数字化时代区域STEM教育的思考与实践

智库 (21) 2021-04-10 10:18:38

在数字化技术迅猛发展、信息社会面临重大变革的当下,教育要如何迎接机遇与挑战呢?近年来,我们一直在探索和反思如何运用STEM教育赋予学生更多素养。凭借着独有的“苏式”风韵,历经七年实践与研究,从STEM课程开发、STEM教室创建,到STEM与创客教育融合,再到创造性地将数字化技术融入STEM教育,我们形成了具有区域特质的STEM教育。目前,STEM教育已经成为区域教育亮点,我们经过反思与总结形成了以下认知与经验。
丰富内涵,STEM教育的新认知
随着时代的进步,数字化技术越来越深刻地影响着人类的学习、工作、思维和交往方式,催生了现实世界与虚拟世界并存的社会形态,创造出更为丰富的文化生态。未来,通过STEM教育所培养的学生跨学科思维方式将成为他们日常生活和学习必备的思维能力。学生运用互联网进行学科知识学习、利用各种数字化工具探究跨学科问题将成为常态,因此,在数字化时代背景下,STEM教育成为顺应时代发展、顺应国家人才培养目标所必需的教育途径。STEM教育具有跨学科、艺术性、体验性、情境性、协作性、设计性六大特点,通过多年思考与实践,我们将STEM与数字化技术紧密结合,赋予了STEM教育更多的内涵。
1.跨学科
跨学科是STEM最重要的核心特征,其技术是人类为实现社会需要而创造和发展起来的手段、方法和技能的总和。在数字化时代,在实施STEM教育中突显技术的作用,将信息技术融入到工程、数学等相关领域,引导学生更有效地运用数字化技术去便捷、科学、创新地完成学习。
2.体验性
STEM教育不仅主张通过自学或教师讲授习得抽象知识,更强调学生动手、动脑参与学习过程。在数字化时代背景下,学生的学习习惯、学习内容、思维方式和解决问题的方法都面临极大的挑战,运用“昨天的知识”已无法培养“明天的人才”,因此,我们认为STEM教育研究领域应更宽、更广、更新。我们对原STEM教育研究内容进行了扩展,融入了各类硬件与技术,如将乐高搭建、机器人、智造项目、3D打印、数码雕刻等融入其中,让学生研究、体验,让活动内容更丰富、更多元、更超前。
3.情境性
STEM教育强调让学生具有将知识进行情境化应用的能力。通过情境性问题的解决,可以让学生体验真实的生活,获得社会性成长。在数字化时代,我们让学生了解前沿技术、超前理念,把学生的视野引入未来世界,尝试智能化项目的研究与开发,体验弱人工智能项目给未来生活带来的神秘与新奇。
4.协作性
STEM教育强调在群体协同中相互帮助、相互启发,进行群体性知识建构。因此我们认为,在数字化时代,学生必须具有互联网思维,零距离、慧分享、便操作、惠众生是其显著特点,各种便捷的交流工具,线上、线下多元的沟通模式,实现了随时随地交流与分享,为学生提供时时可学、时时可研的环境,从而培养学生和而不同、共生共荣的互联网精神。
5.数字化
在数字化时代,特别是人工智能时代,必须让学生具有很强的数字化意识与能力,能灵活应用各类数字化技术去发现问题、获取资源、解决问题,掌握计算机编程能力,具有互联网、大数据思维以及高阶思维。为此,STEM教育要把重点放在感悟“智能、智慧”的大数据时代上,引导学生的思维方式从自然思维转向智能思维。在数字化时代,STEM教育应致力于培养学生用数字化技术去创新、去分享。
多元实践,区域STEM教育的新策略
1.动手实践与思维培养并举
在开展STEM教育活动中,我们借助了形式丰富的动手实践课程作为培养学生兴趣的外壳,将教会学生在实践中发现问题、分析问题、解决问题的思维方式作为STEM教育的核心目标。在项目实施中,我们以智能化产品设计、研究、创作为出发点,以“思维教学”为主线,不仅强调学生基于认知能力的动手实践、科学探究、工程思维、解决问题能力的培养,还增加和突显运用数字化技术进行整体设计、计算思维和交互思维的培养,强调概念性知识、方法性知识和价值性知识的教学,注重教原理、教统筹、教大观点等不可替代的知识。
实施路径:创设情境、提出任务—科学探究、整体分析—多元认知、学科融合—师生互动、调试纠错—拓展创新、个性发展。
2.编程培养与生活情境并重
编程思维对学生的重要性不言而喻,编程教育本是科学、技术、工程、艺术与数学的最佳结合体,学编程不是为了让学生成为程序员,而是教会学生如何思考。根据多元智能理论,学习编程可培养学生的逻辑思维、数学理解、严谨理念、解决问题能力、动手能力和创造力。
我们的做法如下:基于Scratch编程軟件,源于生活情境,每年举办新编龟兔赛跑、新编小猫钓鱼、蛋的故事、未来家具等动画设计和游戏创作;连续五年开展“每周编程一小时”活动,让学生编游戏、编动画、编故事。目前,在教育云平台上已收集了4万个学生编程作品,其中某位学生的作品已有2万多人次进行收藏与访问。
实施路径:创设情境、任务分析—整体架构、逻辑设计—创意设计、分步搭建—纠错分析、个性张扬。
