STEM教学设计与实施PPT完整全套教学课件

第一章STEM教育理念

全套PPT课件第一节STEM教育的内涵一、什么是STEM教育STEM教育是将科学(Science)、技术(Technology)、工程(Engineering)和数学(Mathematics)四门学科内容有机融合，创建一个多学科交叉的研究领域，培养学生探究世界、解决问题的能力。STEM教育以真实问题解决为任务驱动、立足学习过程、多技术交叉融合，以培养具有全面科学素养和创新实践能力的人才为根本目标。通过STEM教育，学生在获取知识、探索意识、学科融合、技能培养和问题解决等方面的能力都将发生质的飞跃。第一节STEM教育的内涵一、什么是STEM教育STEM教育的内涵在不断发展和完善。美国学者者GeorgetteYakman提出STEAM的概念，在STEM中引入“Arts”元素。这里的Arts不单指狭义的美术、音乐学科，还包括人文、历史、哲学、宗教等人文艺术学科。加入艺术元素的STEM教育开拓了学生的人文视野和美术视野，为学生插上了生创造性和批判性思维的翅膀，形成了“以数学为基础，通过工程和艺术理解科学和技术”的多学科综合教育。具有创新素质的STEAM人才还应该学会如何与人交流、沟通和合作，能够清晰地表达自己的观点，撰写规范的行业报告等等，融合阅读和写作（Reading和wRiting）能力的STEAM教育形成了STREAM教育。2015年，奥马巴签署《STEM教育法(2015)》，将计算机科学也纳入STEM教育，进一步拓展了STEM教育的内涵。第一节STEM教育的内涵二、四门学科的内在联系了解科学、技术、工程和数学四门学科的内在联系有助于STEM教育内涵的理解。科学在于认识世界、解释自然界的客观规律；科学关注的是自然世界存在什么，追寻自然地本质。技术是人类能动地改造自然的知识方法、实物手段及活动过程。其活动的结果创造出满足人类存在与发展的人工物品。其根本目的是改造社会以适应人们的需求。工程通过研究、实验和实践所获得的科学和数学知识，将其应用于开发经济地材料和自然力量的方式，为人类造福。工程设计是针对特殊问题的解决方案，是在有限条件下的设计，自然法则是最基本的限制，其他限制包括时间、资金、适合的材料、人体工程学、环境、政策等。数学是研究数量、结构、变化、空间以及信息等概念的一门学科。在人类历史发展和社会生活中，数学发挥着不可替代的作用，也是学习和研究现代科学、技术、工程等必不可少的基本工具。没有数学，科学家无法证明或者定义定理或者原理，工程师无法设计和发展技术。

第一节STEM教育的内涵科学与技术两者之间既有联系又有区别，存在辩证统一关系。科学是目的认识世界，技术的目的是改造世界。科学为技术提供改造自然的理论基础。如爱因斯坦的相对论、卢瑟福和波尔的原子模型揭示了原子结构以及核裂变规律，从而使人类进入原子能和电子技术时代。技术将科学研究成果转化为现实生产力，推动科学发展。如20世纪初，人类实现了穿越大西洋的无线电通讯，工程技术人员在研究长途无线电通讯干扰时发现了静电干扰现象。根据静电干扰现象，发明了射电望远镜，从而产生了射电天文学。第一节STEM教育的内涵工程和技术都是在人类在认识世界的过程中，为获得更好的生活而改造世界的活动。两者之间存在差异与联系：（1）技术以人们改造世界的方法、技巧和技能为核心，体现为发明、专利、技术文献和论文等形式；工程以建造为核心，体现为具体的物质产品或设施。（2）工程离不开技术，技术是工程的载体。工程包括技术应用，但不局限于技术的应用，除技术外，还包括自然科学知识、人文社会科学知识、境域性知识等。（3）工程活动中可能发生新技术的发明，但技术发明最终目标是利用这些新技术去建造实物，而不是创造新的工程技术。7第一节STEM教育的内涵三、STEM教育的根本动因社会发展需要大批创新性人才。从农耕时代到工业时代再到信息时代，技术的不断进步带动了生产力的提高，并不断推动人类社会向更高层次发展。今天，互联网、云计算、大数据、人工智能等新技术，正以改变一切的力量，在全球范围掀起一场影响人类所有层面的深刻变革，新技术正在重构产业结构，提升产业效益，推动人类社会向数字化和智能制造时代迈进。未来，知识和智慧将会取代资本和资源，成为驱动经济社会发展的关键力量。从事一般体力劳动或简单脑力劳动的职业将逐渐被技术所取代，只有那些具有创新思维和高水平技能的人才，才能在激烈竞争中占据主动。第一节STEM教育的内涵三、STEM教育的根本动因在教育改革的探索中，教师教育面临两大挑战：一是人才观的重新定义问题。过去把学生强制分为文科和理科。今天，我们推进学科整合的学习方式，每个学生都有不一样的成长路径，我们怎样来衡量、评价、看待我们的学生？什么样的学生是真正的人才？第二个挑战是教育路径依赖。当今，在建设创新作为发展第一动力的现代化国家道路上，特别需要那些在某一领域有个性、有专长，甚至痴迷于这个方向的人才。第一节STEM教育的内涵三、STEM教育的根本动因STEM多学科交叉融合的教育方式为创新人才培养提供了新的模式。传统课堂教学以知识点作为驱动，有严密的逻辑性和系统性，便于学生掌握。弊端在于学科知识间彼此孤立、相互分离，不利于知识体系的理解和运用。一方面真实世界的问题和复杂多样的，蕴含多种类型信息和多学科知识，分科式教学导致学生所学知识不能应用于实际问题的解决，造成“知识无用论”；另一方面分科式教学以知识传递为主要教学形式，侧重知识复制与积累，缺少项目引导、问题探究、实践创新过程，学生大多停留在被动学习的层次上。STEM跨学科整合的教学，打破学科之间的壁垒，在项目引领和主动探究中完成知识建构，培养多元思维能力、解决真实问题的能力、工程设计能力，有利于激发学生学习数学和科学概念的兴趣，提高工程意识、科技素养，进而为创新人才培养提供了新的模式。第一节STEM教育的内涵三、STEM教育的根本动因信息技术的发展拓展了STEM教育形态。过去开展STEM教育存在获取知识渠道少效率低，获取知识不对称，学习成果分享交流范围窄等问题，一定程度上阻碍了个性化创新性学习的开展。随着信息化网络的发展，学习者在世界范围收集学习资源，跨领域寻找活动主题，在网络环境下充分分享、交流学习成果，在多种技术的整合中开展学习探究，信息化为每个人的创新活动提供了支持。第一节STEM教育的内涵STEM教育已经被纳入国家战略发展政策。2016年教育部出台的《教育信息化“十三五”规划”》中明确提出“有条件的地区要积极探索信息技术在‘众创空间’、跨学科学习（STEAM教育）、创客教育等新的教育模式中的应用。”教育部2016年《中国学生发展核心素养》中国学生的核心素养，包括“理性思维、批判质疑、勇于探究、勤于反思、劳动意识、问题解决、技术运用等”。STEM教育倡导在真实的任务中学习，强调在动手实践中学习，这种更加综合的学习方式将是培养学生核心素养的重要途径。2017年教育部印发《义务教育小学科学课程标准》，倡导“跨学科学习方式，建议教师可以在教学实践中尝试

STEM教育”。学习STEM教育技能，

