借力STEM跨学科融合课程,探析多视角下的学科核心素养

作者:未知

  新一轮高中课程标准修订将立德树人作为课程标准修订的出发点和落脚点,突出了发展学生核心素养对课程建设的统领作用。同时,《普通高中信息技术课程标准(2017年版)》也明晰了信息技术学科核心素养包括“信息意识”“计算思维”“数字化学习与创新”及“信息社会责任”四个核心内容。
  STEM跨学科课程具有天然的优势,它整合了科学、技术、工程、数学和人文艺术等多个学科、多个领域的知识与技能,这种综合不是简单的集合和拼凑,而是围绕一个问题或项目,运用多学科知识解决问题,因此,它是提升学生核心素养的当下良计。
  ● STEM跨学科融合类课程的设计理念
  STEM跨学科融合类课程和传统课程最大的区别是,它打破、消除了传统的分科课程界限,让课程更具生活化、综合化、趣味性,对学生的问题解决能力、学科之间的迁移能力提出新的要求。
  在教学实践中,很多教师对“如何设计或找到理想的STEM课程”感到困惑,无所适从,那么,如何设计一门(落脚点:让学生形成适应终身发展和社会发展需要的核心素养)适合教育环境、适合学情的STEM课程呢?笔者建议可以关注以下几点:
  ①STEM课程应采用项目式教学方式,根据知识点设计真实情境问题。
  ②STEM课程应引导学生运用综合性学科知识分析解决问题。
  ③课程设计应从学生的生活和需求出发,激发学生的学习兴趣,引领学生深入理解学科核心概念。
  ④课程设计不应重结果,要重视过程体验,善于捕捉基于学科思想方法的思维火花。
  ⑤课程实施过程中,应当鼓励学生开展实践调查,培养他们的创造性思维,让他们斟酌思考、探索、决策,并不断测试自己的想法。
  ⑥课程实施过程中,教师是辅导者,倡导学生分小组合作式学习,提升个人交流技能,同时增强团队协作能力。
  ⑦STEM课程鼓励多种交流沟通方式,包括科技写作、博客、视频、创意海报展示、社交媒体传播及与专家交流等,关注问题解决过程中的情感态度和价值观。
  ⑧STEM跨学科融合类课程应充分体现以生为本,关注学生的思维发展和成长过程,培养学生学科核心素养。
  ● 基于核心素养,STEM跨学科融合类课程的实践研究
  下面,笔者尝试从大视角——国家课程(信息技术)对接核心素养、单视角——研究性学习课程对接核心素养、单视角——校本课程对接核心素养、微视角——创客课程对接核心素养四个视角,进行多元化的案例剖析,深入探讨STEM跨学科融合类课程的实施,真正意义上对接核心素养。
  1.大视角——国家课程(信息技术)对接核心素养
  (1)信息意识
  信息意识是什么?是指个体对信息的敏感度和对信息价值的判断力。
  实例剖析:在《探秘电子表格》一课中,教师引领学生根据解决问题的需要,自觉、主动地寻求恰当的方式获取与处理信息,通过趣、拆、巧、延四个层面加强学生信息意识。
  ①趣——注重激发学生的学习兴趣。
  课前,通过课前问卷调查、呈现调查结果等创设情境。学生热情高涨地计算,当得到结论时,学生不由自主地惊叹……由需求到自主探究,学生的学习兴趣成为解决问题的内驱力。
  ②拆——难点拆开讲解。
  课中,任务导学,学生要学习“三种引用”。为化解难度,将“三种引用”拆开讲解,随用随讲,让学生有充分的时间去吸收消化,化解了学习的难点,准确把握信息。
  ③巧——巧妙的公式设计。
  课中,分小组学习,数据引用小公式“=学生调查结果!C3”,简单易懂,既可运用填充柄快速填充数据,又可帮助学生理解“相对引用”,在小组合作解决问题的过程中,引导学生与团队成员共享信息,实现信息的最大价值。
  ④延——微课延伸课堂。
  课后,录制微课《三种引用》——以数学课中九九乘法表为例,注重STEM跨学科知识的迁移和融合,协助学生体会三种引用的特点与功能,让学生敏锐感觉到信息的變化,利用课下充分的时间更有针对性地进行学习。
  (2)计算思维
  什么是计算思维呢?计算思维对计算机学科至关重要,但与此同时计算思维也用于解决其他学科的问题,是一种通用的解决问题的方法。
