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李崎颖等:初中科学课程教学实践研究 ——以伪全息3D投影制作为例
2017年08月04日 10:51 来源:《中国教育信息化》 作者:李崎颖 金晓凌 等 字号

内容摘要:文章在探讨STEM整合教育的可借鉴性基础上,探究在现有条件下开展STEM优化科学探究教学的有效模式,以重庆一中初中科技课作为实践平台,对“伪全息3D投影制作”个案进行分析。为有效融合STEM课程理念,该案例尝试以5-E教学模式,即参与、探究、解释、详细说明、评价5个阶段开展教学,希望能获得更多同行的建议指导。

关键词:STEM;5-E教学模式;伪全息3D投影;科技课

作者简介:

  原标题:STEM视角下的初中科学课程教学实践研究

  作者简介:李崎颖,金晓凌,丁旭梅,余波,重庆市第一中学校 技术教研组,重庆 400030

  内容提要:文章在探讨STEM整合教育的可借鉴性基础上,探究在现有条件下开展STEM优化科学探究教学的有效模式,以重庆一中初中科技课作为实践平台,对“伪全息3D投影制作”个案进行分析。为有效融合STEM课程理念,该案例尝试以5-E教学模式,即参与、探究、解释、详细说明、评价5个阶段开展教学,希望能获得更多同行的建议指导。

  关 键 词:STEM 5-E教学模式 伪全息3D投影 科技课

  中图分类号:G434 文献标志码:B 文章编号:1673-8454(2016)24-0035-05

  一、STEM与科技课程的结合

  之所以选择科技课率先作为STEM理念的实践平台原因有三:首先,科技教育在重庆一中开始于20世纪50年代,是具有悠久历史的传统教育活动,也是重庆市第一所开展科技教学的中学。课程内容包括三模一电、科技四小活动、机器人和计算机信息技术等活动,其中科技四小活动作为联合国教科文组织研究项目“创新学习研究与实践”的一级子课题,在科技教育方面积累了较为成熟的经验,科学探究氛围浓厚,学生基础较好,便于开展实践研究。

  其次,STEM课程强调真实情境、亲自动手、做中学、合作分享等理念,这与重庆一中科技教育的培养模式类似。在长期的教学实践中,为最大程度地挖掘学生的创作潜能,激发对科技活动的兴趣,重庆一中技术教研组的教师们在《课外科技活动策略》一书中提出了三段式教学策略:创设情境,激发求知欲是培养学习兴趣的前提;创造宽松的思考空间,让学生在“做中学”是引发学生学习兴趣的重要环节;科学评价,增加激励措施,是激发学生学习兴趣的催化剂。

  最后,STEM教育形成发展于科学教育,STEM教育是科学教育改革的新思路。STEM名称缩写也是以科学开头,这一缩写暗示了STEM教育中科学教育是最为重要和核心的部分。[1]回看STEM教育的发展历程,有关STEM教育的研究项目和报告大多由科学机构赞助,如NASA(美国国家航天宇航局)、NSF(美国国家科学基金)、NSB(美国国家科学委员会)等。STEM教育的发展立足于科技教育,同时又在探索科技教学的改革路径,借助哲学上系统、联系的思维解析理工科,甚至文艺课教育之间的普遍联系。

  在国外,STEM教育已经过了原始积累阶段,正逐步从本科教育向中小学教育推进,而在我国却是从中小学开始,最有代表性的就是现在很多中小学如雨后春笋般创客空间的建立。初中作为K-12阶段中承上启下的关键,结合我校科技课的浓厚氛围,本研究将以初中科技课作为实践STEM教育理念的主要场地。

  二、STEM教育视野下科学课程的设计

  1.明确初中科技培养目标

  在STEM教育实践中常见的教学手段有基于工程设计、基于问题解决、基于项目探究等,在我们的科技课上,经常选用的是基于工程设计的方式。在我校初中的信息技术、科技,高中的信息技术、通用技术统称技术课程,考虑到技术课程设置的连贯性与流畅性等问题,我们将初、高中的培养目标进行了区分。

  2.操作方式

  初中科技课以模仿实例作品、验证科学原理为主,而基于工程设计正是一条有效的途径。具体如何操作呢?我们参考了贝比(Bybee,R)的5-E教学模式。[2]5-E教学模式将学习分为5个阶段:参与(engagement)、探究(exploration)、解释(explanation)、详细说明(elaboration)、评价(evaluation),强调以学生为中心,通过实验的方式解决问题,以小组合作学习促进学生对科学概念的理解和知识的建构。

  3.5-E教学模式

  参与阶段:该阶段的活动目的在于吸引学生的注意力,激发思考的火花,使他们能够亲身参与到课堂中,帮助学生获取记忆中的已有知识,将现有知识和已有知识发生联系。常见方式有教师提问、学生头脑风暴等。

  探究阶段:该阶段给学生留有足够的思考、设计、调查的时间,教师提供材料并进行引导。学生可团队协作进行实验,通过探索建立起科学、技术、工程、数学及其他学科之间的联系,即STEM所提倡的做中学的过程。

  解释阶段:该阶段学生将对他们的探索和探究进行分析和解释,沟通理解,分析可能性方案。他们澄清自己的理解发现,以多种方式进行交流。

  详细说明阶段:该阶段学生将巩固并扩展刚刚获取的科学概念,通过修改方案或实验进行进一步的探究。

  评价阶段:评价是学习环中的重要环节,但不是一个特定的阶段,它贯穿整个教学过程。在5-E教学模式中,评价是由教师、学生共同完成的。它不但要求对学习结果进行评价,而且要求对学习过程进行评价。

  在这5个阶段中,学生和教师都有明确的分工,教师作为引导者,指引学生针对具体内容提出有待探索的问题进而开展研究,学生通过研究经验和总结对问题作出拓展性的理解。

  三、“伪全息3D投影的制作”教学案例

  基于工程设计的STEM课程教学具体如何整合呢?本文以“伪全息3D投影的制作”为例,该课是一节基于STEM教育理念下的初中科技课例,立足于我校初中科技课的培养目标——模仿实例、验证科学原理。教师引导学生对3D、全息等高热概念展开讨论,结合具体实例,带领学生一起探索利用生活中的简单材料制作伪全息3D投影。本课以模仿探究为主,故使用了基于工程设计的教学手段,以参与、探究、解释、详细说明和评价的5-E教学模式展开教学。

  1.参与阶段

  活动重点:教师引导学生回顾生活中见过的3D全息投影案例。

  主要教学活动:教师问同学们生活中见过哪些3D投影的例子?学生回答:3D电影、3D喷泉、3D电视等。教师进一步举例,如《钢铁侠》电影中贾维斯模拟出的各种场景,2015年春晚李宇春表演的《蜀绣》等。随后引导学生分析这些3D投影技术有何区别,是否佩戴设备(如3D眼镜),是否有色像差等。

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