究数量、结构等概念，是学习和研究现代科学技术必不可少的基本工具；工程则将自然科学和数学的理论应用到具体的工农业生产部门。四个学科两两有交叉的部分，相互渗透紧密，因此实施STEM教育要将原本分

17、散的四门课程集合成一个新的整体，将知识的获取、方法与工具的利用，以及创新生产的过程有机的统一，使学生在“杂乱无章”的学习情境中提升设计能力、合作能力、问题解决能力和实践创新能力。1.2.2 情境性STEM教育具有情境性。它强调学习源于生活中具体要解决的问题，而不是将孤立、抽象的学科知识机械地传递给学生，要将知识的发现、探究与解决置于真实的情境中，通过学生的探究获得知识与技能，从而提高学生的创造性思维。建构主义强调情境的重要性，强调知识是学习者通过与学习环境互动而建构起来的产物，只有当学习镶嵌在运用该知识的情境之中，才能实现有意义学习，将知识内化并创造性地解决问题。因此教师在进行STEM教育时，

18、选择的项目一方面要基于真实的情境问题，另一方面又要蕴含所要教授的结构化知识，要有意识地将孩子置于问题解决的真实情之中，引导他们通过持续的动手操作，增加对科学概念的深层理解，提高他们解决现实问题的能力，让他们走上自我学习和自我成长的路，游刃有余地面对未来的学习、工作和生活。1.2.3 趣味性STEM教育在实施过程中要将学习置于具体的情境中去，而这种情境除了要与学科知识和生活息息相关，更要具有趣味性。只有情境与活动的设计能激发学习者的内在学习动机，学生才会主动地对知识进行有意义建构，从而获得解决问题的综合性知识。例如，STEM课程教学设计可以将学习内容游戏化，通过游戏增加学习的趣味性，在游戏中学习

19、者可以互相交流，创造性地探究，在体验中获得知识与成就感。STEM课程的设计还可以通过学生亲自动手实验来增加课程的趣味性。例如，在学习DNA的结构时，可以让学习者动手操作提取自己的DNA，为自己制作一条DNA项链。在科学方面，学习者认识了细胞的组成，掌握了DNA的结构；技术方面掌握了提取DNA的方法及原理；工程方面，利用提取的DNA制作成工艺品；数学方面，学习了如何计算溶液浓度。一个小实验，正因为其趣味性，才能让学生主动地对知识进行建构。1.2.4 协作性STEM教育具有协作性，它强调知识的建构是在群体的协同互助中进行的。建构主义指出，学习环境的四大要素包括“协作”和“会话”，这就要求教师在教学

20、设计时，选取的真实问题情境要使在完成任务的过程中，学习者间或师生间能产生互动。例如，让学生以小组为单位，共同搜集资料、分析问题情境、提出和验证假设、评价学习成果，在此期间，学习者需通过会话商讨如何完成规定的学习任务，或与教师探讨问题解决方案的可行性。需指出的是，小组学习最后的评价环节以小组成员的共同表现为参考，而不是根据个人的表现进行独立评价。1.2.5 体验性STEM教育强调，学生对知识的习得不仅通过自学或教师的讲授，更要经历知识的生成过程，通过学习者参与、体验学习过程，获得科学、技术、工程和数学知识，来应对现实世界的问题。因此教师在进行教学设计时，要为学习者提供动手、动脑的学习体验过程，使

21、学生在参与探究问题的过程中创造、设计、建构、发现、合作并解决问题。因此，STEM教育具有体验性的特征。奥苏泊尔指出，有意义学习不仅仅是获得结果性知识，更应该在参与、体验的过程中，习得蕴含在问题解决过程中的过程性知识，这种在参与、体验中习得知识的方式，在学生今后的工作、生活的长远发展中会产生深刻的影响。例如，“葡萄酒的发酵科学”课程将科学探究融入课堂教学，在学生动手酿造葡萄酒的过程中，围绕微生物发酵、发酵的温度控制、加糖量的计算等主题展开研究，在参与和体验中将抽象的知识与实际生活连接起来，很好地体现了STEM教育的体验性特征。1.3 研究意义STEM教育是美国为提升国家竞争力、劳动力和创新能力而