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第二节STEM教育发展背景当今世界，全球化趋势深入发展，第四次工业革命如火如荼，科技的飞速发展正在重塑人类社会。科技和人才成为各国参与国际竞争、促进经济发展的核心因素，科学家、工程师和技术工人等方面的人才培养上升为国家战略的高度。以美国为代表的西方主要国家，纷纷出台了促进STEM人才培养的政策措施，大力发展STEM教育发展。第二节STEM教育发展背景一、美国STEM发展历程20世纪80年代，为保持国家竞争力，美国国家科学委员会提出STEM教育并发展成为国家战略。1983年美国国家优质教育委员会发布《国家在危急中，教育改革势在必行》报告，提出：“美国中小学教育中存在的不足，尤其在科学与数学领域，揭开了美国八十年代教育改革的序幕。”1986年3月美国家科学基金会(NationalScienceFoundation，NSF)发布了名为《本科科学、数学和工程教育》(UndergraduateScience，MathematicsandEngineeringEducation)的研究报告，被认为是美国STEM教育方面的第一份报告。该报告提出对美国当时科学、数学和工程本科教育的条件及现状表示担忧，具体表现在：实验室教学缺乏资金和条件；教师无法持续更新其学科知识和教学技能；课程内容陈旧、组织凌乱；教和学的理念陈旧，跟不上最新发展。报告着重强调要集中财力支持科学、数学和工程的本科教育。这是STEM最早的雏形。1996年国家科学基金会在发表了名为《塑造未来：科学、数学、工程和技术本科教育新期望》报告，对1986年公布10年来的美国科学，数学、工程和技术领域本科教育的进展进行回顾和总结，并针对新的形势和问题提出明确的政策建议，并开始关注中小学STEM教育及其与本科教育之间的联系。第二节STEM教育发展背景一、美国STEM发展历程1996年出版的《从分析到行动：科学、数学、工程和技术本科教育》研讨会汇总报告、2002年出版《支持本科科学、技术、工程和数学的行动建议》、以及2006年出版的《转变美国科学和技术基础设施：紧迫行动值建议》等报告记录了美国STEM发展不断发展、反思与改进的过程。2006年，美国总统布什在其国情咨文中公布一项重要计划——《美国竞争力计划》（AmericanCompetitivenessInitiative，ACI），提出：“知识经济时代教育目标之一是培养具有STEM素养的人才”，并称其为全球竞争力的关键。由此，美国在STEM教育方面不断加大投入，鼓励学生主修科学、技术、工程和数学，培养其科技理工素养。2007年，美国国会通过《国家竞争力法》，其中重点提出加强STEM教育的投入、研发和新教师的培训，批准从2008到2010年为联邦层次的STEM研究和教育计划投资433亿美元，并要求把美国国家科学基金増加到220亿美元。2010年美国总统科技顾问委员会向总统提交《培养与激励：为美国的未来实施K-12STEM教育》，提出七项行动建议，确保美国在未来几十年内保持STEM教育的领先地位。2011年，时任美国总统奥巴马推出了新版《美国创新战略》报告，其中要求政府重视STEM教育，并努力在2020年前再培养出10万名从事STEM教育的教师。第二节STEM教育发展背景一、美国STEM发展历程2012年美国总统科技顾问委员会向总统提交《致力于超越：再培养百万名STEM领域大学毕业生》，报告提出五大建议：广泛开展经实证验证的教学实践；提倡和支持用探究性的研究课程代替标准的实验室课程；建立国家性实验室支持大学数学教育；多渠道创建多样化STEM课程；创建关于STEM教育的总统委员会来为本科STEM教育的转型和可持续发展提供战略领导。2013年美国国家科学技术委员会公布《联邦STEM教育五年战略规划》，《战略规划》明确指出STEM教育对美国科学发展与创新、维护国家安全以及经济增长的重要性，并用一系列数据阐明美国当前在教育领域存在的不足和缺陷，将在改进国家STEM教育课程、增进并且维持青少年和公众参与STEM热情、加强大学生的STEM体验、让传统上未受STEM教育重视的群体得到更好的服务、

为未来的STEM劳动力重新设计研究生教育等五个领域进行优先投资。2015年美国国会通过《STEM教育法》，从专项立法的角度对STEM教育的实施给予保障，明确了STEM的界定，将计算机科学的教育也包含到STEM教育中，并对非正式STEM教育给予支持，对研读与STEM学科相关的硕士学位教师给以奖学金支持。第二节STEM教育发展背景一、美国STEM发展历程2016年美国教育部发布《2016年STEM：STEM教育创新愿景》，对美国STEM教育的未来发展提出六大愿景，并指出实现这些愿景所面临的八大挑战，展示了一幅美国STEM教育未来发展的美好愿景。从30多年的美国STEM教育发展历程上看，美国时刻不忘加强对学生的教育，而且具有高度的危机性和紧迫性。通过实施STEM教育，为美国造就了诸多科学家、技术专家、工程师和数学家，培养了大批STEM人才，使其在能源、卫生、环保、国家安全等领域保持世界领先地位，提升了国家核心竞争力。第二节STEM教育发展背景二、世界其他国家STEM教育的发展在世界范围内，英国一直处于教育、经济发展的前列，即便如此，英国依然认为STEM技能人才不足是制约其经济发展的主要因素。2004年英国政府颁布了“科学与创新投资框架”，首次在政府文件引入STEM，陆续开展了STEM教师培训，建立了国家科学学习网络，确立了国家级STEM示范活动，并启动了国家科学技术大赛和高等教育STEM计划。另外，在英国的生产力计划、现代工业战略等国家战略性文件，也都赋予STEM教育一定地位。德国制造业一直以其卓越的工业水准和创新能力闻名世界。2008年德国的《德累斯顿决议》提出了国家教育未来发展的十大目标措施，其中第四条就是加强数学、信息、自然科学和技术等STEM相关专业的学习。2009年，德国文教部长会议又颁布了《关于加强数学－自然科学－技术教育的建议》，提出了从学前教育到高等教育促进STEM相关专业学习的多项措施建议。然而，根据科隆德国经济研究所的调查，2014年秋季，德国MINT（德语缩写，近于STEM）专业技能人才空缺岗位有近12.4万个。2015年到2020年，预计德国MINT专业普通技能人才缺口将累计达到131.6万人；高等教育层次的MINT人才缺口达到6.7万个。为应对这些挑战，助力工业4.0，应对技能人才的巨大缺口，德国自上而下搭建了STEM教育战略框架，将促进STEM人才培养写入国家发展战略。第二节STEM教育发展背景二、世界其他国家STEM教育的发展芬兰推出了以“LUMA（数学和科学教育）项目”为代表的全国性STEM教育促进项目，设立了LUMA国家中心，以专业共享为原则，量身打造STEM学习和教育活动，促进STEM教育发展。世界各国都高度重视STEM教育，针对各自技能劳动力结构和产业发展中的相关问题，从国家人才战略层面制定STEM教育发展政策，积极推动和落实STEM教育。第二节STEM教育发展背景三、我国STEM教育的发展2012年第4期《上海教育▪环球教育时讯》曾开辟STEM教育专栏，这是我国教育类杂志第一次较为集中地介绍STEM教育。之后国内教育界纷纷关注并积极开展STEM教育理论研究与教育实践，STEM教育在我国进入蓬勃发展阶段。各地积极探索STEM教育推进方式，江苏、深圳市、成都市发布专门文件，开展STEM试点校申报和STEM教师培训。据不完全目前统计，全国已经已有1000余所中学引入STEM教育，江苏省2015年启动中小学STEM教育试点项目，首批26所试点学校，2017年扩大到243所试点校，这些学校根据要求开展STEM教学实践，探索建立本校STEM课程体系，已经初见成效。许多中小学建立了STEM专业教室或创客空间，开展机器人、3D打印、创客等一系列项目式教学活动，取得了一定的效果。我国STEM教育同时存在一些问题与挑战。缺少以国家创新人才培养为目标，从产业发展、人才需求、人才培养角度统筹考虑的国家战略顶层设计；学校、专业机构、社区等STEM教育社会联动机制不健全；缺少完整的系统性方案，各学段内容和目标不衔接；缺少STEM课程标准和有效的评估机制；STEM教育专业教师严重缺乏，教学资源严重不足；缺少学科渗透、教学创新、教师发展等方面的政策支持，严重制约着我国STEM教育的发展。学习STEM教育技能，

