美国弗吉尼亚州四年级的STEM课堂

李松泽

笔者在2012年秋季学期对美国弗吉尼亚州某公立小学的某班级（班级A）的四年级数学课堂和同校另一班级（班级B）的四年级科学课堂进行了观察。通过典型个案，了解小学 STEM（Science，Technology，Engineering，Mathematics）课堂上教师的教学方法和策略。在课堂观察中，笔者参与了学生的小组活动，并提供学习指导。与此同时，对学生进行了非正式访谈。课程结束后，笔者对教师进行一对一的半结构性正式访谈。访谈提纲来自于笔者的观察结果。访谈目的在于澄清观察中所发现的问题，探究美国当今政策环境和教学研究趋势对STEM课堂的影响。

样 本

该小学坐落于弗吉尼亚州某城镇郊区中等收入地区，隶属蒙哥马利郡学区，毗邻弗吉尼亚理工大学。笔者通过立意抽样，得到两个四年级的班级。班级A共有19名学生参与课堂活动。其中白人占84.2%，少数民族占15.8%；男生占36.8%，女生占63.2%；特殊教育学生5人，占26.3%。主讲教师拥有教育学硕士学历。在授课过程中，有两名特殊教育教师协助教学。班级B有17名学生。其中白人占82.4%，少数民族占17.6%；男生占35.3%，女生占64.7%；无特殊教育学生。班级B主讲教师拥有多年教学经验。

学校环境

1. 小组合作学习

与国内大多数小学教室桌椅全部面向前方不同，笔者所观察的若干教室的桌椅布置，均为3个～5个学生一组，学生面向小组中心而坐，方便讨论与合作。这也是美国公立小学教室的典型布置。课堂上，很多活动要求学生以两人为单位或以小组为单位完成。一方面，在教具有限的情况下，可以让教具得以充分利用；另一方面，锻炼学生团队合作的能力。由于围坐于“圆桌”，削弱了差异感，学生们更易自由发表意见和分享交流。

2. 办公室与教室合一

每位教师的办公桌设在其负责的教室中，学校里没有单独为教师设立办公区域。教师全天与自己的学生在一起，肩负授课和监护责任。教师和学生可以自由布置自己的教室。笔者参观的教室中，墙上贴满了各学科的术语和关键词。教师之间交流与合作的多寡，取决于每位教师对自身的要求、同事关系、校长要求以及学校的整体氛围。在访谈中，一位教师这样说道：“教师间的交流取决于具体情况。我刚到这所学校任职不久，还有很多需要去了解和适应的。有些教学经验丰富的教师，也许并不需要和其他人交流教案。因为他们已经有自己的一套体系和方法。”

3. 授课安排

一名教师一般固定教授某个年级，并负责一个班级某一年级的全部基础科目，包括：数学、语言（英语）、科学、社会学。与中国对基础教育教师的要求相比，这种设置重视教师对不同年龄段学生教育方法的掌握多于对某一学科内容的驾驭。

一位教师表示：“我只能教授四五年级的课程，因为低年级学生的行为、学习方式和理解能力与高年级不同。对于低年级的学生，需要用到其他的教学方法。”

学校除了基础科目的安排之外，提供课后科学等学科俱乐部，供有兴趣的学生选修。每年学校举办一次学生科技展览会，由学生自拟主题，展示自己在科学技术方面的探究成果，家长负责协助学生完成项目。

动手做数学（Hands-on Mathematics）

数学和科学中有很多抽象的概念，一些学生难以轻松地理解。如果仅仅通过灌输定义和大量的练习来提高学生的理解程度，一是事倍功半，二是让学习过程枯燥无味，学生体会不到学习的成就感和乐趣。长此以往，学生即便掌握了知识，却也失去了求知的动力，得不偿失。而使用教辅工具，将抽象的概念具体化，让学生看得见、摸得着，再结合问题导向式的学习方法（Problem-based Learning， PBL），利用人类求知求解的天性，引导学生自己利用手中的工具，自己想办法解决问题，就会把学习的过程变得轻松有趣。

