基于STEM教育的未来课程建设探究

梁雪梅 周婷 邹慧

摘要：传统教育教学难以应对“创新能力”的个性化培养需求，因此，迫切需要创新教育培养模式，变革学习组织方式，建设未来课程。未来课程不再是割裂的分科知识，而是跨学科的知识统整，注重学生“元认知”能力的训练，使其在实践过程中不断探究学习，革新创意。本文探究一种基于STEM教育的未来课程建设方法，并设计了一门以“照相机”为主线的未来课程。课程围绕STEM指标评价体系，开展教学活动，让学生在自制照相机的过程中通过查阅资料解决实际问题，通过优化探究不断实践创新，通过分工合作不断协作交流，从而提高综合素质，以满足未来社会生产的需求。

关键词：未来课程;STEM教育;元认知;融合创新

中图分类号：G434  文献标识码：A  论文编号：1674-2117（2019）18-0077-04

● 基于STEM教育的未来课程建设的目的和意义

1.未来课程

《中小学综合实践活动课程指导纲要》指出，初中阶段中小学综合实践活动课程的具体目标包括价值体认、责任担当、问题解决、创意物化等方面的意识和能力。在未来我们需要的是具有科技和人文素养的创新应用型人才。所以，未来课程建设要多学科融合，强化学生的能力与素养，要回归真实情境，以人为中心，创造性地完成学习过程，培养创新思维，培养积极人格与价值观。正如中国教育学会副会长朱永新先生所说：“未来学校要变成学习中心，未来是课程品牌的竞争，学校的优劣集中体现在课程的优劣上”。[1]为此，笔者所在学校开启了“未来课程”的建设工作，结合学校特点，致力于激发学生内在驱动力，尊重学生的个性差异，以体验式教育与跨学科教育创建未来课堂，打造面向未来的一流教育服务体系。

2.STEM教育理念

STEM教育是科学（Science）、

技术（Technology）、工程（Engineering）、数学（Mathematics）四门学科的融合，后来学者又提出了STEAM教育，增加了艺术（Art），它不仅指艺术，还指语言、人文、形体艺术等。STEM 教育理念打破传统的各学科独立的集中教学模式，超越学科界限，借助实际问题的情境，解决跨学科的问题，训练学生的跨领域知识关联能力、真实问题解决能力。STEM教育理念强调创新、实践和融合，在实践中学习，注重探索过程，不一味强调结果。

3.STEM教育理念在未来课程建设中的作用

STEM教育理念所提倡的教育方法论与未来课程的建设要求有很多共同之处，因而，笔者所在学校采用STEM教育理念来建设未来课程。将STEM教育所提倡的四大素质目标——科学素养、技术素养、工程素养、数学素养融入实际应用中，同时以学生为中心，增强学生根据情境解决问题的能力，做到跨学科、情境设计、实证研究，最后达到技术增强的效果，培养学生善于运用技术解决问题的能力，增强个人驾驭复杂信息、进行复杂建模与计算的能力。同时，在探究实践过程中，培养学生积极的人格与价值观，以及严谨的科学作风。通过建设基于STEM教育的未来课程，为未来社会生产培养具有创新实践能力等的综合素质的人才。

● 基于STEM教育的未来课程建设——以“照相机”为例

1.课程介绍

本课程以照相机为主题，引导学生像科学家一样提出问题、分析问题和解决问题，像工程师一样搜索资料，运用所学知识和技术设计和制作照相机，体会科技实践过程。本课程将数学、物理、工程、技术、信息技术、艺术有机融合，注重学生真实问题的解决能力，培养学生的创新能力与沟通合作能力。同时，在探索与实践过程中，引导学生积极面对困难，树立积极向上的价值观。[2]

2.课程目标

科学知识目标：掌握照相机的工作原理，知道照相机是如何成像并将影像记录下来的。学会运用生活中的常见物品制作一个简易照相机，并用制作的照相机拍照，发现照相机存在的不足并不断改进。

科学探究目标：知道科学家探究问题的一般步骤包括提出问题、猜想与假设、制订计划与设计实验、实验与收集数据、分析与论证、评估、交流与合作等[3]，学会在照相机工作原理探究活动中运用观察、比较、推理、制作模型、计算、交流合作等技能，不断思考与解决问题，提高创意革新和沟通合作能力。