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第三节STEM教育的特征一、多学科交叉融合，实现跨学科式教育传统教育将知识点按具体学科划分，割裂了学科与学科之间、学科与真实世界之间的联系，不能有效培养学生解决现实问题的能力，使学生的学习缺乏真实性和创造性。STEM教育从真实问题出发，以多学科交叉融合的理念为指导，在解决问题的过程中灵活运用科学、技术、工程、数学、艺术等学科知识。这种把多学科相融合的综合教育方式使学习与实际生活密切相关，满足了学生的认知需要，而且通过提供多门学科的方法和视角，提高了学生运用多门学科知识解决真实问题的能力，有利于解决学校课程滞后与学科发展之间的矛盾，增加学生对社会和未来的适应性。一方面，学生根据具体问题灵活选择相应的学科知识；另一方面，学生在解决问题的过程中，能够进一步加深对学科知识的理解。STEM教育从多学科的视角来培养学生解决实际问题的能力，提升综合素养和创新能力。第三节STEM教育的特征二、基于真实问题情景，回归现实生活STEM教育注重学生学习与实际生活之间的联系，强调立足于生活，从真实生活中的问题出发，提倡“做中学”“学中做”。STEM教育认为知识蕴含在真实的问题情境中，教师为学生创设情景，学生利用多门学科知识积极探索，培养发现、分析和解决问题的能力。真实问题成为贯穿整个STEM学习过程的主线，把核心问题转化为一系列的学习任务，学生通过高投入的实践探索，达到对知识的意义建构和深层次理解。在STEM教育中，教学环境不再局限于黑板加粉笔、课桌椅子整齐摆放的教室，可以是配有平板电脑、传感器、电路板、单片机、模板、画刷、3D打印机、电线、体感设备等先进科技工具的工作坊，或者是工程施工现场、或者是野外自然环境中，甚至是云端虚拟仿真平台、互动虚拟社区，校内校外结合、线上线下结合，让学生回归社会、回归生活，使用先进的学习工具，通过自主、协作和创造性地应用多门学科知识，解决实际问题，实现真正有意义的学习思考。第三节STEM教育的特征三、重视学习过程，加强学习体验学习的实质在于对过程的体验、思考和感悟，而非体现在试卷上的学习结果。

STEM教育重视学习过程，强调学生主动、积极参与到学习过程中，利用已有的知识和生活经验，积极地动脑、动手、动口，通过观察与实际操作来获得真实的学习体验，在学习体验中探究、反思与提高，实现理论知识与实践技能的有效衔接，促进知识的深层次建构。STEM教育通过为学生提供多种真实情景和先进工具，加强学生的学习体验，包括失败的体验。在参与和体验学习的过程中，应用科学、技术、工程和数学等多门学科知识，协作和探究式地解决现实问题，学生不仅获得了结果性知识，更重要的是学会从多学科、多视角、多维度来分析和解决问题，分析、综合、比较、抽象、概括、表达等各种能力得到全面提升，收获了蕴含在真实问题情境中的过程性知识，实现了从“学会”到“会学”的质的突破。第三节STEM教育的特征四、技术作为支持工具，有效开展学习活动技术既是STEM教育的重要组成要素，又是整个教学得以开展的核心支持工具，无缝融合于学习活动的各个环节中。STEM教育中常常使用的技术工具包括思维导图、计算机辅助设计软件、3D打印机、编码工具、机器人工具包、电路等，这些工具可有效支持学生快速理清问题、建立模型，将模型变为实体，组装成系统，并实现程序有效控制，最终达成目标。在所有技术中信息技术无疑占了主导地位，也显示了计算机科学和工程技能对未来劳动力的至关重要性。目前已经有比较简单的工具能够用于低年龄段学生的STEM学习项目中，如Scratch可视化编程工具，提供了模块化拖拉编程模式，学生不需要学习复杂语法知识，只要掌握简单的逻辑关系，就可以编译程序，实现Picoboard传感器、Arduino单片机等外部硬件控制，从而实现产品模型设计。学习STEM教育技能，

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第四节STEM教育实践的路径误区一、学科整合，建立STEM教育本土化课程我国大部分地区实施分科教育的课程，分科课程有利于学生系统知识的学习，但却肢解了完整的生活体验，将学科与学科之间完全割裂，使学生难以整体把握各学科的知识，综合运用知识解决实际问题的能力较弱。而反观美国，自20世纪60年代进行课程改革以来，课程就已经出现整合的趋势，STEM教育的推出再次说明学科整合已经是大势所趋。我国中小学一方面继续开展原有分科课程教学，为STEM教育打好科学、数学、艺术等学科基础；另一方面开设具有中国特色、内容丰富、涉及领域广泛的STEM课程，如科学课、实验课，让这些课程的内容贴近学生生活的真实世界，吸引学生学习兴趣，促进学生智力发展和道德成长，从而真正实现其知识到能力的转变，为我国创新型国家建设提供人才保障。第四节STEM教育实践的路径误区二、校内外结合，建立STEM教育生态圈STEM教育的形式从来不拘泥于学校课堂教学，而是需要建立一个有学校、家庭、社会、共同参与的教育生态圈。学校通过课程教学、社团主题活动、学科竞赛等形式，开展不同层次的STEM教学活动；家庭通过日常的亲自游戏、家庭出游等形式设计开展各类贯穿STEM教育理念的活动；充分利用当地科技馆、博物馆、大学、研究院所等社会资源开展具有STEM特色的社区活动、主题夏令营、科技竞赛等活动，形成一个连续的、多层次、多元化STEM教育生态圈。第四节STEM教育实践的路径误区三、STEM教育实践的误区许多学校在开展STEM教育过程中，对STEM教育的普适性、系统性、目的性认识不足，存在诸多误区：1.将STEM教育简单地看作拔高教育、精英教育，只筛选尖子生参与STEM学习。STEM教育不是少部分优质生专享教育，它适合于不同层次的所有学生。STEM教育的本意绝不是选拔科学或工程学的精英，而是面向所有学生、提高学生综合素养的整合性教育。2.将STEM教育看作拼盘教育，简单地将不同专业的几个讲座拼在一起。STEM教育不是简单地将各个学科教师的某些精彩讲座拼凑在一起，或是将高校的专家讲座拼凑在一起，而是真正地基于真实问题或项目的整合性、系统性学习。学生是具有年龄、心理、个性需求、能力差异的个体。STEM课程设计一定是根据学生认知特点、认知需求、学习目标等要素精心设计的系统性学习活动。第四节STEM教育实践的路径误区三、STEM教育实践的误区许多学校在开展STEM教育过程中，对STEM教育的普适性、系统性、目的性认识不足，存在诸多误区：3.将STEM教育片面等同于机器人、编程、机械加工课程。虽然通过机器人、机械加工等课程确实可开展一些STEM教育活动，但我们更鼓励教师借助学生身边已有资源或学校自身实验实践条件、本地特色资源开展STEM教育，同样能达成教育目标。4.学校让学生学习3D打印、机器人或搞小发明小创造，过分关注技术的酷炫，而没有将基础性学科知识和综合能力和素质培养融进STEM教育之中。5.将STEM教育视为贵族教育，只有物质条件好的学校才能开展STEM教育。在大多数STEM活动中昂贵的设备并不是STEM教育的必需品，重要的是一STEM教育理念设计项目活动，引导学生探索思考，解决问题，建立科学素养，提升创新能力。很多边远山区的中小学借助于学生身边随手可取得的廉价材料开展丰富的STEM教育。例如山东某学校借助当地随手可得的麦秆，开展一系列麦秆作品创意设计。思考与练习（至少选座一题）1.思考STEM教育对我国传统教育可能带来哪些方面冲击？2.通过网络检索理解STEM教育在我国的实施情况及成效。3.设计调查问卷，调查你身边的同学、老师、朋友对STEM教育的了解情况？4.根据STEM教育特征研讨STEM教育与情景教学、项目教学理念和形式的雷同与区别，以表格方式呈现比较结果。学习STEM教育技能，