图1 分数条尺

图2 分数方块

图3分数方块

在班级A的四年级数学课上，教师只有一个教学目标，就是让学生理解和掌握等分数的概念。单位长度等分的分数条尺组是一种非常直观易用的数学教具（如图1），而彩色的分数方块难度稍高但更加有趣（如图2、图3）。

在开始新的教学内容之前，教师使用条尺，复习分数的概念和比较分数的大小。传统教学顺序中，学生必须攻克“通分”这一难关，才能顺利解决任意两个分数的大小比较。但通过视觉化教具——分数条尺组，学生可以通过比较条尺的长度，轻松判断两个分数的大小关系，将基本概念独立开来，各个击破。学生看到两个不同的分数，就尝试用手中的条尺或方块拼出相应的分数，再将两个部分的长度或者面积进行对比，从而判断分数大小，同时记录和摸索规律。

复习结束后，教师正式介绍“等分数”这一数学名词的定义，即两个分数在“量”上相等。而对于这一概念的理解和记忆，则通过紧随其后的大量的动手练习完成。

练习1：判断是否等分数

教师让学生判断两个分数是否相等（如：1/3与2/6是否等分数）。学生两两一组，通过合作讨论完成任务（如用手里的积木拼出2/6和1/3，并比较两者面积是否相同）。有的学生使用自己的尺或手指测量，对面积进行估算，有的学生将代表两个分数的积木上下叠起来，再比较去掉重叠部分两块积木余下面积的大小。这就让学生在不知不觉中运用和巩固了学过的知识，并锻炼了解决问题的能力和信心。

练习2：寻找某分数的等分数

教师让学生寻找某个分数的等分数（如1/3的等分数是什么）。该问题可能有若干正确答案（如2/6或3/9均是1/3的等分数）。教师鼓励程度较低的学生找出任意一个答案；对于程度较高的学生，教师则鼓励他们挑战自己，给出尽可能多的正确答案，并探寻其中的规律。同一个教室，同一时间长度，不同的任务目标，自然而然地形成了差异化教学，以满足每个学生不同层次的学习需求。

由于学生性格和行为方式的差异，每一组在解决问题的过程中，都显现出不同的组织风格。有的组形成一人决策另一人辅助的团队，有的组两人共同商讨决定。在简单的课堂活动中，学生日积月累锻炼沟通和团队合作的能力，学习适应不同的合作伙伴，同时逐步培养和形成自己在团队中的角色风格。

动手做科学（Hands-on Science）

在班级B的科学课堂上，学生通过设计和动手实验学习电学基础知识。学生在实验操作中，遵循“识别问题-提出假设-设计验证方法-动手操作验证-得出结论”的循环方式。教师的主要职责是引导学生提问和总结，通过学生自己的探索，来发现电路及其中元件的属性。

实验1：通路和物体的导电性

每组学生（3人～5人）都得到电池、灯泡、导线和若干其他待测物体。教师要求学生检测元件是否可以正常工作。学生根据自己日常生活经验，自行小组讨论后将电池、灯泡、导线连成简单电路，观测到灯泡发光，判断为元件工作正常。教师在检查每组的记录后请学生总结现象。教师将学生所述的关键词列在白板上，再向学生介绍“通路”这一名词，并通过大屏幕向学生展示各种电路，通过抽签提问的方式，让学生判断是否符合通路以及为什么。在此过程中，澄清学生总结时未涉及的或有误的概念。随后教师给学生布置新任务：试验并记录待测物体的导电性，并尽量使用术语（如“通路”、“导体”）描述现象和结论。学生依次将各种物品（如磁石、粉笔、铅笔等）连入电路中。某组的一名学生意识到铅笔由笔芯、木质笔杆、橡皮、金属橡皮箍四部分构成，于是该组将这四部分分别连入电路进行测量，并区分了“物体”和“材料”两个概念。提前完成实验任务的学生可以自由地测量教室内的其他物品，如白板、桌椅、人体、衣物。笔者辅助教师引导学生归纳导体的特点、电路的通路条件等。学生归纳出通路中的元件需为导体且闭环连接。部分学生根据实验记录，可以指出导电性与材料有关。学生在未学习金属的相关性质时，通过实验，对其产生了一定的认识。动手活动让学生更好地投入到课程内容中来。