  实例剖析:在《算法与程序设计》一课中,教师可以通过完成一个个充满趣味性的小任务来学习计算思维中所包含的不同要素(如问题分解、抽象化),并运用这些要素来解决现实生活中的问题(如统计学校每天中午的订饭人数),然后应用计算思维的方法完成一个STEM挑战项目——设计一个程序设计实例《AQI数据分析》,最终在动手实践中真正理解如何用计算思维解决实际问题。
  ①小任务:进行趣味故事“农夫过河”步骤设计,鼓励学生以角色扮演的方式,合作讨论,把问题抽象化,帮助学生理解程序设计解决问题的思想,完成本节课重难点知识的传授,螺旋上升,具有较强的连贯性。
  ②明确任务:怎样统计学校每天中午的订饭人数?引导学生把问题分解、细化,学校整体订饭人数,分解年级,分解班级,分解汉民、回民,抽象特征,合理组织数据,运用合理的算法形成解决问题的方案。
  ③STEM项目挑战:跨学科深度融合地理知识与信息知识。
  地理知识:空气质量的好坏,与空气中所含污染物的数量有关,可以用空气质量指数AQI来表示。清新的空气,AQI指数小,对人体健康有利;污浊的空气,AQI指数大,对人体健康有害。
  信息知识:学生通过数据分析、计算,利用统计图表表示AQI指数,提高自主分析问题的综合能力。
  挑战项目:融合跨学科知识,完成与生活实际紧密联系的程序设计实例——《AQI数据分析》,让学生亲身体验计算机解决问题的基本过程,落实本节课的知识重难点。同时基于STEAM教学理念,地理与信息学科知识的深入融合还进一步提升了学生的学习兴趣和情感体验,在动手实践中真正理解如何用计算思维解决实际问题,全面塑造学生的认知与人格。   (3)数字化学习与创新
  什么是数字化学习与创新呢?数字化学习与创新是指个体通过评估并选用常见的数字化资源与工具,有效地管理学习过程与学习资源,创造性地解决问题,从而完成学习任务,形成创新作品的能力。
  实例剖析:在《数据的格式和数据表的修饰》一课中,通过《读书》这条主线,借力数字化学习环境,养成爱读书的学习习惯;通过数字化学习系统、学习资源与学习工具的操作技能,开展自主学习、 协同工作、知识分享与创新创造。
  ①创设情境:通过播放《天津最美图书馆》视频,引入话题,学生可以通过图书智能借还机获取阅读的图书,在Moodle教学平台上分享读书心得与体会。
  ②明确任务:借还图书一本,同时为图书馆老师统计本周班级的图书角借阅记录,体验图书智能借还机并导出记录,学生分小组动手实践,合作、互助解决。
  ③挑战项目:小组成员合作探究,掌握特殊数据格式的录入,美化修饰数据表的操作方法,充分发挥学生的自主学习能力、合作探究力能及审美能力。
  ④评价交流:充分发挥学生的学习自主性,激发学生的学习兴趣和热情,有意识地向学生渗透核心素养,传递信息意识素养的培养和信息社会责任,利用思维导图让学生在绘制的同时讨论并梳理知识点,形成课程的总体知识框架,借助数字化学习环境,引导学生体验数字化学习与创新活动。
  (4)信息社会责任
  什么是信息社会责任?信息社会责任是指信息社会中的个体在文化修养、道德规范和行为自律等方面应尽的责任。
  实例剖析:在《数据安全与保护》一课中,帮助学生树立一定的信息安全意识与能力,遵守信息法律法规,信守信息社会的道德与伦理准则,在现实空间和虚拟空间中遵守公共规范,既能有效维护信息活动中个人的合法权益,又能积极维护他人合法权益和公共信息安全,关注信息技术革命所带来的环境问题与人文问题。
  ①知识点:明确数据的概念,数据不只是指数字,还包括文本、图片、声音、视频等,还有网上的个人注册信息、电子交易记录等都属于数据的范畴。继而分析数据存储的位置包括本地计算机、硬盘以及网络上的网站或手机APP的数据库等。
  ②互动体验:情境体验——通过一个动画短片和真实案例,让学生直观了解我们的数据并不安全,即使不上网,数据也有泄露和丢失的风险。数字化体验——教师提前准备好阅读讨论材料,制成二维码,让学生用自己手中的iPad来扫描大屏幕的二维码,学生下载材料并分组讨论威胁数据安全的因素。
