基于大数据下的STEM教育应用思考-以创客空间为例

-2-基于大数据下的STEM教育应用思考-以创客空间为例摘要：本论文将基于大数据，运用STEM教育，以创客空间为例、立足学习过程、多技术交叉融合的跨学科式教育；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，真正让学生在获取知识、探索意识、学科融合、技能培养和问题解决等方面的能力都可以发生质的飞跃。关键词:大数据；STEM教育；创客空间ThinkingonSTEMeducationapplicationbasedonbigdata--acasestudyofmakerspaceAbstract:Thispaperwillappiystemeducationbasedonbigdata,Takingmakerspaceasanexample,itisaninterdisciplinaryeducationbasedonthelearningprocessandthecross-integrationofmultipletechnologies.Thefundamentalgoasistocultivatetalentswithcomprehensivescientificliteracyandinnovativepracticalability,studentscanmakeaqualitativeleapinacquiringknowledge,exploringconsciousness,subjectintegration,skillcultivationandprobiemsolving.Keywords:Bigdata;STEMeducation;Theguestroom1.绪论1.1研究背景传统的教学模式中，老师在课堂上只是单一的对于理论知识的传授。课程标准一直以学科知识为导向，追求学科知识的层次性与逻辑性，却忽略了科学知识的综合性，学生们难以理解怎样将抽象的学科知识综合运用到现实生活中，缺乏学以致用的能力和创造力。而今步入信息化社会，学生可以通过互联网获取所需知识，培养学生加工、提炼、深化、运用知识的能力显得尤为重要。因此，教育的意义在于怎样把基础教育中的分科知识联系起来，怎样将碎片化信息整合并应用于实践。STEM教育最先出现在美国，由于STEM教育的优越性，慢慢的在全世界广为运用。截止到目前为止，国内外有关的学者对于STEM教育进行了大量的研究，并且取得了一定的研究的成果，但是大数据背景下STEM教育的研究比较匮乏。针对于此，在大数据背景下怎么将STEM教育进行更好的应用至关重要。1.2研究意义学生是我国未来的发展的动力，然而在学生学习的过程中由于课程压力大，大部分时间都是用于课程的学习，课外活动的时间较少，这样就会导致学生的学习压力过大，慢慢对于学习的兴趣大大的降低。STEM教育与大数据的结合，能够有效增加了学生的学习兴趣，提高学生自主学习和合作探究的能力。截止到目前为止，国内外有关的学者对于STEM教育进行了大量的研究，并且取得了一定的研究的成果，但是大数据背景下STEM教育的研究比较匮乏。本文以创客空间为例，为大数据下STEM教育的践行提供一定的理论依据。2STEM教育概述2.1STEM教育二十世纪九十年代，STEM(科学·技术·工程·数学)教育的概念被美国科学委员会提出。它强调不同学科之间的交叉融合，强调建立学科之间的联系，突破学科界限，完善多层次的科学知识体系，提高解决生活中常见的实际问题的能力，达到培养学生综合素养以及建立创新思维的目的。综合素养的体现包含以下几个方面:科学素养、技术素养、工程素养和数学素养。STEM教育理念符合我国社会时代的发展要求，符合课程标准科学素养的要求[3]。STEAM教育与STEM教育相比较，多了“A"(艺术)这一门学科，STEAM教育模型共分为五层，自下往上分别为具体课程、特定学科、学科融合、多学科将进一步融合和终身融合，该结构模型强调跨学科整合以及不同层次之间的关系。