建设STEM教育五个一,为学生创新素养打开一扇窗
华士实验中学 赵爱民
案例1:2014年东南大学自主招生,一道电饭煲考题考晕一众学生。“请问家里用的电饭煲有什么不好的地方?你觉得可以怎么改进呢?”一道看似简单的生活题,让考生的创新素养水平立见高下。我们拿了给我们八年级的学生做,一半的同学都写出了很有创意的答案。为什么?因为他们懂得了“加法”、“减法”等创新的基本技法。(该命题组组长仲伟俊教授说,这道题考查的是学生有没有创新力,能不能跳出程式化的思维,给出充满个性化和想象力的答案。并且能够找到物理学原理的依据加以论证,有切实可行的路径,两者如果能结合得很好,就能得到高分。如果有考生说:我能设计出不用电的电饭煲。我个人认为他就是具有创新思维,超出常规局限的思维。仲伟俊表示,但得出这个结论后,还需要论证,比如不用电可以用太阳能等)。
案例2:金鱼缸换水装置(图)。(设计成STEM教育案例)关键词:解决生活中的实际问题,项目式学习,跨学科整合,等。这肯定是STEM教育,也是创客教育,当然也是一种发明创新教育。在学校里,这三者,不管是从活动的本质、开展的形式,还是课程目标等方面,还是有很多很多的相同和相近之处的。指向的都是培养学生的创新素养、创新能力! (拍个视频效果更好)
不再过多去讲科技创新、STEM教育与创科教育的相同和不同。
STEM教育的重要意义在于,契合了当今时代国家对未来人才的培养需求,也符合本地区经济社会发展的趋势。我们学校坐落在中国制造业第一县——江阴市,“天下第一村”——华西村所在乡镇。多年来,借力新课改的东风,积极策应本地区蓬勃发展的社会、经济、文化事业对人才的需要,学校在办学定位上一直注重学生的创新精神与实践能力的培养。所以,我们与STEM教育是一拍即合! 2016年我们成为江苏省首批26所STEM教育项目单位之一。最近几年来,我们主要做了这样几件事情,简称“五个一”工程,即创建一个STEM活动中心、打造一支STEM教育团队、开发一套STEM课程、丰富一系列STEM教育活动和培养一批校园小创客,努力构建系统的STEM教育体系。
(一)优化育人环境——建成一个STEM(创客)活动中心
华士实验中学逐年加强科技教育硬件投入,目前,科技教育活动场所占地1000多平方米,包括有发明工作室、模型工作室、电子工作室、机器人工作室、低碳体验馆、数字气象站、“感知生长”基地、太阳能发电站和科技展览馆等设施。
学校在借鉴其他学校STEM教育经验的基础上,添置了一批3D打印机、激光切割机等设施,创建了一个新型STEM空间,它将是一个具有加工车间、工作室功能的开放的实验室,为爱好动手、爱好制作的学生提供一个固定的活动和交流场所,构筑学校STEM教育(创客)活动中心。通过各种STEM教育分享活动,鼓励学生主动参与创新实践,研究跨学科的综合性项目,提升技术并交流创意,最终形成一个汇聚创意的场所,一个让想法变成现实的“梦想实验室”。
学校还将充分利用其他科技工作室、实验室、社团活动室、图书馆等场所,配备多名专职指导师,配套STEM教育基础设施、软硬件和基件材料。积极营造有学校特色和教师特质的STEM文化氛围,常态化开展STEM教育和校际联盟活动。广泛借助社会力量共同参与,寻求企业合作,协同共建,引导学生开展跨学校、跨学科、跨专业的STEM教育活动,为他们提供“用知识”的机会,努力将他们的奇思妙想实现出来,并促进其创新精神与动手实践能力的长足发展。
(二)充实师资力量——打造一支STEM教育团队
开展STEM教育,师资是重要的保障。华士实验中学一贯注重对科技教育师资的培养,目前,学校形成了以特级教师常建强为核心的科技辅导员队伍,此外,还有一大批教师在学生的俱乐部和社团活动中承担着重要的角色。今后,学校将在稳固原有师资团队的基础上,充分利用STEM教育活动中心,把STEM教育师资队伍建设纳入学校“十三五”建设规划,着力促进教师队伍转型发展,使之成为STEM教育主力军,形成专兼职搭配、老中青搭配、学科专业搭配的良好团队格局。
此外,积极创建STEM教育名师工作室,设立优秀教师工作坊,建立STEM教育备课组,采取“外聘专家”、“师徒结对”等形式,多途径、多形式促进STEM教师专业成长。积极组织教师参加STEM教育专项培训,在学科教师业务培训和校本培训中增加STEM教育内容,以满足STEM教育课程开设的必备师资要求。