22、提出的一项国家教育战略，现在越来越多的国家也开始意识到STEM素养对培养复合型创新人才的重要性。但在国内的STEM教育中，出现了这样一种情况：开设了某门课程，并将它作为STEM教育。但STEM教育不是一个学科，而是一种教育理念，是指向学生核心能力、核心素养的课程，面向真实情景，且依托于科学、数学、工程和技术的跨学科的一种体验。因此，本文的研究意义在于，展现如何真正有效的将STEM理念融于初中教学中，通过对教学过程的各环节进行设计，并与传统课程进行对比，体现STEM教育的学科融合性、情境性与体验性等特征。同时，与美国STEM教育发展进行对比，找出我国STEM教育发展的局限性及其成因，并提出几点未

23、来发展的前景与方向，为我国STEM教育的发展做出贡献。第二章 STEM视角下DIY简易电动马达教学设计本章以初中阶段DIY简易电动马达一课，对教学过程各阶段进行设计，以此来展现如何以STEM视角进行教学，来突出STEM教育的跨学科融合的理念，通过学生的探索，将科学、技术、工程和数学综合应用，将知识与实践融为一体，培养学生科学实践能力、独立解决问题能力与跨界创新思维能力。2.1 设计思路本课从观看学习内容相关实验视频出发，激发学生对实验现象的好奇心与探索的欲望，引导学生独立、合作学习，分析有趣现象所涉及的知识结构。在此基础上，教师创设任务情境，以“组内DIY简易电动马达”为任务进行分析讨论，贴近

24、生活，将科学、技术与工程有机的交叉融合，使学生在实践探究中学习应用多学科知识应对现实世界。制作完成后，组与组进行交流、评价，然后教师对学习任务所涉及的综合性知识进行精炼的总结。最后，教师针对完成任务所应用的综合性知识再提出一个类似的、但难度升级的课后探索任务，深化学生对所学知识的理解与应用。通过学习者独立或协作深入思考、分析现象原因、找到解决路径、多次试错完善、最终实现并优化，来构建系统化的跨学科知识体系。在真实且有趣的任务情境中独立与合作探索、发现问题、解决问题，使学生在体验中，既能掌握有逻辑关系的、用于解决问题的结果性知识，也能经历知识的生成过程，获得过程性知识，从而真正提高他们的独立探究

25、、发现创新能力。2.2 学情分析本节课的教学对象是初三学生。在智力因素方面，他们已经积累了一定的科学、数学等方面的知识素养，并且具有了基本的对问题分析与探索、动手操作的能力，但同时，由于认知结构中尚未构建完整的知识体系，也无法将知识准确的联系到一起，因此还不能做到独立分析、解决实际问题。因此在这个学习任务之中，学习者需要与同伴进行协作学习，将彼此的知识进行互补，共同完成学习任务，也同样需要教师的启发与引导，在交流与互动中，完成对整体知识体系的建构，不断提高独立解决问题的能力与探索创新的精神。在非智力因素方面，初三学生对新奇的事物依旧容易产生兴趣与好奇心，因此教师通过让学生DIY简易电动马达的真

26、实且有趣味的情境式任务，激发学生的学习兴趣，使学生保持较高的学习热情；初三学生的学习动机基本还停留在取得优异的成绩这个外部动机上，而本节课无法让学生即刻达到这个外部动机，因此，教师通过小组相互交流表达，让学生们满足他们的展示自我的外部动机，除此以外，可以让学生们通过本节课的探究，感受到学习跨学科的综合式知识，能为未来的学习、工作与生活的探索奠定基础；初三学生的意志仍不是非常坚定，在探索研究的过程中，极有可能遇到困难与挑战，学生可能会气馁或放弃，因此教师要及时地观察学生的学习探究进度，并进行及时的指导。2.3 教学目标分析2.3.1 知识与技能 科学：掌握电动机的工作原理，了解左手定则。 技术：