提升师范生核心竞争力！第二章STEM教学设计（第一讲）STEM学习理论

37第一节STEM学习理论一、STEM项目式学习1.什么是项目式学习项目式学习（ProjectBasedLearning，简称PBL）源自美国教育家杜威（Dewey）倡导的“做中学（learningbydoing）”，由威廉·克伯屈的设计教学法发展而来。项目式学习核心思想是：教师围绕真实的问题或挑战，设计一系列的体验和探究活动，学生需综合运用多种学科知识与技能来解决问题，并将最终的学习成果予以表达、交流与展示，学习过程始终伴随反思、评价、修正和多方支持。38第一节STEM学习理论一、STEM项目式学习项目式学习的四个要素：内容、活动、情境、结果。（1）内容：项目式学习的主要内容是现实生活和真实情境中表现出来的各种复杂的、非预测性的、多学科知识交叉的问题。内容应该是来源于学生现实生活中有需求、有意义的问题，而非毫无应用价值的空想问题；是相对完整的而非支零破碎的知识片段，即强调知识的完整性和系统性；是值得学生进行深度探究、学生有能力进行探究的知识。如涉及到大概念的人口减少、环境污染、粮食危机、太空资源利用等内容选择；具体某个应用领域的机器人巡检、多功能耳机、无人机植保、太阳能风扇等，均可作为STEM项目教学内容。39第一节STEM学习理论一、STEM项目式学习项目式学习的四个要素：内容、活动、情境、结果。（2）活动：项目式学习的活动主要是指学生采用一定的技术工具(如计算机)和研究方法（如调查研究、资料查阅）解决所面临的问题所采取的探究行动。活动设计要具有一定的挑战性。使学生在项目式学习中遇到一些困难，促使其使用各种途径和工具进行探究和思考，从而掌握复杂的概念和技能。活动具有建构性。项目式学习的目标之一是帮助学生进行知识迁移，构建并生成自己的知识体系。活动设计中要充分考虑学生已有知识背景和认知能力，确定学生能够在寻求解决办法的过程中，选择、分析、合成信息，将新获取的信息与所学知识联系起来。活动设计应该与学生的个性一致。项目式学习适应于用不同的方法学习，能给学生提供多种方式参与和验证他们的知识学习，适合各种各样的智力技能（如肌体运动技能、绘画技能）的学习，也能适应不同的学习风格，如个别化学习或者小组合作学习。40第一节STEM学习理论一、STEM项目式学习项目式学习的四个要素：内容、活动、情境、结果。（3）情境：情境是指支持学生进行项目式学习的环境，这种情境既可以是物质实体的学习环境，也可以是借助信息技术条件所营造的虚拟环境。情境能够促进学生之间以及学生和社会团体之间的合作。项目式学习和其他学习模式相比，能给学生提供更丰富的、更具真实性的学习经历。在这种情境中，学习和工作需要相互依赖和合作。这种环境同时也能使学生防止人际冲突，并且帮助其解决人际之间的冲突。情境利于学生使用并掌握技术工具。情境为学生学会使用各种技术(如计算机技术和电子技术)提供了一种理想的环境，能拓展学生的能力并为他们走向社会作好准备。41第一节STEM学习理论一、STEM项目式学习项目式学习的四个要素：内容、活动、情境、结果。（4）结果：结果是指在学习过程中或学习结束时学生通过探究活动所学会的知识或技能，如小组合作学习技能、生活技能、自我管理技能等。项目式学习模式同时也促进学生的高级认知技能和问题解决策略的形成，为培养专业技能和训练专业研究策略提供服务，促使学生“学会学习”。42第一节STEM学习理论一、STEM项目式学习2.STEM项目式学习STEM项目式学习具有两个显著特点：模糊的任务和明确的结果。项目中的任务定义比较模糊，它被置于丰富的情境下，同时具有明确目标，要求学生解决若干问题，通过学生完整的作品展示来评价对STEM所涉及的各个学科概念的掌握情况。模糊的任务给了学生对问题、约束和标准进行解释的自由，同时富有挑战性，使他们利用学科知识来形成各种各样的解决方案，且所有方案都会产生已经明确定义的结果。43第一节STEM学习理论一、STEM项目式学习STEM项目式学习在学习活动和情境设计时要注意以下四个原则：（1）让学生接触到所学内容通过专注于问题、事例和将新观点与学生先前获得的相关知识联系起来，让学生接触到学习内容。有效的教学应该为学生提供机会回答自己的问题；让学生通过设计并实际操作与自己相关的调查，来优化在起始阶段提出的问题；根据学生的个人理解来评估数据和科学证明；把学生的理论和解释用个人的语言表达清楚。必要时，为学生搭建脚手架，让他们能更深入地、持续地参与探究过程。搭建脚手架包括示范、指导、排序、与其他人互动、降低复杂度或者逐步增加复杂度、突出关键特征、示范或激发、使用视觉元素及时反馈等，这些能帮助学生分析自己的推理，减少对教师的依靠，提升自我问题的诊断能力。44第一节STEM学习理论一、STEM项目式学习STEM项目式学习在学习活动和情境设计时要注意以下四个原则：（2）让思维具有可见性科学经常被当作一个知识体而教授，学生难以理解科学的本质。让思维具有可见性就是帮助学生看到科学思维过程，从而接近科学本质，促进学生在科学世界和学习世界之间的互动。让思维具有可见性可以从三个维度实现：①示范科学思维；允许学生区别自己的观点，解释来自他人的反馈，根据实验结果来重新考虑信息，培养学生对科学尝试的承诺感。②为学生搭建脚手架；给学生提供清晰观察自己的学习机会，鼓励学生反思，而且更准确地示范科学过程。③提供多种表达方式。能够帮助并吸引学生积极主动地参与到解释科学的过程中，如代表了尖端科学的电脑动画、建模制作项目、动态描写和科学信息显示等，都是学生能够接近的。45第一节STEM学习理论一、STEM项目式学习STEM项目式学习在学习活动和情境设计时要注意以下四个原则：（3）帮助学生向他人学习STEM项目式学习在项目设计与实施中必须训练学生倾听他人，观察榜样，向榜样学习。学生在设计解决方案的时候，必须进行讨论，并在讨论中留有时间来进行反思，整合他人的观点，认真做出自己的贡献，而不是形成拙劣的辩论。设计方面的讨论要公开建立科学的文化规范，要涵盖所有的观点，包括那些最后被摒弃的观点，有关观点、设计或摒弃的理由，以及来自专家和证据方面的支持。必须引导学生建立科学解释的标准，评估自己的进步，分析他人的进步，描述自己的观点和他人观点之间的联系，评判他人提出的联系。创造学生之间的社交互动并规范协助这些过程的开展，让学生能以同伴、专家和多元文化小组成员的语言来聆听这些观点。