学校实施项目负责制来激励教师。具体的说,针队具体的STEM项目,构建由某位项目主管统领全局,其他教师协助,学校各个部门提供保障和服务的运作模式,学校在经费、培训、派车等方面予以倾斜,确保项目的顺利开展。教师参与STEM教育活动计入教学工作量,在STEM教育工作中(理论研究、项目组织、课程建设、教材开发、学生指导等)有突出贡献的教师,在评优评先和职称晋升上给予倾斜。同时确保相关教师的收入不低于主科教师,以此鼓励和激发教师的事业追求和专业热忱。
(三)拓展育人方式——开发一套STEM课程
课程是STEM教育的生命线,课程设计的结构优化与否,课程质量的优劣与否,都直接影响到学习者的兴趣,直接关乎STEM教育的最终质量。
开发系列课程
如今,在3D打印、开源硬件等新技术条件进入中小学校园领域,尤其是近两年如火如荼的创客教育风暴席卷全国的背景下,我们亦感受到在改进STEM教育硬件设施的基础上,亟需对原有的校本课程进行拓展和补充。学校将充分学习领会课程改革的精神要求,抓住深化义务教育课程改革的机遇,加快STEM教育课程开发整合。聘请STEM教育专家,加强STEM课程教学研究工作。以STEM教育为统领,加强学科整合渗透实践与研究,多渠道提供学生STEM活动平台与机会。以校园网络等为支撑,搭建STEM教育网络资源平台,不断丰富微课程、项目方案、套件等教学资源。开发校本课程教材,与原有教材互相补充,突出校本特色,倡导区域、校际共享。
学校将依托STEM教育备课组,落实责任分工,定期开展集体备课、公开课、课题研讨、头脑风暴等活动,积极学习国内外创科教育的好的案例和理论成果;同时开展基于学校实际的系列STEM活动的筹划、组织、实施、总结等工作,探索和积累我校的STEM课程。此外,我们亦将凭借学校作为江苏省首批STEM教育项目实验学校这一平台,努力将STEM教育、发明教育、创客教育进行充分有效的整合。在课程实施过程中充分借鉴STEM教育的内涵和要求,尤其特别注意避免一些情况,如在课程中教会了学生做一些作品,但是没有教学生处理问题的方法和手段;或者只注意教技术,忽略背后的科学和数学知识。如果处理得不好,学生在经过一段时间的学习后,学习曲线并不能按照预期一直向上走。因此,STEM教育不应急功近利,只顾眼前效果,而应以STEAM教育为土壤,放眼于学生综合素养的长远发展。
注重基础研究。
始终站在STEM教育“看到人,看到一个完整的人,看到一个可持续发展的人”的高度,加强基础研究。每年组织召开STEM教育研讨会,总结教学实践中的好的经验和方法,积极学习校外的先进经验。开展有关推进STEM教育的课题研究,总结推广STEM教育研究成果,形成浓厚的STEM教育研究氛围。本年度,我们已经申报并立项了中国教育学会“十三五”课题《苏南地区农村初中“创客空间”教学模式的特点及其实践研究》。《依托创客教育提升学生创新素养的实践研究》成功立项为2018年无锡市基础教育前瞻性教学改革实验项目。
夯实实施路径
路径1(对表) 华士实验中学践行“国家课程校本化、校本课程特色化”理念,充分整合综合实践活动中《研究性学习》和《劳动技术》课时,有机结合《信息技术》,以开设《数学发明法》校本创新课程为主线,确保每周一节,开展常态化STEM教育。值得一提的是,我们使用的校本就教材《数学发明法》曾荣获无锡市义务教育特色课程评选一等奖。
路径2(对表) 以社团形式组织开展STEM教育活动。在日常上课的基础上,以项目式学习为抓手,进行课程化改造与设计,开展数学类、科学类、技术类和工程类等STEM教育的拓展性校本课程,每个年级开发、设计若干个项目,整合其他领域专业知识加以实施。该课程主要面向少部分学生,重点培养学生在STEM教育方面的兴趣和特长。条件和场地相对许可,师资和教学效果相对保障,学校实施与管理相对容易。
路径3(对标) 以数学、科学(物理化学生物)、技术(信息技术与劳动技术)、艺术等课程为载体,对照其课程标准中的相关要求,用STEM教育的理念和教学思想,开展以项目形式组织的、基于问题的学习活动,促进学生STEM思维的发展。