27、提高动手操作能力，学会用简易资源制作简易电动马达。 工程：利用电动机原理制作简易马达，分析并解决完成任务中的困难；了解电动机原理在工程中的广泛应用。 数学：提高数学转化思维。2.3.2 过程与方法 通过观看视频、查阅资料，独立或协作探索“通电导线在磁场中如何受力”，分析电动机的工作原理。 经历小组成员共同思考、动手操作、尝试改进的过程，能利用电动机的工作原理制作简易马达，提升动手操作能力；能通过制作简易马达的过程深化电动机的工作原理。 通过组间交流、相互借鉴的过程，不断提升、改进并完善自己的作品。 通过小组展示、讲解作品，提高语言表达能力。 通过自我与组间评价，获得批判思维能力。2.3.3 情

28、感态度与价值观 通过“通电导线在磁场中受力发生偏转”这一有趣现象，激发对科学的热爱与探索，留心观察生活中的有趣现象，成为一个善于发现的人。 通过亲自动手设计、操作制作电动马达，培养勤于思考、敢于创新的精神。 在完成任务过程中，经历失败、总结原因，最终成功解决问题的过程中，培养自我反省的习惯和永不言败的毅力。 在完成任务、组内交流的过程中，提升发散思维与批判性思维。2.4 资源与工具设计2.4.1 多媒体资源 视频资源：利用投影仪播放教学视频，用于探究学习任务的导入。 平板电脑：用于学生自学时上网查找资料，利用网上广泛的学习资源，进行独立学习。 【设计意图】：利用多媒体资源辅助教学。2.4.2

29、纸质资源 教科书：学生利用教科书，学习书本上的知识。 纸质学习资料：学生通过查阅课外资料，拓展视野。【设计意图】：学生结合书本与课外知识进行自学，不仅掌握课程标准要求的知识，还可以学习到解决生活实际问题所涉及的知识，有利于学生掌握多学科的综合知识，实现STEM教育。2.4.3 学习工具1m铜丝、20cm x 20cm布、15个串珠、5块磁铁、2节干电池、2枚铁螺丝、2片铁片2.5 教学活动设计2.5.1 复习引入 教师首先与同学们回顾“电与磁的爱情故事”。【师】：在18世纪以前，世界上基本所有人甚至是科学界，普遍认为电和磁两者是独立、互不相关的。直到1820年，一位不臣服于固有观念，坚信电和磁

30、是有关联的年轻人-奥斯特出现了，同学们回顾一下，他在不断的试验中发现了什么？【生】：通电导线周围存在磁场，且磁场可以使小磁针发生偏转。【师】：那么磁场又能否使通电导线运动呢？如果能，这在生活中又有什么应用呢？【设计意图】：通过复习旧知识，使学生自主地发现新旧知识之间的联系，并且自然地引出对新问题的思考。2.5.2 创设情境 教师通过播放一段教学视频，激发学生对实验现象的思考，并引导学生对现象进行分析。【师】：播放实验视频-当放在磁场中的导体有电流通过时，导体会受到磁场的作用力发生运动。【生】：观看视频【师】：通过这个实验视频大家发现了什么？【生】：通电导线在磁场中是可以运动的。【师】：其实这就

31、是电动机的工作原理，下面同学们先独立查阅资料学习，分析通电导线在磁场中是如何运动的，然后小组内合作，利用手中的资源，共同制作一个简易的电动马达，最后我们比较一下，哪一组的电动马达最有特点、最新颖。【设计意图】：教学视频中的实验现象能够激发学生的好奇心、引发学生的思考，并且引出本节课的学习任务。在教学设计上打破了传统的“教师讲、学生听”的模式，而是利用教学视频这一媒介，自然而然的引出教学活动，并将知识的学习置于制造电动马达这一具体情境中，激发学生对知识的探索的欲望，符合STEM教育的情境性和趣味性特征。2.5.3 构建知识体系 学生独立学习构建完成任务所需的完整的知识体系。【生】：阅读教科书、查

