STEM教育的发展、特点和科学教育改革ppt课件

1、STEM教育的发展，特征和科学教育改革，蔡铁权浙江师范大学课程和教育研究所，1，1，美国STEM教育的兴起和发展，STEM教育3，STEM课程和中小学科学课程的创新4，STEM教育到STEAM教育5，中国STEM教育白皮书(2029创新行动计划)，2，1，美国STEM教育的兴起美国实施STEM教育战略的最重要原因是经济全球化背景下美国竞争力的相对下降。 从上世纪90年代开始，许多发展中国家把科学和技术作为经济增长和发展的推动力，着手建设更多的知识密集型经济。 在这种经济结构中，研发、商业开发和知识产品发挥着更重要的作用，科学、技术、工程、数学是知识密集型经济必要的基本技能。 4、在广泛的科技活

2、动方面，美国继续保持着领导地位，而在一些具体的科技发展方面，其地位正在逐渐下降。 从研究开发对经济增长的贡献率来说，日本、韩国已经超过美国，中国低于美国，但是趋势正在不断增加。 在现在的美国高等教育大学，很多科学、技术、工程学、数学领域的人才是外国学生。 5、一些数据进一步加剧了美国的担忧：一是美国教育进步评估考试最近的NAEP报告中，约40%的学生达到掌握数学部分的程度，4年级和8年级学生在数学方面达到“熟练”的程度和比例分别只有36%和30% 约20%的四年级学生和超过30%的八年级学生的成绩低于“基础”水平。 在科学水平上，4年级和8年级的1/3以下，12年级的1/5以下也是“熟练以上”

3、。 六、二是在国际范围内，美国参加了国际数学和科学趋势研究(TIMSS )和国际学生评估项目(PISA )。 在TIMSS中，美国学生的平均成绩位于所有参加国中间的PISA中，美国的成绩落后。 现在美国制定的政策和措施指的是两个方面。 一是让更多的学生在TIMSS领域学习，二是让更多的学生吸引STEM领域的职业。 7、1986年美国国家科学委员会发表的本科的科学、数学和工程教育报告书中提出了“科学、数学、工学与技术教育的整合”纲领性的提案，并被作为提倡教育的契机。 8、8，1996年，美国国家科学基金会回顾和总结美国大学科学、数学、工程和技术教育十年的进展，并提出今后的“行动方针”，发表了报告

4、书塑造未来透视科学、数学、工程和技术的本科教育。 9、2007年1月至2007年1月，在美国第109次国会上通过的法案中，有3项法案与STEM教育相关。 一是美国航空航天局2005年的认可法；二是国防部2006年的认可法；三是2005年赤字削减法案年。 10，2007年，美国去了国会，下到教师教育大学协会，提出了STEM教育相关的法案、报告、行动纲领，提到了STEM教育前所未有的重要高度。 第一，美国议会一致通过了国家竞争力法。 该法案强调了革新需要充分的研究开发投资和STEM教育计划的切实实行。 第二，美国州长协会制定了“创新美国制定科学、技术、工程和数学议程”的共同纲领，详细阐述了目前美国

5、实施STEM教育战略的背景、现状、问题和相应战略。 十一、第三，美国国家科学委员会发表了报告。 第四，全美教师教育大学协会也提交了报告。 国家行动计划应对美国科学、技术、工程和数学教育系统的紧急需要、全美大学中全面整理了STEM教师培养课程。 12、2009年1月20日，奥巴马入白宫，正式当选为美国总统，同年7月，美国教育部制定了“登上山顶的计划”。 这个计划公布了一个重要项目。 其中之一是重视教育，希望各州竞争这个联邦资助项目。、13、2010年3月，美国教育部发布了准备STEM教师全球竞争力的关键，以STEM教育作为“完全教育”最重要的组成部分，在比较版面上讨论了STEM教育的重要意义和如

6、何加强这一教育。 14、2011年2月，奥巴马在改革蓝图初等和中等教育法再授权中进一步表明，通过增加STEM教育投资，将加强美国21世纪的领导地位。 15、总统2012预算投入STEM，主要分为两个方面：寻求更有效的STEM教育模式，达到2亿600万美元，同时现在的数学和科学合作项目，2011年增加了2600万美元的资金，而高质量的STEM 16、在美国，国家科学委员会国会、能源部、教育部国家科学财团等各部门共同推进STEM教育。 STEM教育不仅代表了学科和课程水平，更代表了美国的教育发展战略，也可以说是国家战略。 17、2013年公布总统2012预算要求和中小学教育改革蓝图法案，把STEM