(四)完善育人资源——丰富一系列STEM教育活动
STEM教育强调跨学科整合,基于体验和实践,运用知识解决生活中的问题,其学习过程常常是基于真实问题解决的探究性学习、基于项目实施的设计式学习。学校每年举办“中学生科技奥林匹克现场竞技比赛”,如“鸡蛋撞地球”、“纸桥承重”、“悬臂梁设计制作挑战赛”等。鼓励优秀学生参与校外各级各类科技活动或比赛,满足了不同层次和爱好者的需求,广泛培养了学生的兴趣、促进了学生实践能力和创新素养的提高。
今后在改进和完善STEM教育的过程中,学校拟将在新理论和新技术条件下,将STEM教育与学校原有系列活动进行有效的整合,创生系列充满时代感和校本特色的STEM活动。
首先,充分将STEM教育与创新发明活动有效整合,学校将在创建和完善STEM活动中心软硬件设施的基础上,开设和开展基于桌面化数字技术的3D建模课程学习,以及基于传感器技术的物联网应用和创意学习,将3D打印、物联网等技术引入发明活动,鼓励学生利用自己打印的组件制作发明模型,降低制作成本。学校过去一直倡导低成本发明创新活动。此次,借助3D打印等技术,自己建模和生成构件,从长远来看,也是切合低成本原则的。
其次,充分将STEM教育与创客教育有效整合。学校拟通过编写校本讲义《STEM活动实施方案》,利用课堂或业余时间,组织学生进行科技制作和竞技比赛。使此类活动更符合数学、科学、技术、工程等多学科交叉整合的内涵要求,突出新时代条件下培养复合型人才的教育需求。
最后,充分将STEM教育与社会实践活动有效整合。将STEM理念引入原来的假期调研、社会实践等小课题活动。每次活动可以定出一个主题。如,可以是富有体验特色、实践意义的“我为学校(企业、乡镇)做设计”;可以是富有地域特色、创意亮点的“让未来生活更美好”;也可以展现校园科技风采、体现STEM精神的“我创造、我快乐”的科技制作及发明作品三大种类等等。主题可以师生共同选定。
学校将充分利用各种校内、校外课程资源开展STEM活动,引导家长和社会广泛参与到STEM教育中。把STEM教育作品展评纳入到科技节比赛项目,每年组织一次师生STEM(创客)嘉年华活动,开展形式多样的交流分享活动。充分利用科技教育的骨干力量,带动参与,形成辐射,体验分享,形成稳定团结、乐于创新的兴趣团体。形成系列活动后,必将有一批富有特色的STEM作品产生。如何展示、评价和改进这些作品,同样是STEM教育必不可少的重要组成部分。这样的活动产生的作品必将是独一无二的,充满了人性的光辉的。把学生的作品展示在学校的STEM空间,让大家随时随地都可以欣赏、研究或者评判,将影响着这个群体中的每一个人。
(五)扩大受众群体——培养一批校园小创客(强行把这两个概念拉在一起比较,无论是从学理逻辑上还是对实践推动上都起不到明显的作用。所以,如果在形式上需要多种学科整合的,称之为STEM教育较为妥当;如果需要创新出某种制品称之为创客较为妥当。当然,有的学者将创客教育划分为学校创客教育和社会创客教育两种类型。从这个意义上说,在实践中将学校内的创客教育视为STEM教育,也来免不是一种平衡实践和理性的办法。)
学校在多年开展科技创新教育的过程中,努力贯彻普及与提高相结合、动手与动脑相结合、课内与课外相结合的原则,除了在全校层面开展科普教育和发明创新教育,也利用业余时间广泛开展各类科技俱乐部活动,以满足不同层次学生的兴趣需求。学校青少年科学院创建于2008年,下设十多个社团。每学期,各大社团都要进行招兵买马,一般由每位科技教师牵头负责特定项目,组建学生俱乐部,开展辅导活动。
为最大程度发挥STEM活动中心的功用,我们修改了青少年科学院章程,增添社团项目,挖掘校内外资源,让学生在参与STEM教育的过程中,更多的具备STEM活动的特征,如创意设计,做中学,持续分享、合作学习等,积极培养一大批校园小创客,让他们在基础教育阶段,就具备强烈的创新精神与实践能力,以及良好的团队协作能力,以期他们在今后更好的适应和推动社会的发展,这也是STEM教育的根本目的所在。
案例1:赵小杨赴京领奖。
案例2:greenpower车队。
当然,提升学生的创新素养,是学校教育的一个系统工程。我们的STEM教育,仅仅是为学生创新素养的提升打开了一扇窗,更多的工作,还在路上。