但是目前我国教育强调对学生综合素养的培养与创新能力的提升，而STEM教育的目标也是提升学生的综合素养及解决问题的能力，由此，借鉴前人的比较成熟的思维，设计适合于我国时代要求的STEM教育模型，不仅强调跨学科，还注重学生素养的培养[4]。STEM教育模型，分为四层，第一层是特定学科层;第二层是学科融合;第三层是终身融合;最顶层是素养体现。不同层次之间属于相互递进的关系，并且彼此之间互相作用，前一层为后一层奠定基础，同时，也会影响下一层课程的进展，不仅显现出STEM教育跨学科的特点，还强调培养学生的综合素养[5]。2.2STEM教育的特征STEM教育具有以下教学的特征，通过对于STEM教育的特征的分析，有助于对于STEM教育应用在教学的活动中。(1)跨学科传统的分科式的教学具有一定的优势，不仅利于知识的规整，还利于教师教学和学生的掌握。但分科教学在高速发展的今天表现出了一些弊端。就此问题，对不同学科进行交叉融合，因此出现了STEM教育，跨学科性是STEM教育最为明显的最为核心的特征[7]。(2)趣味性STEM教育在教学实施中把多学科知识融合在一起，要具有趣味性和挑战性，能诱发学习动机，吸引学生的注意力，在学习过程中获得乐趣以及成就感，因此具备趣味性[8]。(3)体验性STEM教育一方面要求学生自学或者从老师讲课中获取知识，另一面要求学生亲自动手操作参与学习，学生利用所学的相关知识分析、建构解决问题。因此，具有体验性特征，学生在活动过程中，不仅可以获得知识，还能习得分析和解决问题的能力[9]。(4)协作性STEM教育还有协作性，一个项目需要多人参加，在这一过程中学生之间相互合作交流、相互启发，建构起多学科之间的知识体系。STEM教育一般是解决现实生活中的实际问题，在解决问题过程中，学生需要与他人讨论、交流、合作完成。建构主义理论指出，学习环境的设计有四方面要素，分别是“情境”、“协作”、“会话”和“意义建构"。STEM教育协作性特征要求的设计学习环境是:首先对学生分组，强调分组合作，然后讨论资料，再提出问题，验证猜想，最后对结果分析讨论;同时，学生通过交流讨论达到学习目标。(5)设计性设计是STEM教育取得成功的关键因素。学生通过设计可以促进知识的融合和迁移运用，方便理解问题的本质，进而解决生活中遇到的实际问题。在这个过程中，学生不仅知识与技能得到了一定程度的提升，STEM教育包含的四方面素养也得到了提高。因此，设计性是STEM教育的又一个核心特征[11]。(6)实证性实证性是科学与其它学科之间不同的重要特性，同时也是学生在实践活动中应当通晓的重要方面。STEM教育要求学生要按照科学原则设计作品，基于一定得科学依据设计解决方案，遵循一定的规律而非猜想与假设，然后实践方案使学生领悟客观的科学发展规律。（7）技术增强性STEM教育不仅要求学习者应具备一定的技术素养，还要求学生应该熟悉技术的操作应用以及技术的发展历程，学会分析理解新技术的发生原理。在实际教学过程中，要求利用技术手段来激发学生的创造性思维，并且还可以通过技术手段，传播新颖独特的创意。STEM教育强调将技术素养整合到教学的每一环节，培养学生利用技术手段解决生活中常见问题的能力[12]。2.3创客空间概述2.3.1创客空间核心概念。2.3.2创客空间意义。3大数据下的STEM教育模式对于以教师为核心、传递一接受式的传统教学类型来说，STEM教学模式是属于新型教学模式当中的一种类型。它主要是强调以学生自己为中心，更深入的重视问题的情境性，STEM教学模式主要是通过小组协作与探究的方式，来解决问题、掌握知识以及锻炼学生的技能。学生是教学活动中最主要的主体，教师只是起着组织者以及协助者的作用，所以这种类型的教学模式将极大地调动与激励学生自主学习的积极性和创造性。当然我们最需要注意的是，如果是教师的准备不充分，很容易出现课堂失控的场面。教师课前布置导学案是传统的“以学定教”的重要策略，学生先预习后教师根据学生预习的情况开始课堂教学，即所谓的“先学后教、以学定教”，但是教师对学生的课前学习情况需要人工统计、凭经验和感觉进行判断，存在不准确、模糊甚至错误判断。