46第一节STEM学习理论一、STEM项目式学习STEM项目式学习在学习活动和情境设计时要注意以下四个原则：（4）自主学习STEM项目式学习是“以学生为中心”的学习模式，但绝不意味者教师什么事情也不做。而事实上，与多数“以教师为中心”的传统教学相比，从事“以学生为中心”教学的教师任务更加艰巨。教师要做到最高质量的教学与反馈相平衡，让学生有机会来评价自己的观点。教师监控和反馈的太多或者太少，都会阻碍学生的学习。STEM项目式学习要有学生的自主探究过程，这些过程让学生有能力设计个人的目标，从他人那里寻找反馈、解释评语、增加新证据、在新背景下回顾某些现象。当学生在自我探究中设计新的解释和辩论时，需要教师为学生搭建脚手架，以方便学生设计出恰当的方法。47第一节STEM学习理论二、STEM项目式学习中的工程学工程是STEM项目式学习中的重要组成部分。已有研究表明，利用工程设计作为情境或教学方法能够有效促进学生STEM学科领域的融合学习。STEM项目式学习倡导将工程学的思想融入项目式学习全流程，让孩子们学习：如何向工程师一样工作。1.工程工程是应用数学、科学和技术领域的概念来系统地解决复杂问题。工程针对的是实际问题，在任何时候都要考虑复杂的环境，桥梁建造要考虑风速、地质构造，前端工程要考虑网络环境。工程是个复杂的系统，需要讲究组织和沟通，注重流程、规范，对于规范之外的个人发挥非常谨慎。工程需要追求极致，需要将已有的技术最大化的转化成效益。科研成果需要通过工程来转化为生产力。工程为学生提供了一种解释概念的良好背景环境，而如果缺乏这种背景环境则学生可能难以想象这些概念。借助工程，学生更有动力去更深地理解数学、科学和技术的相关知识。48第一节STEM学习理论二、STEM项目式学习中的工程学STEM项目式学习中使用工程设计思想会为学习带来很多好处。（1）提升高阶思维能力。（2）能为数学和科学提供现实的应用环境。（3）能够提供将复杂问题分解的良好框架。（4）建立面向未来的技能，如问题解决能力、创造力等。（5）在数学、科学、技术与现实世界的产品和过程之间建立联系。（6）增强学生的商业意识，识别行业建的联系。（7）培养成功合作和团队协作所要求的技能。（8）培养对科学、技术和数学概念更加浓厚的兴趣。（9）培养实地调研、流程、规范、日志等工程习惯。49第一节STEM学习理论二、STEM项目式学习中的工程学2.工程设计基本步骤（1）提出疑问，定义问题。工程挑战通常由某种需要、愿望或问题引发，工程师会提出一些疑问，确定限制条件或成功的标准来帮助定义工程问题。（2）建构并使用模型。模型可以是实物的、概念的或者数学上的。工程师会借助模型来确定和测试解决方案。（3）制定计划并进行调查。工程师通过调查来测试和改进他们的解决方案。工程师必须能够定义变量，设计调查以测试解决方案的可靠性或性能。（4）分析并解释数据。工程师会应用图标和数据等形式来分析和解释数据，从而确定解决方案是否合适。50第一节STEM学习理论二、STEM项目式学习中的工程学2.工程设计基本步骤（5）运用数学和计算思维。工程师将建立数学模型并测试解决方案，使用计算机进行数据分析和模拟。（6）设计解决方案。工程师将运用工程设计原理来研发解决方案。在研发解决方案时必须均衡考虑多种不同的因素（如成本、审美、材料、安全）。此外，工程师必须依据具体的标准判断哪个方案可能是最富有成效的。（7）用事实进行论证。工程师必须有能力通过论证来解释和捍卫自己的设计决策。工程师还应该对其他人创建的论证进行批判。（8）获取、评估并交流分享。工程师必须能够从各种来源（包括文本）中阅读和理解技术信息。另外，工程师还必须能够有效地和他们交流分享观点，进行合作。51第一节STEM学习理论三、STEM探究式学习1.什么是探究式学习探究式学习是20世纪60年代发现式学习运动中发展出来的一种教学方式。探究式学习作为传统教学方法的替代方法而得到发展，传统的教学方法通过让学生死记硬背来开展教学。探究式学习是一种让学生自己去探索问题和兴趣的学习和教学方法，其主要途径有：①提出有意义的问题；②计划并执行调查型策略；③从不同的源头收集信息；④以具有生成性的展示方式讨论信息；⑤反思自己的学习。探究式学习的步骤52第一节STEM学习理论三、STEM探究式学习2.STEM项目式学习和探究式学习的比较相同点：项目式学习和探究式学习都是积极主动的学习方法，二者的理论都根源于约翰·杜威的哲学观，杜威认为教育的起点应该是激发学生的好奇心。在探究式学习的方法中，学生的问题和好奇心理组成了课程的核心部分。教师鼓励学生提出问题并对自己感兴趣的主题开展研究，从而形成自己的发现。探究式学习以问题开头(多数是来自教师的问题)，接下来便是调查，其过程可能会涉及收集数据和学生开展研究来形成新的知识。在结束时，学生对自己新发现的知识进行反思。对比来看，STEM项目式学习在起始点就牢记项目的最后结果，通过明确的结果把项目式学习介绍给学生，接下来分层传递的是有关完成任务的明确期望和制约因素。在探究式学习中，学生提出问题，开展研究，收集数据并推断结果。通过研究，学生得出自己的发现，而不是一定要生产出具有现实生活应用意义的作品。53第一节STEM学习理论三、STEM探究式学习2.STEM项目式学习和探究式学习的比较不同之处：STEM项目式学习对学生最终作品的强调，要求学生通过完成作品展示自己所学到的东西。与探究式学习中教师角色的主要不同处在于：在STEM项目式学习的教师指导学生到自己的小组找到问题的答案。比较来看，在探究式学习中，教师提出引导性问题来帮助学生，而且教师更看重学生先前的知识、经验和兴趣，因为新的学习或问题基于这类知识和经验。但是在STEM项目式学习中，情况就并非如此，学生应该研究的项目既不必以学生先前的经验为基础，也不必要基于学生的兴趣，但应该是现实世界的任务，而且能让学生专心投入。54第一节STEM学习理论三、STEM探究式学习2.STEM项目式学习和探究式学习的比较不同之处：在STEM项目式学习中，学生被要求解决来自现实生活的问题或项目，而且这些问题和项目都有现实生活的应用价值，因此学生必须进行调查、记录、分析，并展示自己的研究发现，很显然，STEM项目式学习的特点就是学生发挥主动权。与探究式学习相比，STEM项目式学习给予学生更多的自由来讨论、测试，并创造自己的解决方案。55第一节STEM学习理论三、STEM探究式学习STEM项目式学习探究式学习以学生为中心，学生自主学习以学生为中心，教师指导下的学习学习和教授方法学习和教授方法通过体验来学习基于先前知识和经验来学习生产出成品不一定要生产出成品合作学习合作学习合作的小组学习个人的或(并非总是有)合作的小组学习模糊的任务和明确的结果选择性任务和松散界定的结果项目驱动假设或问题驱动建构主义和建设主义建构主义结构化较差结构化教师作为协助者教师作为协助者工程设计步骤是每一节STEM项目课的核心没有成品，也没有工程设计步骤评价类型：形成性和终结性评价类型：形成性和终结性学生是问题的提出者，并确定模糊的任务或现实生活问题的实际解决方案学生是问题的提出者动手并动脑动手并动脑项目具有现实生活适用性并非总是如此项目有制约因素和计划好的时间表没有制约因素，以及具体的时间表问题是项目式学习的重要部分问题是探究式学习和教学的核心多学科单一学科56第一节STEM学习理论三、STEM探究式学习3.如何将探究式学习转化为

