本書系“中國STEM教育2029行動計(jì)劃”階段性研究成果,以中國教育科學(xué)研究院STEM教育研究中心“STEM教師能力等級標(biāo)準(zhǔn)(試行)”為編寫指導(dǎo),致力于提升我國初中STEM相關(guān)學(xué)科教師的跨學(xué)科課程教學(xué)設(shè)計(jì)和實(shí)施能力。它從我國初中教師開展STEM教育教學(xué)的困境出發(fā),幫助教師解決當(dāng)下存在的問題。本書共2章:第1章圍繞我國初中開展STEM教育所面臨的8個(gè)主要問題,由本書作者集體討論后撰寫,給出可供參考的思路和解決方案;第2章是可供我國初中教師借鑒的15個(gè)STEM項(xiàng)目課例,課例來自中國教育科學(xué)研究院STEM教育研究中心的試驗(yàn)區(qū)征集作品和第四屆中國STEM教育發(fā)展大會中的優(yōu)秀作品。
??本書適合我國初中理科教師、科學(xué)教師及所有跨學(xué)科教學(xué)研究者使用。
STEM教育強(qiáng)調(diào)不同學(xué)科之間的融合和跨學(xué)科的教學(xué)。當(dāng)前基礎(chǔ)教育階段學(xué)校仍然是以學(xué)科教學(xué)為主,開發(fā)跨學(xué)科課程、打破學(xué)科之間的界限是學(xué)科融合和跨學(xué)科教學(xué)的關(guān)鍵。
為了幫助基礎(chǔ)教育階段教師解決這些難題,中國教育科學(xué)研究院STEM教育研究中心組建了一支由教育專家、教研員和一線優(yōu)秀教師組成的團(tuán)隊(duì),致力研發(fā)出優(yōu)質(zhì)的STEM課程資源,為學(xué)校開展STEM教育提供可操作的示范課例和教學(xué)方法。這些課程資源課例包括了優(yōu)秀的STEM課程應(yīng)該具有的框架和基本要素,同時(shí)提供了豐富的實(shí)踐活動課例。我們相信,這些資源課例的有效利用不僅可以成為基礎(chǔ)教育階段教師開展STEM教育的抓手,也可作為STEM課程資源開發(fā)時(shí)模仿的樣例。
我們期待這套“STEM精品課程資源叢書”能夠成為基礎(chǔ)教育階段學(xué)校開展跨學(xué)科學(xué)習(xí)實(shí)踐、做好科學(xué)教育加法的有效工具;成為基礎(chǔ)教育階段教師的貼心朋友和伙伴,也能讓我們以叢書為平臺,成為一個(gè)學(xué)習(xí)共同體。
讓學(xué)生愛上學(xué)習(xí)
當(dāng)教師時(shí)間越長,就越有更多的困惑,我相信很多教師都有這樣的感覺。
2003年,我剛剛來到清華大學(xué)附屬中學(xué)(下文簡稱“清華附中”)工作,擔(dān)任清華附中第一屆高三美術(shù)班的班主任。第一學(xué)期期中考試后,班級中的一個(gè)男學(xué)生考了文科班全年級第一名。因?yàn)槊佬g(shù)生每周要拿出兩天的時(shí)間學(xué)習(xí)專業(yè)課,文化課學(xué)習(xí)時(shí)間比普通生少很多,所以他能取得這樣的成績就顯得有些驚艷。年級組長找到我,希望讓這個(gè)孩子在全年級做一次學(xué)法分享。我興奮地找到這個(gè)學(xué)生,告訴他這一光榮任務(wù),卻沒有得到任何欣喜的反饋。他猶豫一會兒,回答我說不想講。面對我的詫異,他解釋說,他沒有什么可講的,因?yàn)樗貏e厭惡現(xiàn)在的學(xué)習(xí)方式,之所以成績好,不過是自律使然罷了。
這件事給我的觸動特別大,我之前見到過厭學(xué)的學(xué)生,多數(shù)是因?yàn)閷W(xué)不會,或是因?yàn)榱?xí)得性無助表現(xiàn)出來的根本不想學(xué)。但這個(gè)學(xué)生的成績是第一名啊,我強(qiáng)烈地感覺到,我們的教育在什么地方出了問題。
什么是更好的教?什么是更好的學(xué)?