7、置于政府教育工作的有限地位。 公布联邦STEM教育8年战略规划（2013）。 18，2014年，下一代科学标准。 美国国家工程院和国家研究委员会共同成立STEM集成教育委员会，是中小学学生STEM集成教育取得积极成果的方法和情况发展研究计划。 发表19，2014年，K-12年级STEM整合教育：现状、前景和研究议程（2014）。 将3亿2千万美元用于STEM教育的自发创新。 公布20、2015年、用21世纪技能培养美国人：2015年STEM教育预算（2014）。 这是一项定义STEM教育，包括计算机科学，支持国家科学基金会现有的STEM教育计划的法律。 21，2015年STEM教育法（2015

8、）重点阐述了其中的科学和工程实践。 理解22、23、24、25、26、27、28、29、30、2、STEM教育，31、STEM是科学、技术、工程、数学STEM教育被称为“后设学科”。 跨越STEM这一领域的学科，将原本分散的4门学科汇总在一起。 这四个学科分别代表四种素养、32，四个学科素养分别包括：科学素养、技术素养、工程素养、数学素养，33，科学素养，即运用物理、化学、生物科学和地球空间科学理解自然界，参与影响自然界的决定的能力，主要包括三个领域生命和卫生科学、地球和环境科学、技术科学。 34、技术素养，即使用、管理、理解、评价技术的能力。 学生必须知道如何使用技术，了解技术的发展过程，有

9、能力分析新技术如何影响自己、国家和世界。 35、工程素养，即技术对工程设计和开发过程的理解能力。 工程课程通常基于一个项目，整合许多学科知识，难以理解的概念与学生的生活密切相关，学生对解决问题很感兴趣。 36、数学素养，即学生在发现、表现、解释、解决各种情况下数学问题时分析、估计、有效交流思想的能力。 对应于四个素养的学科有科学技术工程数学、38、科学、自然界的研究，包括物理、化学、生物自然规律以及与这些学科相关的事实、原则、概念、习俗的处理和利用。 科学是随着时间积累的知识和由科学探索过程产生的新知识。 科学知识可以为工程设计过程提供信息。 39、技术从严格意义上来说，不是一门由创造和运营技

10、术产品的人才、组织、知识、程序、设备等整个系统构成的学科。 历史上，人们为了满足其欲望和需求而创造技术，许多现代技术是科学和工程的产物，技术工具在科学和工程两个领域得到应用。 40、工程是关于人工产品设计和创造的很多知识，也是解决问题的过程。 这个程序是在制约下设计的。 工程设计的制约条件之一是自然规律或科学。 其他制约条件包括时间、财力、可用材料、劳动效果、环境规律、可制造性、可修复性等。工程利用科学和数学的概念和技术工具。 41、数学、研究量、数量和空间模式之间的相互关系。 它不需要像科学一样寻找实证数据来证明或推翻论点，数学的论点通过基于基本假说的逻辑论证来证明。 理论本身和论点是数学的

11、一部分。 和科学一样，数学知识也在增加，但是和科学不同，数学知识只要基本的假设不改变就不会被推翻。 中小学学生数学的具体概念范畴是算术、代数、函数、几何、统计、概率。 数学广泛应用于科学、工程和技术领域。 42、融合的STEM教育具有新的核心特征：学科、爱好、体验性、状况性、合作性、设计性、艺术性、实证性和技术增强性等。 (1)跨学科教育工作者强调在STEM教育中，不要过于注重特定学科，过于关注学科边界，而要利用科学、技术、工学或数学等学科的相互关联知识解决问题，超越学科边界，从多学科知识综合应用的角度提高学生解决实际问题的能力43、(二)爱好STEM教育在实施中把许多学科知识融入有趣、挑战性

12、、与学生生活相关的问题中，问题和活动的设计刺激学习者的内在学习动机，问题的解决给学生带来成就感，因此需要兴趣。 STEM教育强调共享、创造，让学生体验，获得共享中的幸福感和创造中的成就感。 (44，(3)体验性STEM教育不仅主张通过自学和教师学习抽象知识，还强调动学生的手、脑，参与学习过程。 STEM提供学生实践的学习体验，学生应用学到的数学和科学知识应对现实世界的问题，创造、设计、构建、发现、合作解决问题。 因此，STEM教育具有体验性特征，在学生参加、获取知识的过程中，不仅学习结果性知识，还学习项目问题解决过程中包含的过程性知识。 45、(4)状况STEM教育具有状况特征，强调要把知识还