32、阅资料，独立探究视频中实验现象的原理：当放在磁场中的导体有电流通过时，导体会受到磁场的作用力发生运动，作用力的方向符合左手定则。【师】：观察学生的学习进度，针对有困难的学生进行启发引导。【设计意图】：完成最终作品需要完整的知识框架作为支撑，因此在小组探究之前，先要对作品工作的原理认真分析，这是顺利完成学习任务的前提；让学生自主学习，可以提升学生的逻辑思维能力与独立思考能力，但同时初三学生独立分析解决问题的能力还不足，因此教师需要适时的观察学生学习的进度情况，并给予指导。2.5.4 制定方案 在知识体系构建完成后，学生们以小组为单位共同制定制作方案、绘制基础模型。 【师】：以小组为单位，研讨制作

33、简易马达的方案，并画出基础模型。 【生】：以小组为单位，共同思考如何实现电动马达，绘制基础模型。【师】：观察每个小组的进度，监督各个小组成员是否都积极地投入到方案的制定中去，并在学生有疑惑、有困难的时候给予引导：根据我们分析的电动机的工作原理，电动马达运行的前提是有磁场，这可以用什么来实现呢？（磁铁）同时要有通电导体，这又可以用什么来代替呢？（连接电池的铜丝）我们只需要将通电导体置于磁场中，即可以实现通电导体的运动了，这就可以制作出一个简易的电动马达了。【设计意图】：通过小组内成员相互交流意见，在想法不同的过程中进行思想的碰撞，对组内成员的提议取长补短，直至制定出最好的方案，充分体现了STEM

34、教育的协作性；制定方案的过程是将理论具体化的过程，是应用科学与数学知识、以技术为媒介，解决复杂的工程问题的过程，这很好地体现了STEM教育的学科融合性。2.5.5 模型可行性分析 组内成员对绘制的基础模型进行可行性分析。【师】：同学们将电动马达的模型绘制出来了，下面同学们根据刚才自主学习获得的科学知识，对其可行性进行分析，并将工作原理以示意图的形式标注在图纸上，并对理论上可能导致制作失败的部分进行修改。【生】：组内交流，分析模型的可行性，并将工作原理示意在图纸上，并对模型进行改进。【师】：针对学生们的普遍问题进行启发引导，并提出关于验证磁场强度的问题。若磁场强度较弱怎么办？用什么方法能增强磁场

35、？如何验证磁场的强弱？【生】：针对教师提出的问题进行思考并探究解决，以完善模型，使作品测试的成功率最大化。【设计意图】：模型可行性分析是工程设计重要的环节，它是保证最终作品成功运行的重要前提，它要求学习者用严谨的逻辑思维，综合的知识素养对作品的可行性进行判断，可以提高学习者将抽象的知识体系应用于具体实践的能力；教师根据大部分学生可能出现的情况，并预判在实践过程中可能存在的问题，让学生们带着问题去自主探究，会比教师直接给出问题的解决方法更令学生印象深刻，同时也为后续的作品测试阶段奠定好的基础。2.5.6 制作作品与作品测试【生】：组内成员合作，根据完善后的模型，利用手中的资源制作电动马达。【师】

36、：到学生中去，记录组内合作情况，观察是否每位成员都积极地投入到作品的制作中去。【生】：电动马达制作完成后，进行作品的测试，并进行改进。【师】：对于作品测试成功的小组提出可以改进的地方，并鼓励其增加作品的新颖性；对于作品测试失败的小组，启发引导学生发现导致失败的因素，并在适当情况下给予帮助，最终使每个小组都完成自己的作品。【设计意图】：此阶段是学习者将理论付诸于实践的过程，是将抽象的科学、数学知识，运用技术，通过具体的动手操作，转化为更为复杂的工程素养的过程，是运用跨界的思维，将综合性的知识转化为解决真实世界具体情境的过程，是STEM教育学科融合性特征的充分体现；学生是在具体情境中设计、建构、分