當(dāng)我從人文學(xué)者錢理群教授那聽到“精致的利己主義者”,從臨床心理專家徐凱文博士那聽到“時(shí)代空心病”,從中國國際積極心理學(xué)大會執(zhí)行主席彭凱平教授那聽到“四無少年”這些概念時(shí),我強(qiáng)烈地意識到,中國的教育變革勢在必行,任重道遠(yuǎn)。
2013年,在時(shí)任校長王殿軍的推動下,清華附中的創(chuàng)客空間正式成立。兩年之后,又與美國名校合作,成立了四個(gè)高等研究實(shí)驗(yàn)室(下文簡稱“高研”),在拔尖創(chuàng)新人才培養(yǎng)方面進(jìn)行了扎實(shí)而有效的教育探索。我從2015年開始主管這方面的工作,至今已有8年時(shí)間。這8年中,我經(jīng)常從這些創(chuàng)客和高研的師生眼中看到求知的熱情和進(jìn)取的執(zhí)著,困惑我多年的教育謎題也終于找到了解答的思路。
我個(gè)人認(rèn)為,目前以應(yīng)試為導(dǎo)向的班級授課制是學(xué)生厭學(xué)的主要原因。在這種授課機(jī)制中,學(xué)生幾乎是被動學(xué)習(xí),學(xué)什么、怎么學(xué)都是教師安排好的。至于學(xué)習(xí)的意義,那還用問嗎?當(dāng)然是考試考出好成績呀!這仿佛是天經(jīng)地義的事情,誰如果質(zhì)疑,就簡直是“大逆不道”?嫉煤玫,會受到人們的青睞;考得不好的,會覺得自己太笨,或者是不夠努力,總之會覺得低人一等。然而,不論考得好壞,很少有人能體會到學(xué)習(xí)本身的快樂。
創(chuàng)客空間和高研建成之后,學(xué)生可以在每周的固定時(shí)間來到這里,跟著老師進(jìn)行STEM學(xué)習(xí)。這里的學(xué)習(xí)不是以考試為目的,而是以提升問題解決能力和思維水平為目的。學(xué)什么,怎么學(xué),學(xué)生有極大的選擇權(quán),即便是一些必修公共課,也是如此。因?yàn)檫@些課程是學(xué)生以后開展自主研究的基礎(chǔ),所以學(xué)習(xí)的意義就不言自明了。這種“在學(xué)中做、在做中學(xué)”的方式,讓學(xué)生在應(yīng)試教育的被動狀態(tài)中得到短暫解脫,呼吸到自由的空氣;在解決問題的過程中提升自身成長的成就感,體會學(xué)習(xí)本身帶來的探索的快樂。
2022年第一學(xué)期初,我突然收到高研負(fù)責(zé)教師發(fā)給我的一段視頻,內(nèi)容是北京大學(xué)博士生陳廷瀚接受《新聞聯(lián)播》的一段采訪。這段視頻一下就勾起了我對陳廷瀚同學(xué)的一段回憶。廷瀚自2015年進(jìn)入高研學(xué)習(xí),那一年正好趕上天津港爆炸事故,很多消防員在事故中犧牲。他感覺很震驚,消防員都有防毒面具,為什么沒有發(fā)揮作用呢?后來,他經(jīng)過調(diào)研得知,造成消防員犧牲的不是毒氣,而是吸入了火場的高溫氣體,氣管被嚴(yán)重灼傷,最終化膿感染而致。他經(jīng)過搜索查證,發(fā)現(xiàn)世界上竟然沒有便攜式的快速降溫裝置。所以,高一下學(xué)期高研立項(xiàng)開題的時(shí)候,他就把發(fā)明這樣的裝置作為自己的研究方向,學(xué)校也為他邀請到了北京航空航天大學(xué)材料學(xué)資深教授進(jìn)行指導(dǎo)。一年后,他不負(fù)眾望,發(fā)明出一套便攜式消防用感應(yīng)控溫維生呼吸器,并申請了專利,同時(shí)獲得了清華大學(xué)、北京大學(xué)各60分的自主招生降分錄取資格。但他的老師們在欣喜之余也為他感到擔(dān)憂,因?yàn)樗奈幕n成績只能在年級排在中游,加上60分,也是很難考上清華大學(xué)、北京大學(xué)的?墒莿倓傔M(jìn)入高三的時(shí)候,陳廷瀚就通過班主任找到我,希望申請?jiān)趯W(xué)校住宿,他要把所有的時(shí)間都用來學(xué)習(xí),爭取考上清華大學(xué)或北京大學(xué)。我開始不同意,因?yàn)楦街凶∷拶Y源緊張,他家離學(xué)校又比較近,不符合申請住宿的條件。無奈他三番五次地申請,最終學(xué)校還是同意讓他住宿了。當(dāng)然,一年之后,他用北京大學(xué)的錄取通知書回報(bào)了母校。這次《新聞聯(lián)播》的報(bào)道,介紹了他的博士課題就是為這個(gè)呼吸器進(jìn)行升級換代。英國數(shù)學(xué)家、邏輯學(xué)家懷特海說過,教育的目的就是激發(fā)和引導(dǎo)學(xué)生的自我發(fā)展之路。陳廷瀚同學(xué)的案例恰恰說明,如果學(xué)生的進(jìn)取精神被激活,他的發(fā)展就會有無限可能。