13、原给丰富的生活，而不是教学生孤立、抽象的学科知识，结合生活中有趣、挑战性的问题，用学生的问题解决完成教育。 STEM教育使学生获得知识化应用的能力，同时强调能够理解和识别不同情况的知识表达，能够根据有知识的背景信息识别问题的本质，灵活地解决问题。 STEM教育强调知识是学习者通过学习环境相互构筑的，并非来自外部的教育。 四十六、(五)合作性STEM教育强调合作性强，在集体合作中互相帮助、相互启发、进行集体知识建设。 STEM教育中的问题多是真实的，实际任务的解决离不开其他同学、教师或专家的合作。 在执行任务的过程中，学生需要和别人交流和讨论。 47、(6)设计性的STEM教育，包括设计作品，通

14、过设计促进知识的融合和转移运用，通过作品的外部化学习的结果，要求在外部学习的知识和能力。 设计创造性作品是获得成就感的重要方法，也是保持学习动机、刺激和保持好奇心的重要方法。 因此，设计是STEM教育成功的重要因素。 48、(7)艺术性STEM教育的艺术性，在自然科学教育中增加了学习者对人文科学和社会科学的关心和重视，比如，在教育中增加科学、技术和工学等相关发展的历史，激发学生的兴趣，增加学习者对STEM和生活联系的理解，关于学生的STEM 进一步，学生设计作品的评价，加上审美维度的评价，提高学生作品的艺术性和美感。 STEM教育的艺术性基于数学要素，从工程学和艺术的角度来说明科学和技术。49

15、、(8)实证性是科学本质(NatureofScience )的基本内涵之一，是科学与其他学科区别的重要特征，也是科学教育中学习者应该理解、掌握的重要方面。 STEM教育促进学生根据科学原则设计作品，根据证据验证假设，发现解决问题方案的学生在设计作品时，促进遵循科学和数学的严格规律，而不是思想和想象，严格的工程设计实践帮助他们认识和理解客观的科学规律。 50、(9)技术增强性STEM教育强调学生具有一定的技术素养，学生了解技术应用、技术发展过程，并强调新技术具有分析如何影响自己或周围环境的能力。 在教育中，要求通过利用技术手段刺激学生的创新过程、表现技术上多种成果、共享和传播创造性，来激发学生的

16、创新动力。 STEM教育以技术为认知工具，无缝地融入教育各环节，培养学生运用技术解决问题的能力，强化个人控制复杂信息、进行复杂建模和计算的能力，帮助深入学习的发生。 51，3，STEM课程和中小学科学课程创新，52，STEM课程的跨学科整合模式，STEM教学课程设计应用“整合课程设计模式”，将科学、技术、工程和数学等整合，应用知识和关注学科间的关系53、(1)跨学科整合的模式面向STEM教育整合的课程设计，美国岛大学蜂蜂(Herschbach，2011 )有两种最基本的课程模式：相关课程(thecorrelateddcuri 相关课程模式把各科目作为独立学科保留下来，但各科目的教育内容的配置却

17、重视彼此的关系。 54、广域课程消除了学科之间的界限，将所有学科内容整合到新的学习领域中。 STEM教育的广域课程模式并不强调物理、化学乃至科学作为独立的学科存在，而是整合科学、技术、工程学、数学等内容，形成结构化的课程结构。 赫奇批指出，最常见的集成方法是通过活动形成一致的组织课程(参见图1 )。 55、(二)跨学科整合的基本方向如何密切关联整合四个独立学科知识，有三个方向：1 .学科知识整合的方向分析了各学科最基本的学科知识结构，找到不同学科知识点之间的连接点和整合点，根据跨学科问题逻辑将分散的课程知识结构化。 将各学科内容改造为以问题为核心的课程组织，通过序列化问题有机地结合各学科知识，使课程要素成为有机联系和有机结构。 知识整合导向模式一般采用基于问题的学习模式。 56、2 .重视生活经验整合方向知识的社会功能，即根据学习者的需要，以第三次产业革命为代表的知识经济社会必要的知识和技能为中心整合多学科知识，然后以项目设计