37、析、实践来完成学习任务的，亲自经历知识的生成过程，体会设计过程是需要不断优化的，在情境中探索知识，并创造性地运用知识，很好的体现了STEM教育的体验性特征。2.5.7 展示交流与评价 作品完成后，小组间展示交流、评价。【师】：下面每个小组选择一个代表，展示并讲解小组作品，其他小组对作品进行评价。【生】：展示并讲解小组作品；对其他小组作品进行评价。【设计意图】：小组上台展示交流作品，一方面有助于学生深刻理解作品制作的原理，另一方面，可以提高学生的语言表达能力。学生们对其他小组作品进行评价，一方面可以借鉴其优点，看到自己作品的不足，另一方面，思考其他小组作品有什么不足，可以培养学生的批判性思维。学

38、生们在交流与评价中，不断完善、深化知识体系，提升多学科知识综合运用的能力。2.5.8 归纳总结 作品展示完后，教师与学生共同总结学习任务涉及的多方面知识。【师】：我们制作的电动马达的基本原理是什么？【生】：当放在磁场中的导体有电流通过时，导体会受到磁场的作用力发生运动。【师】：那我们是如何判断这种作用力的方向的呢?【生】：作用力遵循左手定则，左手大拇指与四指垂直，让磁感线垂直穿过手心，四指指向电流所指方向，则大拇指的方向就是导体受力方向。【师】：很好，在作品测试阶段，有的小组会出现铜丝并没有转动的情况，大家发现原因是磁场较弱，于是我们改进的方案是增加磁铁的数量，让磁场增强，那么我们如何来判断磁

39、场的强弱呢？【生】：我们小组是利用铁屑来进行判断的，我们在磁铁的周围撒上铁屑，观察铁屑的分布，然后增加磁铁的数量，会发现铁屑的分布更加密集，通过铁屑的密集程度可以判断磁场的强弱。【师】：非常好，那么大家想一想，磁场的强弱本来是无法用肉眼看到，但我们利用铁屑的分布观察到了磁场的强弱，这是一种什么思想呢？【生】：我们利用铁屑将无法看到的隐性的磁场，转化为可以看到的铁屑的分布，来判断磁场的强弱，这是“转化”的数学思想。【师】：没错，这就是“转化”的数学思想，其实在解决问题的过程中，我们不仅会利用科学知识来进行原理分析，还会无形中运用数学思想。那么当旋转不稳定的时候，我们用什么方法来解决呢？【生】：我

40、们是用铁片来加大接触面积的。【师】：很好。巧妙地利用了铁片，下面我们来看看哪个小组的电动马达最新颖。【生】：我们小组不仅制作出了电动马达，还利用手中的布和串珠，将这个电动马达做成了“旋转木马”；我们小组将电动马达做成了“直升飞机”。【师】：非常棒，同学们的创新精神值得表扬，想法都非常新颖，在完成了学习任务的同时，还增加了作品的艺术性，成为了独特的工艺品，所以我们每个人都是发明家。我们发现，在完成学习任务的过程中，不仅仅利用了一方面的单一知识，而是综合了科学、技术、数学、工程多方面的融合性知识；在解决问题的过程中，还需要小组合作，所以团队合作意识也非常重要。【设计意图】：项目结束后，通过归纳总结

41、，梳理多学科知识在解决实际问题过程中发挥的作用，深化工程设计过程对解决实际问题的指导作用，促进习者将零散的知识系统化，将实践与知识融于一体，学会用科学家、工程师、设计师和数学家的视角发现问题、思考问题和解决问题,也让学生们明白团队合作的重要性。通过增加艺术性，提高了学生的创新精神。2.5.9 课后探究 本节课学习任务完成后，教师针对本节课探究所涉及的多学科的内容，布置一个课后探究学习的项目。【师】：其实今天的学习内容在生活中还有许多应用，电磁动力火车就是其中一个，课后同学们以小组为单位，根据本节课学习到的多方面的知识，制作一个电磁动力火车，下节课小组展示。【设计意图】：完成本节课的学习项目后，