所以通过平台支持，在教育大数据支撑下开展新型“以学定教”课堂教学就成为了自然要求。传统的教育决策过分依赖于经验、直觉甚至流行趋势，而往往缺乏数据的支撑。随着大数据时代的到来，数据驱动的决策模式正在成为提高教育决策绩效的一个新视角，通过把大数据技术融入STEM教育中，能够促进STEM教育发挥其特有的作用。在这种教育的实践当中，教学模式和课程中的性质、学生自主的学习方式紧密相连。在对于不同类型、不同性质的课程在更大的程度上决定了教师应该运用那种教学方式，而且教师所运用的教学方法不同，学生的学习方式也会大不相同。在新一轮的基础教育课程改革更好的提出进一步的素质教育，倡导学生自主进行学习、探究学习以及合作学习，更加重视学生在今后的全面发展，教师应该更加努力的创造出一种能让学生进行积极的参与、乐于探究、更好的进行思考、自主的获得知识的气氛，还要引导学生学会自主收集、分析以及运用信息，培养学生自主解决问题的方式与自身能力。通过上述可得，大数据STEM教学模式己经呈现出的特点更加符合新型课程改革的观念，更加充分的表现出了以学生为主体，教师为主导作用的教学模式，通过让学生在自主、平等以及和谐的课堂环境中自主动手实践，锻炼了学生的综合素质，有利于学生的发展。4创客空间在函数教学中的应用与设计4.1创客空间在函数教学中的应用一次函数与之对应图像4.1.1创设情境，引入新课师：正比列函数的一般形式是y=kx(k≠0),过原点的一条直线。一次函数的一般形式y=kx+b（k,b都是常数，k≠0）那么它的他的图像是经图像是什么呢?4.1.2准备阶段合作探究，归纳总结4.1.3尝试阶段表一X012-1-2y=2x024-2-4y=2x+1135-1-3y=2x-1-113-3-5学生画出函数y=3x,y=3x+2,y=3x-2的图像，如图一所示5 y=2x4321-4-3-2-1 01-2 -3-4y=2x+1-5y=2x-1图一4.1.4原型制作阶段这三个函数的图像形状都是，并且倾斜程度，函数y=3x的图像经过，函数y=3x+1的图像与y轴交于，即可以看作由直线y=3x向平移个单位长度得到；函数y=3x-1的图像与y轴交于，即可以看做由直线y=3x向平移个单位长度得到。在各个小组努力讨论交流并得出答案。4.1.5整合反馈阶段。学生分组讨论交流从而培养学生合作学习，探究的精神，让学生养成实践检验理论的习惯，寻找异同，获取经验，合作探究，汲取经验，实践总结，形成经验。让学生合作交流，学以致用，学会自我总结，巩固知识，学以致用。4.1.6归纳概括阶段教师在对学生制作的函数创客产品进行总结，提出作品哪些优点与缺点，用于函数产品设计的改进。提高其归纳总结能力。4.2教学中使用创客教育的建议4.2.1全面提升学生及教师能力是基础（1）创：（2）作；（3）作；（4）作；（5）作。4.2.2营造良好的教学环境是重点出。4.2.3设计合理的数学活动是关键。（2）可。（3）关。五总结本文研究了STEM教育下创客空间在函数教学中的应用，希望本文的研究成果能够将STEM教育应用到函数教学中，让学生们在快乐中学习，在短暂的时间内学到更多的东西，让老师对学生更加充满信心和关爱，让同学们能够提升各学科之间的融和性，增加学习兴趣，为祖国发展贡献自己微薄的力量。参考文献：[1]陈济平.在初中化学教学中实施STEM教育的研究[D].内蒙古师范大学,2018.[2]崔莉莎.基于STEM教育的初中化学教学实践研究[D].内蒙古师范大学,2018.[3]庞瑜.《探究科学》校本课程教学创新实践研究：一个STEM教育的视角[D].广西师范大学,2018.[4]李畅.基于STEM教育理念的翻转课堂教学模式研究[D].辽宁师范大学,2018.[5]蒋学琴.基于STEM教育理念的高中生物学教学设计与实践研究[D].闽南师范大学,2018.[6]朱江.基于STEM教育的九年级学生读本的编写初探[D].湖南师范大学,2018.[7]吕建磊.STEM教育融入高中生物学课程设计实践研究[D].东北师范大学,2018