总之,我们的编程教育注重系统性思维的培养,强调在对问题本质、周围环境充分认知后,综合运用多学科知识,进而借助编程这一手段更有效地解决实际问题。
3.技术应用与人文教育并生
我们认为,如果只是一味地追求STEM教育的“创”“新”,追求向“上”生长,而丢掉了STEM教育跨学科的人文内涵,那么这样的STEM教育是没有生命力的。因此,我们在STEM教育中融入区域丰厚的文化底蕴,这也是我们所享有的得天独厚的资源宝库,让学生不单单在这座城市中生活、成长,更传承吴地文化,汲取传统精华。为此,我们开展了为期两个月的具有区域特质的“师生溯源·水韵姑苏”纸电路STEM教育活动。整个活动过程如下:实地采集资料、电脑绘画设计、22米长卷绘制、装裱制作实践、纸电路创意设计、学生现场编程、交流与展示。   在该项目实施中,我们注重学生运用新技术融合能力,促进数学、工程、技术、社会学、人文学和艺术学之间的通联、交融与创新,給学生提供完整的知识背景,使其在系统化的知识体系中加深对每个学科内容的理解。最终,师生合力复原了苏州古城的全貌,把静态的古城画卷演绎成既还原历史又具有现代感的动态、交互的长卷,学生全程参与其中,镕古铸今,实现了传承与创新,这是STEM活动最深层的价值所在。
实施路径:走进社会、收集资源—运用技术、整体构建—科学探究、解决问题—团队合作、展示个性。
4.学科融合和全科教育并联
随着社会经济的发展,国家急需高科技、全能型、创新型人才,因此“全科教育”在我国逐渐产生。为此,我们尝试在区域内进行试点性的学科通联教学和全科教育规划,以主题化的方式开展多学科通联整合教学,将对各学科知识点的教育融入贯穿到自然主题内容教学中,还学生一个“原生态”的教育。
在数字化创新时代,许多知识体系远不是单一学校课程设置所能囊括,需要学生更多地学会方法,有针对性地实践问题,自主分析、自主学习、自主探究和自主创造,教育的侧重点应该更多地对学生这方面能力的培养,而不是禁锢在课本标准的知识体系下。为此,我们尝试了以下活动主题:设计老人智能灯、智能摩天轮、AR开发游戏、动物总动员等。
实施路径:生活需求、提出任务—科学规划、学科融合—科学探究、解决问题—真实检测、纠错完善—艺术包装、提升品质—产品认定、效果评价。
通过主题化的设计并融合多学科教学的理念,自生活需求出发、回归需求问题的解决而形成作品方案设计、产品输出的教育目标,形成更为科学实际的应用,它是STEM教学真正落地的一种有效途径。
5.STEM教育与人工智能并进
在做好传统STEM课程实施基础上,我们关注前沿技术的发展,特别是人工智能时代已到来,我们必须用发展的眼光来实施STEM教育,让STEM教育拥抱人工智能。我们通过百度智能云、腾讯云提供各类开放平台,开展了图像识别、文字识别、人机交互、大数据的相关科学探究活动,在活动中实现学生“动手、动脑、动心”的结合,突出“人工智能+”的教育特色,避免“为学人工智能而学人工智能”。
实施路径:关注技术、主动学习—联系生活、提出创意—借助资源、整体设计—科学探究、动手实践—纠错分析、完善作品。
服务“育人”,区域STEM教育的新收获
通过江苏省STEM教育实验区的构建,我们在相关教育理念、前沿领域、师资培养、活动创新、环境构建、课程开发、师生成长等方面硕果累累,“立德树人”的教育担当与责任首位度不断凸显。
1.集团队智慧,开发区域SETM课程
形成具有区域特质的区域SETM课程并正式出版教材。同时引入相关高阶课程,实现课程资源共享,进一步实现区域STEM课程的普及化、均衡化。
2.聚区域力量,创设STEMx教育环境
这里的“x”代表未知因素,SETM是一个开放、无限的视域。区域整体规划,打造沉浸式创新学习空间,百花齐放、一校一品,构建起区域标准化STEMx教育环境新样态。目前我们拥有省级STEM领航学校1所、市种子学校4所、市级实验学校4所、省市级项目学校9所,形成绿色积极的STEM教育样本群。
3.重内涵发展,构建STEM教学模式
通过实践与研究已构建了STEM教学模式,其中以江苏省教研课题“Scratch编程教育与学生创新能力培养的实践与研究”为引领开展的STEM教学模式的研究与实践,研究成果获2018江苏省教育科研成果一等奖。
4.强队伍建设,供能教师持续成长
我们的教师团队在“做中学习”,在“做中成长”,一批懂技术、善思考、能创造、会学习的STEM新锐教师群体正在崛起。
STEM教育是新兴领域,它所面临的挑战与问题仍然处于不断变化之中。在数字化时代背景下,STEM教育正在成为已有教育体系中的关键组成部分,正在深度影响着教师的教学方式,改变着学生的学习方式,重构着教学组织和对应的评价体系,未来STEM教育将会有更长足的发展。

THE END

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