  ③STEM项目挑战:跨学科深度融合政治知识与信息知识。针对威胁数据安全的因素,让学生继续探讨保护数据安全的方法。分小组绘制《保护数据安全》宣传标语图,梳理保护数据安全的方法,结合前面总结的威胁数据安全的因素,建立整个课程的结構图。最后结合《国家网络安全宣传周》的宣传视频,让学生再次感受数据安全与保护的重要性。
  2.单视角——研究性学习课程对接核心素养
  研究性学习课程是以“培养学生具有永不满足、追求卓越的态度,培养学生发现问题、提出问题从而解决问题的能力”为基本目标,以学生从学习生活和社会生活中获得的各种课题或项目设计、作品的设计与制作等为基本的学习载体,以在提出问题和解决问题的全过程中学习到的科学研究方法、获得的丰富且多方面的体验和科学文化知识为基本内容,以在教师指导下学生自主采用研究性学习方式开展研究为基本的教学形式而设立的课程。
  实例剖析:在《数据与计算》一课中,教师改变传统的直授课的模式,尝试STEM跨学科融合的课堂教学模式,让学生在自主实践、合作探究中解决问题,实现信息的最大价值。
  ①材料准备:教师提供支架、按钮、蜂鸣器、发光二极管、电池盒等小部件。
  ②STEM项目挑战:学生回顾物理学科的杠杆、弹性、直流电知识,完成组装。无线发射接收装置同时具备声音和光亮两种信息传递方式,编码解码的过程就是一种数据的获取。学生亲历了无线发射接收装置发送和接收莫尔斯电码,在实践的过程中温习了直流电路知识,学习了发报机的基本原理。
  3.单视角——校本课程对接核心素养
  学校的校本课程是国家课程的良好补益和拓展,STEM更加注重学生实践能力的培养,倡导“做”中“学”,学生的学具有很强的目的性和针对性,学生在“做”中真正实现学以致用。
  剖析案例:高二年级校本课《结构设计发明家》,以项目为引导,综合实践型的教学实施就是STEM跨学科融合类教学的现身说法(涵盖了物理、数学、信息技术、通用技术、美术等多学科)。
  教师出示桥梁模型负重竞赛题目及竞赛的评比办法,学生动手完成项目。
  STEM项目式学习不仅仅能够鼓励学生独立思考,通过查阅书籍、网络等,深度融合物理的杠杆原理、数学的公式计算、通用技术学科结构设计知识、信息技术的3D建模、美学DIY,实现多门学科知识的回顾和再认知,同时进一步提升了学生间的交流和协作学习,进一步提高了学生的综合分析能力、交流能力、迁移能力和解决问题能力,学习过程在理性与感性的交替中同步递进,让学生经历了一次“做中学”的学习历程。
  4.微视角——创客课程对接核心素养
  基于STEM跨学科理念,融合性的创客课程带领学生发现问题,利用科学知识、信息技术等手段展开跨学科、项目式的学习,从做中学,在活动中充分体验创造与成功的快乐,激发学生对信息科学的求知欲望,真正意义上对接核心素养。例如,在创客课程《走进天文》中,地理学科知识融合AR、VR的技术支撑,结合虚拟现实技术,实景与虚拟现实水乳交融,让STEM跨学科课程进一步深入融合。在创客课程《创意工坊》中,物理、工程、电子、信息、通用技术知识融合三维图形绘制3Done,PCB印制板图绘制,激光切割机的使用以及常用焊接工艺等通用技术,全方位多学科启发创客教育思维,给动手创新能力带来启发与帮助。在创客课程《STEM云课程》中,学生通过成体系的可视化和体验式的方式,参与STEM综合素养测评、各类STEM工作坊,开展头脑风暴,进行STEM趣味挑战体验,进一步培养创造性思维与团队合作精神。
  通过上述的案例剖析,不难看出,STEM融合类课程偏重于知识的综合运用,实现了从验证到创新的突破,能够检验学生跨学科知识的综合运用能力,培养学生综合运用知识解决问题的创新能力。在今后的教学实践中,教师必须大胆地开展STEM跨学科融合课程教学实践研究,提升学生的创新精神和实践能力,使其形成跨学科或交叉学科的核心素养,从而为培养更多的创新性人才奠定坚实的基础。
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