STEM项目式学习STEM项目式学习往往不像探究式学习那样结构化，因为不同小组可能会有不同人数的学生开展各种各样的个体或者合作性任务。但是，项目式学习的教案形式与传统教和学的方法相比更具结构化。那么如何将探究式学习的教学设计教案转化为STEM项目式学习的教案？这种转化一般需要考虑10个部分：任务、目标、联系、明确的结果、所用材料、投入、探索、解释、延伸，以及评价。57第一节STEM学习理论四、STEM跨学科学习1.为什么要开展跨学科学习在现实世界中，解决社会问题和环境问题不是在孤立的领域内开展的，而是在STEM多领域中交叉进行的。如果把学习割裂开来，学生就经常不能理解各个学科领域是如何相联系的。虽然具体学科的学习很重要，尤其是对学科领域内容的基本理解，但是跨学科学习可以帮助学生建立高阶思维技能，还可以帮助学生在不同学科领域之间形成有意义的联系。就培养学生掌握概念性知识而言，项目式学习本身就是跨学科，STEM项目式学习是非常完美的方案。跨学科的STEM学习经历，能够帮助学生更好地理解身边的世界，有利于提升学生的学习动力，带来更高的学习成就。58第一节STEM学习理论四、STEM跨学科学习2.什么是跨学科教学跨学科，是有意识地去参与并整合多个学术领域和多种学习方法来研究某个核心问题或项目。跨学科是指教和/或学的经历中明确地认可和联系多个科目或学术领域的内容与教学，项目式学习切合跨学科教学，因为它很自然地涉及不同的学术技能，如阅读、写作和数学，项目式学习也切合通过不同学科领域之间的同化来建立概念性理解。例如，因为学生是通过书面的作品和口头演示来和班级同学交流分享自己的发现，因此项目式学习很轻松地解决了书面和口头沟通技能方面的问题。项目式学习也可以整合其他学术技能，如批判性思维、问题解决技能、视觉和艺术方面的技能。59第一节STEM学习理论四、STEM跨学科学习3.通过项目式学习来促进理解STEM教育鼓励学生成为独立的问题解决者，促进学生横跨学科领域的理解。在STEM项目式学习中，学生在研究一些与现实世界相关的问题时，一般以小组的形式展开合作学习。这些小组活动的设计往往通过学习内容和吸引学生个人兴趣来给予学生学习的动力。教师在项目教学设计时，必须考虑到项目内部各主题间的关联性，从而更为综合地介绍课程。这种综合性和关联性促进了学生的理解和强化了学习动机。并非项目式学习的每一次实施都要整合所有学科领域，且牵强附会的整合也不是我们所期望，注意到这一点很重要。60第一节STEM学习理论四、STEM跨学科学习4.项目式学习课程整合的不同层级级别备课标准主题学习环境教师角色学生角色1.单一课堂单独/每日/每周单一科目注重学习目标/单一课堂所有知识的广泛给与者通常是个体学习/知识的接受者2.主题单元年级级别/科目领域/每周主题/单元/没有任何整合的尝试通常是单一课堂教学知识的给予者/分享者个人/小组/知识的接受者3.多学科年级级别/科目领域/小型学习共同体两个或者更多的学科，有一些整合的尝试注重学生的成就分享型学习/协助者分享型学习者/知识的收集者4完全整合/跨学科小型学习共同体学科内部和学科之间的无缝隙整合注重知识的习得项目式学习的众多协助者之一知识的收集者/小组活动/项目式学习61第一节STEM学习理论四、STEM跨学科学习5.跨学科学习共同体团队协作是STEM教育的特色，也是STEM教师的工作模式与方法。组建跨学科学习共同体，能帮助教师更好地理解STEM素养和构建STEM教育的课程观，发挥专业人士的学科能力，与教师共同参与STEM课程项目的教学实践。同时，团队教师对教学的共同介入，也帮助学生把学习和生活实际联系起来，促进学生以多种方式在更加开放的空间和时间中、在更多专业人士的支持下，完成STEM项目式学习过程，达成预期的教育目标。跨学科学习共同体不仅包含科学、技术和数学教师，还包含一系列具有不同专业类型和水平的其他职业者，为教师及团队成员提供了共同的时间来合作并计划教学。典型的跨学科学习共同体由4-6位教师组成。教师可能来自同一个学科领域或不同学科领域，讲授的内容经常在本质上是跨学科的。团队教师合作性地开展工作，表现出很强的学科专业性，对STEM课程项目设计与实施更为科学、有效。62第一节STEM学习理论四、STEM跨学科学习6.形成跨学科团队的必要因素共同的备课时间推动教师之间的跨学科合作。为跨学科团队指定的共同备课应该持续一段时间，而且在一个学年内要保持同样的跨学科教师组合。在相邻的环境中工作和备课，如在楼房的同一侧，也有助于在跨学科团队之间营造一种学院式的氛围。理想情况下，教师团队应该由为数不多的教师组成，大约3-5位教师，对应的学生人数为100-150人。63第一节STEM学习理论四、STEM跨学科学习7.项目式学习的学科交叉和多学科备课跨学科的STEM项目式学习要求教师通过确定明确的结果先来识别每一个科目领域需要覆盖的学习目标。教师应该总是先想想在项目式学习结束时，自己想要让学生知道什么。在项目式学习结束时，学生应该能够通过呈现自己的作品，向同伴和教师展示自己学到的东西。64第一节STEM学习理论四、STEM跨学科学习8.跨学科的STEM项目式学习的优势和局限优势：（1）取消了孤立的学科课程知识点。跨学科的项目式学习弥补了传统的学科课程的不足。在传统课程中，学习被学科领域高度地分割了，在项目式学习中，学习更为自然，适合于建立更深层次的概念性理解。（2）发展得更为适当。跨学科发展的项目式学习更为合适，因为课程依赖学生的个体需要而变化，这种情况会使学生更加积极地参与学习。（3）课程内容、形式更加灵活。跨学科的项目式学习是一种灵活的课程，所以教师在引领学生进行探索的同时依然可以达到课程的要求。（4）满足不同学生的个性化需要。使学生对自己的学习负责来满足学生的要求。65第一节STEM学习理论四、STEM跨学科学习8.跨学科的STEM项目式学习的优势和局限局限性：（1）时间方面的限制。并非所有的教育者都认为有足够的时间来计划并实施跨学科的项目式学习。（2）备课（计划）和实施方面的困难。安排共同的时间让不同课程的教师集体备课可能是颇具挑战的一件事，在没有管理人员支持的情况下几乎不可能完成。（3）缺乏教科书或课堂秩序。在项目式学习中，学生在课堂上来回走动，而不坐在指定的课桌上学习。并非所有的教师都能接受或控制好这种课堂教学活动，传统教科书式的课堂活动每章节的结尾都有一套与课程内容相关的问题与测试，会减少很多工作量。（4）难以判断学生先前的知识。某个班的学生所掌握的知识或许与其他班的学生不同。有些教师缺乏想象，在教授不同技能时很难断定学生的先前知识，因此觉得很难让每个学生按照自己的层次和进度来学习。（5）某一学生会有消极反映。在开始实施跨学科项目式学习时，那些未曾体验过跨学科项目式学习的学生可能会有消极的反应。例如，学生可能会觉得迷惑，“为什么我们在科学课上做数学题?”如果项目式学习事先计划得很好，且教师很专业地予以实施，这种类型的反应就会减少。66第一节STEM学习理论四、STEM跨学科学习9.跨学科项目式学习的范例范例1：斯库勒（Schooler，2004）开发出一个名叫“冷得发抖的项目”。这个项目是数学、科学和技术学科的教师合作的结果。模糊的任务是建造一个冰容器。教师每个星期开展一次合并班级的教学。学生以团队的形式一起工作，在设计冰容器时他们运用自己对三维物体的理解和技术。