此次本書的出版,不僅系統(tǒng)介紹了清華附中對STEM教育的思考、理解和實(shí)踐,更從全國范圍精選了一些優(yōu)秀的課例,對于各學(xué)校開展STEM教育會有很多借鑒意義。更難能可貴的是,書中的STEM課例,很多是出自非專職的STEM課程教師,他們有意識地在自己的學(xué)科教學(xué)過程中實(shí)踐STEM教育理念,使得學(xué)科課程擺脫了應(yīng)試教育的桎梏,讓學(xué)生在課堂上真正地愛上學(xué)習(xí)。
感謝為此書出版付出努力的所有教師,感謝王素主任的悉心指導(dǎo)。我相信,本書的出版,會讓越來越多的教師了解STEM課程與教學(xué)的魅力,讓更多的學(xué)生在課堂上心懷夢想,眼中有光。
白雪峰
書于清華園
叢書主編:王素,中國教育科學(xué)研究院國際與比較教育研究所所長,研究員,中國教育科學(xué)研究院未來學(xué)校實(shí)驗(yàn)室主任,中國教育科學(xué)研究院STEM教育研究中心主任。主要研究領(lǐng)域涉及實(shí)證的國際教育政策比較研究、未來學(xué)校研究、中小學(xué)STEM教育研究、青少年科學(xué)素養(yǎng)監(jiān)測研究、學(xué)校建筑與學(xué)習(xí)空間研究等。
本書主編:王殿軍,教授,清華大學(xué)附屬中學(xué)原校長,清華大學(xué)教育研究院基礎(chǔ)教育研究所所長, 第二屆教育信息化專家組成員,2020年12月,被提議擔(dān)任教育教學(xué)質(zhì)量評價(jià)指導(dǎo)專委會副主任委員。
目?錄
叢書序
前言
第1章?理性探討:初中階段應(yīng)當(dāng)為學(xué)生提供怎樣的STEM教育1
1.1?專業(yè)與職業(yè):如何用STEM吸引你的學(xué)生1
1.2?課程建設(shè)點(diǎn)子庫:與學(xué)科結(jié)合緊密的初中STEM項(xiàng)目主題有哪些11
1.3?辯證統(tǒng)一:STEM課程與常規(guī)學(xué)科課程的關(guān)系20
1.4?學(xué)科與STEM:如何用STEM活動解決課上未完成的學(xué)習(xí)25
1.5?面向未來:初中生通過STEM教育能發(fā)展哪些技能33
1.6?環(huán)境與硬件:學(xué)校可以為STEM教育的開展提供哪些有益的支持38
1.7?與評價(jià)結(jié)合:STEM教育與學(xué)生綜合素質(zhì)評價(jià)42
1.8?他山之石:國外的初中為學(xué)生提供了怎樣的STEM教育52
第2章?與學(xué)科整合:適合初中開展的STEM項(xiàng)目課例設(shè)計(jì)60
2.1?課例1:伴EYE同行——常見眼病的可視化實(shí)物模型60
2.2?課例2:智能植物管家84
2.3?課例3:低碳循環(huán)“諧”奏曲——魚菜共生系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和制作103
2.4?課例4:無土栽培121
2.5?課例5:智慧照明,還城市夜的黑137
2.6?課例6:未來生活之地震救援車150
2.7?課例7:小小凈水工程師——家庭凈水計(jì)劃166
2.8?課例8:尋找犯罪嫌疑人179
2.9?課例9:地下建筑自動閉合防洪堤壩的設(shè)計(jì)與制作200
2.10?課例10:設(shè)計(jì)制作再生紙簡易筆記本232
2.11?課例11:人臉跟隨253
2.12?課例12:為杭州亞運(yùn)會制作園林電子旅游宣傳冊272
2.13?課例13:當(dāng)能源問題遇上設(shè)計(jì)思維——自發(fā)電夜跑燈的設(shè)計(jì)制作和推廣290
2.14?課例14:月球基地空氣循環(huán)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)310
2.15?課例15:保護(hù)母親河,我們在行動——“李冰號”智能水質(zhì)檢測船綜合實(shí)踐考察探究活動338