实验2：串联电路和并联电路

教师给每组学生2节电池、3枚灯泡和若干导线，要求学生依次组装一个串联电路和一个并联电路，并根据串联电路或并联电路的特性，自我检验电路是否为串联或并联。也就是说，教师要求学生自己设计电路，并设计实验对电路的属性进行判断。活动中要求使用术语进行解说。

在整个学习过程中，学生不接触电路图，而是完全实物操作。与纸上谈兵不同，学生可以清楚地感受到，不同电路中，灯泡发光强弱的区别，对电压、电流等概念产生感性认识。同时，学生会遇到在实际生活或工程中经常发生的但书本上却常常忽略的一些问题。

以某组串联电路为例，学生认为，电池和三枚灯泡用导线一一相接之后，三枚灯泡应该全部发光。连接电路后，三枚灯泡均微弱发光。学生判断断开一枚灯泡的连接，三枚灯泡全部熄灭，于是学生判断该电路为串联，元件完好。对灯泡发光微弱的问题，学生认为可能是“电力”不足。对此，该学生提出解决方案：向另一组借电池，共享资源。而新电池如何加入电路，该组学生想到日常生活中经常遇到的各种家用电器，其中多节电池以正负相接的方式串联起来。按照该种方式，果然灯泡全部变亮。学生记录研究问题、实验设计及结果，最后通过讨论得到推论——串联电路的各种性质。这样的学习过程还原了人类探究知识的本来步骤，培养学生的科学研究能力。

课堂教学实践背后的环境、政策和理念

No Child Left Behind（NCLB）：不让一个孩子落后

NCLB Act 2001实行十年以来，给学校、教师和学生都带来了相当大的压力 。标准统一化的趋势给教师带来新的挑战。采访中教师表示授课的内容开始遵循课程标准，部分学生对应对考试感觉吃力，教学中开始感受到应试压力。

教师在应试压力下应该担当何种角色、如何兼顾大量的规定授课内容与每个学生的兴趣所在、差异化教学和问题导向的学习方式对学生成绩的影响等问题，在近十年来美国K-12教育研究领域被广泛地探讨。

差异化教学：满足每个学生的学习需求

差异化教学的宗旨是满足班级里所有学生的学习需求，尤其是当学习内容较难及学生水平参差不齐时 。差异化教学的前提是教师了解班级里每一个学生的学习需求。教师在向全体学生授课的过程中，按需要穿插小组活动。教师可将相同程度或有相同学习方式偏好的学生分在一组，给每组指定不同的任务；或是将不同程度学生配对，实现同伴互助（peer coaching）；或是对有需要的学生单独进行指导，等等。研究和教师反馈证明，正确合理地使用差异化教学手段，可以显著提高学生的学习成果 。

高危学生（At-risk students）

高危学生在统计意义上比其他学生更容易在学业上失败。他们一般成绩较差和退学率较高，而与之相关联有诸多共性，如经常转学、家庭贫困、非裔或拉丁裔少数民族、母语非英语或者父母受教育程度低等。教育政策对这些学生有倾向性地提供帮助，吸引这些学生留在课堂上，并提高这些学生的成绩，缩小其与平均水平的差异，以此来履行教育体制所应负的保障教育机会公平和合理社会阶级流动性的责任。这些学生通常是差异化教学中着重考虑的对象。

I-STEM教育（Integrative Science， Technology， Engineering and Mathematics Education）/问题导向式教学

I-STEM教育以技术教育为基础，将技术设计和科学探究结合起来，让学生在解决问题的过程中探究数学科学 。这种以学生自主设计为核心的多学科整合学习方法，着力于弥补数学、科学或其他基于内容的学科传统教学中，缺乏对学生调取知识识别和解决问题的能力的培养，鼓励学生自己设计解决方案和动手实践，模拟科学家和工程师的工作过程。I-STEM教育作为近几年来教育界的全新理念和实践，正逐步渗入美国中小学课堂，提高学生的学习意愿和求知欲望，培养其工程素养和愈挫愈勇的求学精神，为学生能更好地适应未来的学术和职业生涯做准备。

参考文献

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