在项目结束时，教师依据在项目开始时就形成的指导原则对学生冰容器的设计进行评价。范例2：来自八年级的数学、语言艺术、社会科和科学教师之间的合作。这些教师一起工作研制出一个有关地貌主题的模型。教师之间的合作产生了教学计划、教学活动和评估策略。这些教师认为，他们的方法比较容易整合多个学科。67第一节STEM学习理论四、STEM跨学科学习9.跨学科项目式学习的范例范例3：基于数学和技术科目的整合，其模糊的任务是设计一个楼梯体系。这个项目的教学任务针对多方面的技能。例如，这个项目要求学生在设计楼梯时使用诸如勾股定理和坡度此类的数学公式和函数。这个项目也涵盖了历史方面的学习，因为它要求学生写一篇一页纸长度的关于楼梯历史的短文。在项目结束时，对学生的评估包括对楼梯设计、教育远见和项目的图案展示的评估，以及描述整个项目的书面文章的评估。68第一节STEM学习理论五、STEM项目式学习中的技术1.STEM项目式学习中技术的定义和范围技术在功能性上的定义是“对工具、机器、技术、手工、组织体系和方法的制作、使用和了解掌握，其目的就是解决问题或者执行具体的功能”。也就是说，以人类的天才和创造力驱动的技术，其目标是通过解决问题，使人们的生活变得更容易，同时也使生活更高效，更丰富。这就是为什么技术的简明定义就是人类创造。正如我们在前面探讨过的科学、技术、工程、数学之间的内在联系，技术从来不是孤立存在的，没有与数学、科学和工程的紧密结合与综合应用，就不可能产出超音速飞机、机器人、航天飞机；同时，技术在实际使用中带来新的需求、目标和灵感，又会对科学、工程、数学领域的发展做出贡献。对人类发展做出贡献的所有项目，如潜艇、航天飞机、桥梁、高铁、手机和太空站等，都是通过STEM领域的运用而实现的。69第一节STEM学习理论五、STEM项目式学习中的技术1.STEM项目式学习中技术的定义和范围STEM项目式学习中，学生除了从教师那里或教科书中获取信息，还要从多种源头获取信息，以便解决现实生活中的复杂问题，要求学生学会获取信息的技术，从而深入地学习一门学科，同时运用高阶思维技能学习STEM的多项学科。STEM项目式学习过程中鼓励学生的自律性和终身学习技能的获取。

70第一节STEM学习理论五、STEM项目式学习中的技术2.为什么要在STEM项目式学习中使用技术STEM项目式学习旨在讲授和其他学科领域整合的技术，通过使用技术来让学习过程更为有效、更有吸引力。在STEM项目式学习中，技术有两种角色：①与科学、工程、数学整合在一起的技术；②应用能够促进STEM项目式学习的教育技术。（1）有利于创新性教学和教学的创新从人类发展的历史来看，在每一个里程碑事件之后都有技术的创新。在STEM项目式学习中，学生能够凭借自己的创造性和创新思维找到使用技术的更实用的新方法，寻找解决问题的方案，乃至发明新技术的新思路。71第一节STEM学习理论五、STEM项目式学习中的技术2.为什么要在STEM项目式学习中使用技术（2）有利于培养可持续意识和环保意识科学技术是人类社会的重要活动方式之一，科学技术的进步和发展直接推动人类社会的进步和发展，但由于科学技术自身的局限性和社会生活的复杂性，技术也产生了大量负面和消极作用。STEM项目式学习提供了绝好的机会来了解技术使用方面的警示。在STEM项目式学习过程中，教师可以引导学生选择使用对环境负面影响最小的、支持可再生能源的技术。在研制新的产品工艺时，鼓励学生偏向于使用可回收的材料或者可以使用的废弃材料。整合到STEM项目式学习的技术，可以让学生培养环保意识，增加保护环境及其可持续性方面的敏感性。72第一节STEM学习理论五、STEM项目式学习中的技术2.为什么要在STEM项目式学习中使用技术（3）有利于培养技术素养和信息沟通素养技术素养是未来人们需要获得的最重要的素养之一。技术素养就是负责任地使用恰当技术的能力：沟通、解决问题、获取、管理、整合、评估、设计和创造信息来提高所有学科领域的学习，并获得终身知识和技能。技术素养启动了科学、工业和经济领域的竞争和可持续发展。技术方面的知识和技能使人们能获得更好的职业，这些素养在将来甚至更为重要。融入技术的STEM项目式学习是让学生获得技术素养的有效途径。与技术素养紧密相关的另一种素养是信息沟通技术素养。信息沟通技术素养综合了人们处理信息来解决问题的能力和通过数字环境对信息进行批判性思维的能力。在当今社会，使用信息沟通技术非常重要。73第一节STEM学习理论五、STEM项目式学习中的技术3.如何使用技术来支持STEM项目式学习（1）在STEM项目式学习中整合教育技术将技术成功整合进STEM项目式学习的三个原则是：效用、效率和吸引力。效用、效率和吸引力与学习目标的达成、学生的学习级别和学习过程的诉求相关。这些部分中至少有一项可以通过在STEM项目式学习中融入技术而得到实现。如果STEM项目式学习中应用的技术不能对这些部分的任何一项有所贡献，那么就要重新审视这一技术及其使用方法。74第一节STEM学习理论五、STEM项目式学习中的技术3.如何使用技术来支持STEM项目式学习参考ASSURE学习模式整合在STEM项目式学习中整合教育技术。（1）“分析学习者”阶段：识别学习者的特征、入门时的能力和个人特点，在STEM项目式学习中考虑这些因素并选择技术。（2）“陈述目标”阶段：明确定义在STEM项目式学习结束时期望学生取得的成果并规划更为合适的教学过程和技术的融合。（3）“选择方法、媒体和材料”阶段：选择媒体和材料，如乐高积木、实验套件、网络应用或者以电脑为基础的各种应用等。可以从可获得的媒体和材料中进行挑选，也可以改变现有材料或形成新的材料。无论是选择还是制作新的媒体和材料均需考虑相关技术问题。75第一节STEM学习理论五、STEM项目式学习中的技术3.如何使用技术来支持STEM项目式学习参考ASSURE学习模式整合在STEM项目式学习中整合教育技术。（4）“使用媒体与材料”阶段：确保STEM项目式学习中所使用的媒体运作良好，而且学生能够正确使用。考虑为学生提供使用相关媒体技术的全面知识，也包括任何负面的影响，同时考虑学生的技能水平。（5）“要求学习者参与和交互”阶段：价差学生和教室的角色以及他们实用技术的情况，以确保学生积极参与的程度、团队工作、平台搭建等。（6）“评估和修改”阶段：评估因技术而丰富了的STEM项目式学习，确定其效用和效率，并弄清楚哪些方面运作良好以及哪些方面在下次使用时需要改进。76第一节STEM学习理论五、STEM项目式学习中的技术3.如何使用技术来支持STEM项目式学习（2）用于STEM项目式学习的教育技术课堂上应该使用哪些技术手段呢？可能是电脑、放映机、投影仪、iPad、计算器、互动式白板，还可能是虚拟仿真技术、3D投影技术、数据挖掘、云计算技术等等。这些技术手段虽然都不是为了教学目的而发明的，但是它们在教育环境中被使用，能够对教和学、教育管理和规划、评估，以及教育中的引导过程作出贡献。研究结果表明，在STEM项目式学习中使用教育技术可以提高学生的成功率、兴趣和动力，也有助于改进学生的学习态度。但是，我们不认为技术的使用总是能提高教育效率或者使STEM项目式学习更加成功，只有使用适合项目式学习需求和符合学生特征的技术才能够使STEM项目式学习成功实施。否则，花费大量时间和金钱的技术，也可能导致不良后果而且对学习产生负面的影响。77第一节STEM学习理论五、STEM项目式学习中的技术3.如何使用技术来支持STEM项目式学习描述网址STEM在线专业学习共同体西门子STEM学院教师资源/index.cfm?event=showResourceLanding&c=37英特尔STEM资源/zbout/corporateresponsibility/education/k12/stem.htmSTEM教育者的网络资源/Publications/STEMconnections/STEMconnections.htmSTEM项目式学习竞赛/intl/en/events/sciencefair/STEM教育联盟