42、学生还无法对本节课的知识扎实掌握，教师提出一个需要利用本节课知识体系完成的探究任务，一方面，可以巩固学生对综合知识的理解，另一方面，新学习任务相当于对知识的再应用，可以提升学生的知识迁移能力与创造性思维。2.6 学习评价设计本课的评价方式是学生自评、学生互评与教师评价相结合，利用评价量表，实现多元评价主体、面向学习过程、综合素质能力的评价。学生学习评价量表班级： 课题： 小组： 姓名： 学号：评价项目评 价 内 容评 价 标 准评价方式备注优(5分)良(2分)中(3分)差(2分)自评互评师评知识与技能1.掌握电动机的原理，了解左手定则。2.能用学习资源制作简易电动马达。3.制作电动马达过程中，

43、能用所学知识分析解决困难。4.能运用数学转化思维解决问题。完全符合基本符合部分符合基本不符学习方式1.能在教师要求自学原理时，独立思考问题。 2.能在制作作品过程中，与小组成员合作探究完成学习任务。 学习态度1.遇到困难时不轻易放弃，坚持探索。2.能在学习过程中积极思考，在小组合作中踊跃提出想法，敢于创新。参与程度1.在独立学习过程中积极思考、通过查阅资料学习原理。2.在制作作品过程中，踊跃参与并提出自己的想法。 合作意识在小组合作完成作品过程中，能与小组成员共同探索，帮助有困难的同学。综合评价能将科学、技术、工程与数学知识综合利用，提升了解决实际问题的能力，和制作创造性产品。2.7 教学反思

44、第三章 国内初中STEM教育发展的局限性及成因3.1 国内初中STEM教育发展的局限性STEM教育理念传入中国并逐步被大力提倡，但是各地的实施，大多仍停留在理念的表面。第一，中国的教育模式仍然是分科教学，学科之间没有联系，也基本没有综合实践性课程，给予学生综合应用知识解决实际问题的机会，这严重影响了STEM教育跨学科教学的发展。第二，STEM教育的基本特征之一是协作性，然而中国初中阶段的教育基本还停留在“教师讲授、学生接受”的方式，学生基本没有机会独立学习，或者小组研究性学习，严重影响了STEM教育的发展。第三，我国的教师仍然是单纯的讲授学科知识，并没有真正的将知识与实践创新相融合，学生无法在

45、真实的情境中有趣的学习，使得我国的STEM教育发展仍然受到限制。3.2 国内初中STEM教育发展局限的成因3.2.1 STEM教育师资不足STEM教育理念的核心是多学科的融合，要求学习者在实践、探究过程中，构建跨学科的综合知识体系，因此STEM教育要求具有多学科知识素养的教师，然而国内初中教师大多是具有单一学科知识的教师，无法在学习者进行探究实验的过程中，对他们的科学、技术、工程与数学综合素养进行全面的培养与提升。另一方面，STEM教育要求教师具有引导学生发现问题、实践探究的能力，然而由于传统教学模式根深蒂固，大多数教师已经习惯了“直接讲授”的教学方法，并不能很好的启发学生对实际问题的思考，因此，大部分初中教师没有符合STEM教育的课堂教学能力，导致STEM教育在初中的实行受到限制。3.2.2 STEM教学资源匮乏STEM教育强调学习过程是，学生在与真实世界相同的情境中，通过研究性学习获得创新能力，而实践探究需要丰富的学习资源与学习工具，例如，在低温环境下新型建筑材料的探究一课中，需要多种木屑、凝胶、抗压强度模具、抗折强度模具、三维建模工具等，不同的STEM课程则需要更多的资源，这些教学工具是需要学校花资金购买的，因此教学资金