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STEM+教育中的PBL教学策略——整合技术的视角北京师范大学教育技术学院副院长董艳教授Yan.Dong@bnu.edu.cn北京，2017.11.27目录Content一热门话题：“学习”新解二从STEM到STEAM到STREAM：创新情境三STEM+PBL：教学案例及流程四整合技术：保障效果一热门话题：学习的新意曾经“学好数理化，走遍天下都不怕”浙、沪两地新高考物理学科“遇冷”一热门话题：学习的新意参数队伍北京江苏广东上海增加阅读量有助于学生其他能力的提升一热门话题：学习的新意全球创新指数中国排名行为主义观：行为改变认知主义观：获取知识建构主义观：活动参与生成主义观：创造未知一热门话题：学习的新解学习观的不断发展变化，反映什么？Partnershipfor21stCenturySkills(P21,2009),enGauge21stCenturySkills(NCREL,2003),OrganizationforEconomicCooperationandDevelopment’sKeyCompetenciesforEducation(OECD,2005)AssessmentandTeachingof21stCenturySkills(Binkleyetal.,2012)21世纪学习技能国际知名架构一热门话题：学习的新意团队协作Collaboration沟通交流Communication批判性思维Criticalthinking创造力Creativity问题解决能力主动／自主学习信息／媒体素养社交文化技能领导力和责任心灵活性和适应性学习的目标观也发生变化Howland,J.L.,Jonassen,D.H.,&Marra,R.M.(2012).Meaningfullearningwithtechnology.UpperSaddleRiver,NJ:Pearson.从3R(读写算)到4C，超越基础拥抱4Cs分享思想、问题、观点与解答共同合作达成目标在工作中投入聪明才智以新方式来看待问题跨越学科联结学习尝试以新的方式来做事、创造与发明二从STEM到STEAM到STREAM：创新的情境国际公认：STEM用于培养核心素养(何克抗，2017)STEM强调学科内容，但更主要强调整合，或者说跨学科…二从STEM到STEAM到STREAM：创新的情境STEM+Art(s)=STEAMEducation二从STEM到STEAM到STREAM：创新的情境将STEM转向STREAM：写作是科学教育的必要组成部分二从STEM到STEAM到STREAM：创新的情境写作不仅仅是语言的描述，更是创造的过程。（含阅读）如果想培养有创造性和成功的科学家，毫无疑问要教他们热爱和珍惜写作。在STEM中增加人文、阅读和写作将创造出能量无限的STREAM！最新研究：STEMPBL教学法应用对学生发展有利。韩国研究(Han，2017)STEM教育的实施会影响高中生的专业选择，特别是女生对STEM相关学科的选择性。Hall(2016)表明，教师们在操作STEMPBL的时候缺乏某些关键要素，导致教学效果缺失。Hall,A.,&Miro,D.(2016).AStudyofStudentEngagementinProject‐BasedLearningAcrossMultipleApproachestoSTEMEducationPrograms.SchoolScienceandMathematics,116(6),310-319.三STEM+PBL策略：教学程序教学案例：CaC2（碳化钙）蒸汽船准备(１周)实施(２周)演讲(１周)评估(１周)更正(１周)船的发展史木筏帆船蒸汽船油船船的发展史猜猜这是什么？它跟蒸汽船有什么关系？跨学科知识表2列出了主题碳化钙蒸汽船活动中涉及到的S，T，E和M的概念和内涵。密度的概念浮力原理流体的概念热能的概念热量传输的方法牛顿运动定律材料选择工具使用处理方式测试、调整与纠错问题解决创新思考模型设计结构设计图形绘制密度计算复利计算载重计算速度计算1.准备阶段“老师介绍了课堂上船舶进化的历史。我们发现古代的船大多是木头做的”“有人建议用英文单词‘steamship’来搜索互联网上不同的排水机制。如图1所示，我们决定通过在铁箱中钻一个洞来作为我们的排水机构”。“关于制造船体的材料，大部分团队都使用了牛奶盒和泡沫聚苯乙烯。但是我们的团队想要独特，所以我们选择了竹子”，并激发学生对CaC2轮船设计图纸的想象，如图2所示。学生们随后着手收集信息和准备材料。教师介绍CaC2轮船的主题范围和资源限制，并将课程主题与学生的先前知识相联系，以提高思维的流畅性。老师把学生分组，明确分工、指定责任，如收集和整理网络信息，收集材料和生产设计图纸等，来培养他们思维的灵活性。最后，老师提出了情景假设来培养他们思考的创意引导学生了解主题激发学习动机学生设计草图2.实施阶段学生是增强动手能力和解决问题能力的主要参与者。这个阶段强调帮助学生清楚了解自己的设计理念和理由。如第２组所述，“我们测量了滴管的进水速度。可以作为水量控制的设计“，如图3所示。为学生提供强大的灵活思维，切实实现自己的想法。2.实施阶段要求学生根据自己的想法设计图纸并进行实际测试，如图4所示，以验证CaC2轮船的性能是否符合设计。