上海STEM云中心/行知教育—中国STEM教育协作联盟/78第一节STEM学习理论六、STEM项目式学习中的评价1.评价在STEM项目式学习中的作用在STEM项目式学习的评估中，教师要把注意力从终结性评价转移到形成性评价中，使评价不仅仅关注对产品的量化，更加关注学习的过程；使测验的分数或等级对学生终结性评价的影响逐步变小；使学生对自己的学习过程有清晰的意识。教师、学生要逐步改变对评价的原有观点。在传统的教师评价活动中，评价等同于为学生进行打分，分数决定了学生在校学习的成败。这种传统的评价方法导致学生会力争在考试中得到高分，而没有通过自我提高和理解来形成学习策略。对学生来说，造成了为分数第一的权威认定，从而阻碍了把评价作为一种对预期学习目标进行反馈的手段。对教师来说，这种传统的评价方式强调了一种常见的信念，即教师要了解学生不知道的内容，这样教师能够调整教学内容、教学方式和评价学习的方式，从而达到提高学生理解的目的。在长期教育的过程中，学生对评价规范以及如何评价已经培养出了一种先入为主的概念。STEM项目式学习有关评价的崭新视角要求教师和学生改变自己对评价的原有观点。79第一节STEM学习理论六、STEM项目式学习中的评价1.评价在STEM项目式学习中的作用教师需要做好准备帮助学生认识并理解STEM项目式学习的评价。在STEM项目式学习的起始阶段，教师往往要要面对学生关于评价的质疑，甚至部分学生经常会因为分数低而灰心丧气。首先，教师一定要教会学生如何理解评价量规、如何理解教师的评语，以及形成性评价是对学习过程的检查而不是分数结果。其次，教师可以在开始时就设置一个讨论社区，讨论评价量规怎样使用，确保学生明白评价量规的使用是用来帮助学生识别出自己需要进一步提高的方面，而不是用来评价学生学习的成败。80第一节STEM学习理论六、STEM项目式学习中的评价2.形成性评价和终结性评价有两种广义的评价类别：形成性评价和终结性评价。形成性评价是对学生日常学习过程中的表现、所取得的成绩以及所反映出的情感、态度、策略等方面的发展做出的评价，是基于对学生学习全过程的持续观察、记录、反思而做出的发展性评价。其目的是“激励学生学习，帮助学生有效调控自己的学习过程，使学生获得成就感，增强自信心，培养合作精神”。终结性评价主要是集中在评价学生遵守既定的教学过程之后已经完成的学习。其目的是做出教育效果的判断，从而区别优劣，分出等级或者鉴定合格；与教学效能核定联系在一起，它为关于个体的决策、教育资源投入优先顺序的抉择提供依据指向更一般的等级评定。81第一节STEM学习理论六、STEM项目式学习中的评价2.形成性评价和终结性评价STEM项目式学习中的形成性评价涵盖了项目探究、小组协作、作品完成的全过程，这些作品是在教师清楚明白的指导下完成的。教师引导的方向与STEM项目式学习所期望的学习结果相一致，作品是学生所学知识的总结或者是作为知识产品来勾画出一幅有关学生所学内容更丰富、更完整的图景。从这个方面考虑，STEM项目式学习的形成性评价应该是帮助学生获取与应用知识，关注的重点是拥有知识而不是测试结果。形成性评价重点强调对学生思维方面的进展展开批判性的评价。形成性评价使用的方式是让学生书写或讲述自己所学到的内容，并说明思考的过程及依据。这样的评价得力于写作、演讲和思考性的内容，能够促使学生对自己所学的知识较灵活地使用，能够帮助学生发展一定的测试技巧，比如批判性阅读技巧。STEM项目式学习的评价应与学习活动和学习环境相匹配。如果学生开展个人学习，那么基于小组的评价可能会造成评价方法与个人学习的不和谐，因而对学生的学习有负面影响。对于基于小组的学习来说，如果小组成员混乱分配，那么很少需要进行定制式的评价。当学生随意分组或者自行组合时，则要修改评价使其适合每个小组的特征或学术特质。假如评价是高度设定的，项目学习小组可能只会呈现某一具体目标，相比来说，事先设定较少的小组，更能呈现出丰富多彩的作品。内容也是核心的变量因素，应该在设计评价的过程中适当修改。有些内容用一些方法比另一些方法更容易评价。例如，通过创造性的评价任务来评估知识水平是颇具挑战的一件事。82第一节STEM学习理论六、STEM项目式学习中的评价3.真实性评价真实性评价是由美国学者Wiggins于1989年最早提出的，Wiggins对真实性评价做出了如下定义：“为学生提供能展现最新教育理念和实践的教学任务，并考察学生在这些任务的实际表现的学生评价就是真实性评价。”真实性评价强调评价与学习以及课堂教学的整合，以学习或生活中真实的任务为基础，强调评价的过程性、动态性、发展性和真实性，为教师改进教学与学生发展自我提供支架，促进教学和学习的发展。在STEM项目式学习中，真实性评价在不同程度上适合了STEM项目式学习的各个不同方面。STEM学习的本质特征是集中开发现实世界的项目，让学生能够对各种不同概念的理解，真实性评价与现实生活任务或情境相吻合，知识产品与明确的结果引导下的学生情趣相吻合，能够帮助学生从权威的调控转向自我学习的调控。真实性评价是为了帮助学生提高解决实际问题的能力，这与开展STEM项目式学习的初衷相一致。83第一节STEM学习理论六、STEM项目式学习中的评价3.真实性评价真实性评价的真实性体现在以下几个方面：首先，学生的学习任务是真是的、贴近现实的。真实性评价基于现实生活或模仿真实情境创设的学习任务或活动，该活动对学生来说是具有现实意义和价值的。其次，评价实施过程是真实的。学生对将会如何评价自己享有知情权，在真实性评价之前，教师要告知学生评价的具体内容，并对评价标准进行解读，以便帮助学生更好地理解评价标准，学生在理解评价标准的基础上，在学习过程中，使用评价标准对自己进行评价，并且能够接受基于该评价标准的评价结果。第三，评价环境是真实的。在不施加任何外部压力的情况下，教师、学生和小组成员间通过评价表和轶事记录表，观察和记录学生在整个课堂学习生活中的真实学习状态，为教育者提供连续的、发展性的评价信息，并给学生提供真实的、有意义的信息反馈，从而更好地帮助学生改进学习。第四，评价信息是真实的。真实性评价关注不同个体之间的差异和个体通过学习在不同阶段发展情况的差异性，不仅对学习过程中的学业成就进行评价，也对学生的问题解决能力、创造性发展、逻辑思维发展和情感态度等进行评价，评价内容更贴近学生实际情况，评价结果更加接近真实。84第一节STEM学习理论六、STEM项目式学习中的评价4.STEM项目式学习的评价STEM项目式学习中的评价对教师的要求更高。传统课堂教学中，教师只需要对学生进行打分，分数判断决定学生的学习情况。在STEM项目式学习中，教师在项目设计时就要很清楚地说明教学标准，在设计评价量规时，充分考虑评价对象、评价内容，在项目实施中适时调整评价量规，借助信息技术及时对学生进行评价并记录学生的学习情况，以保证评价结果的真实