科学与工程目标：学会思考与发现问题，根据照相机的成像原理制作照相机，通过设计方案、制作模型、测试、优化完善等工程设计活动，不断完善简易照相机，提高探究学习与科技实践能力。

科学态度目标：保持对知识的渴望、对世界的好奇，激发想象力、创造力，学会与他人沟通合作，积极交流。能够综合运用所学知识解决生活中的一些实际问题，并且能够大胆质疑，从不同角度客观分析问题，提出解决方案与思路，培养创新精神。

3.课程内容

本课程分为开题阶段、探究与实践阶段、成果展示阶段。各阶段的具体目标、内容与活动时长如表1所示。

课程结构如下页图所示，在探究与实践阶段不断优化自制照相机。例如，通过提出以下问题，引导学生不断优化照相机，并拓展照相机功能。

①你的照相机拍摄的照片清晰吗？（如何解决成像模糊问题）

②你的照相机能够调节焦距吗？（如何设计照相机焦距调节部件）

③你的照相机能够拍摄微观世界吗？（制作显微照相机）

④你的照相機能够拍摄水下世界吗？（制作水下照相机）

⑤你的照相机能够拍摄高速运动的物体吗？（制作高速照相机）

……

通过问题的提出和引导，激发学生的创新能力，不断推陈出新。

4.课程实施

课时：课内10～13课时，课外3周。

场地要求：STEM功能室。

工具要求：硬纸板、A4纸若干张、毛玻璃或半透膜、刻度尺或米尺、铅笔、小刀、剪刀、圆规、双面胶、细金属杆、凸透镜、白蜡烛等。

制作过程：

（1）首先利用太阳光通过凸透镜会聚的原理测量出凸透镜的焦距f。具体做法是将凸透镜与平坦的地面平行垂直地放在强烈的太阳光下，通过调整凸透镜与地面的距离，使得地面出现一个最小最亮的光点，此时通过刻度尺测量凸透镜到地面的距离l，根据物理知识可知f=l。

（2）利用硬纸板、剪刀、小刀和双面胶制作一个长度接近两倍焦距、宽度大于凸透镜直径的矩形盒子，在矩形盒子长的两侧割出一条细轴线，将A4白纸裁剪成适当大小，然后固定在细金属杆上并跨放在两轴线上，便于移动A4白纸（作為照相机底片，即成像的幕布），另外在矩形盒子宽的一侧利用圆规画圆，将凸透镜安装上去作为镜头，同时在其旁边钻一个小孔，便于学生观察成像情况。

（3）将白蜡烛放在矩形盒子外边的凸透镜前，利用米尺测量其物距u，让其处在u>2f的位置上，这时逐渐调整幕布细金属杆位置，通过小孔观察，发现像距满足f

（4）再通过其他对比尝试，发现物像都不是照相机的成像原理。

通过STEM教育理念，实践探索学习，从实际问题中学习，发现物体的工作机理和运动规律，找到物体工作原理的本质，让学生掌握的知识更加透彻。另外，还能提高学生的实际动手能力、解决问题的能力，从而提高其创造性思维。

5.课程评价

评价分为教师评价与组间互评。根据STEM能力，评价量表从五个方面的能力来制订评价指标，具体的评价指标如上页表2所示。其中，教师评价包括形成性评价和总结性评价，小组之间互评则侧重于总结性评价。

● 结束语

本文根据STEM教育和未来课程理念，探究了一种基于STEM教育的未来课程建设方法，分析了STEM教育在未来课程建设中的作用，并设计了一门以“照相机”为主线的未来课程。该课程围绕STEM指标体系，开展了户外拍摄、探究学习、信息收集、数学推导、科技实践、展示汇报等系列活动。活动中，教师引导学生积极思考、查阅资料、解决问题、实践创新，在教学过程中将数学、物理、工程、信息等有机融合，提高了学生探究学习、解决问题、创新实践、沟通合作等能力，同时培养了学生积极面对困难的精神和严谨的科学作风。

参考文献：

[1]田志艳.通识教育理念下的大学“书香校园”建设[D].南京：南京邮电大学，2015.

[2]刘俊铭，梁宇.小学数学教学中情感态度与价值观的培养[J].西部素质教育，2016，2（22）：211.

[3]徐利军，胡银泉.高中物理探索性实验教学[J].太原师范学院学报：社会科学版，2006（02）：171-172.

作者简介：梁雪梅（1991.8—），女，侗族，湖北鄂州人，硕士，研究方向为计算机应用、算法分析。