正如第５组所提到的，“我们利用铝罐，塑钢土和弯曲的吸管构成了排水管，这与我们轻量化设计的理念是完全一致的”。2.实施阶段此外，还要求学生进一步分析为什么他们没有达到目标，找出问题，想办法解决这些问题。正如第６组所述,滴管的不足在于它可以容纳的有限水量。“为了确保我们的船能够顺利完成整个行程，我们决定采用双滴管设计，可以很好地匹配建模。如图5所示，以增强他们思维的流畅性和灵活性。”3.项目展示的阶段培养总结要点和自我表达能力。①分组介绍了CaC2轮船设计思路和应用的STEM相关知识②分享了他们在实践中遇到的问题及其解决方案③学生们有机会练习用言语表达自己的想法第９组：“用文字清楚地解释我们的想法和创新设计理念真的不是一件容易的事情”，如图6所示，总结重点并简要报告他们的实际经验。第３组：“当我第一次对平台进行简要报告时，我感到非常紧张。我做了很好的准备。“如图7所示。整合与发展在专家评审中，请来两名自然科学专家担任评委，对各小组的创意设计理念和成就发表评论。同伴评价所有学生都被要求对彼此的工作进行分组评估，并记录不同组在同伴评定表上的优缺点。活动较为小型4.评估阶段专家评价自我评价在演讲结束后，所有小组的学生都被要求分享他们对这些活动的反思，并注意到需要改进的东西来挑战自己，打破当前的状态。例：专家A评论道:“火的来源太大了，很容易导致船上的塑料制品熔化。”专家B认为，当CaC2容器被置于水中时，阻力很容易形成，所以应该使用流线型容器。”例:第2组说“船体重心的设计被忽视，导致船舶中心倾角”;第12组提出“如果将滴水控制器水平放置，水不能顺利地流入容器”。多元化评价机制提高学习者思维的精细化和灵活性5.修正阶段学生根据专家和同龄人的评估建议，重新对自己的作品进行自我评价。教师鼓励学生完善自我，优化工作。练习灵活的思维，培养出大胆冒险、挑战自我的人格特质。如图8所示，重力中心倾斜度和水彩画在水中溶解的缺陷被用作学生工作校正的参考。如图9所示，为了平衡船体的重力中心，供水设计被缩小了。第一和第五组说:“专家和同学们的评论为我们设计的盲点提供了线索。正确的修正使我们的创意设计完美无缺。“鼓励学生根据反馈意见和建议改正，提高自身能力效果验证学生的想象力，好奇心，质疑精神和冒险精神得到显著提升。想象力好奇心质疑精神冒险精神后测前测ＳＴＥＭＰＢＬ教学五阶段(1)准备阶段:教师引导学生了解主题，激发学生学习动机。(2)实施阶段:学生作为主体，增强动手能力和解决问题的能力。(3)展示阶段:培养学生总结重点、表达自我的能力。(4)评价阶段:多样化评价机制帮助学生更加细致、彻底地思考。(5)纠正阶段:鼓励学生根据反馈意见和建议进行纠正，提高自己的能力。科学学生学会深化理论知识，增加科学的创新可行性。技术培养学生提高技术素质，挖掘创新潜力。工程帮助学生内化工程设计知识，提高解决问题的能力。数学鼓励学生运用数学方法，练习精细的思考。教学生使用技术，掌握分析新技术的能力科学知识应用于设计困难概念紧密联系真实生活自觉分析、推断和实验相关数学问题STEM+PBL基于建构主义学习理论，通过PBL的学习策略，将STEM等多学科的知识整合在一起；(多于两种学科就点赞了)为学生提供了一种学习情境，让学生主动探索真实的世界，设计真实生活问题的解决方案，从而培养他们的创造力思维和实干技能；采用多元化的评价，从而充分发挥他们的才能；使学生充分接触工程相关的科学和技术；使学生能够将课堂和真实的世界联系起来。(Lee&Lee,2014;Lou,Tsai,&Tseng,2011)四整合技术：有效性、效率和增加吸引力研究结果表明，在STEMPBL中使用技术可能会提高成功率，兴趣和动机，并提高学生的态度（ChanLin，2008;Cobbs＆Cranor-Buck，2012;Doppelt，2003;Guzey，2010;Haradaetal。，2008;Hayden，Ouyang，Scinski，Olszewski，＆Bielefeldt，2011）。技术在STEM-PBL教学过程中的两种角色技术作为学习内容：学科相关：与科学，工程和数学相结合的技术教育（Capraro，2009）；技术作为学习方式：教学手段：使用技术培养STEMPBL（Cifuentes＆Ozel，2009）。有效性效率吸引力技术在STEM-PBL中的四种作用：促进探究的技术：教师设计任务使学生对某些数据进行搜索/查找/收集/建模和分析；促进沟通的技术：教师提供机会使学生通过任何书面/音频/视觉或视听形式进行演示和协作工作；促进建构的技术：教师设计任务使学生通过技术进行建构或者建造新事物；促进表达的技术：教师要求学生向他人以美观或艺术的方式分享获得的结果（帮助学生减轻表达的心理障碍）。探究沟通建构表达技术Bruce和Levin(2003)知识建构的外部表征对学习者对教师对学习同伴使学生个人的理解可视化帮助教师了解学生的知识是如何发展的帮助学生建构并重新建构知识物理和计算机模型、报告、视频等积极建构情境学习社会交互认知工具•杜威：如果学生能投入到真实的、有意义的任务和问题，即模拟专家在真实世界的情境中做的事情时，学生才能对学习材料产生自己的理解。•真实的实验或自然情境•像科学家一样实践•获取数据、信息•分析、呈现结果•支持协作、共享•设计、构建、测试模型•多媒体展示•主动地与环境交互•与先前知识建立连接•与教师、同学、网络•分享、争论•共享的理解谢谢大家！促进深度探究：从演绎(师导)到归纳(生做)！聆听学生声音：从建构(内化)到生成(外显)！