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公立校开展STEM课程,常态化、师资问题亟需解决

作者:田园 发布时间:

公立校开展STEM课程,常态化、师资问题亟需解决

作者:田园 发布时间:

摘要:芥末堆携手百位教育工作者走进中国未来学校成果示范校。

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芥末堆 田园 12月6日

在今年的第四届中国未来校长大会上,北京交通大学附属中学(简称北京交大附中)和北京第五十七中学(简称五十七中学)以STEM教育为特色,入选中国未来学校成果示范校。11月27日,芥末堆与来自全国的近百名教育工作者一同走进这两所示范校,观摩STEM跨学科示范课。

北京交大附中的展示课是以清洁能源为主题,融合数学、物理、地理、生物四个学科知识,通过动手实践和探究思考等方式,帮助学生更加了解环境问题。在课程设计中,各学科知识的衔接十分紧密,但如何将跨学科课程常态化是个难题。

五十七中的展示课则以改良智能插座为主题,采用项目式教学方法,通过发现问题、制定方案、设计模型、制作成品的方式教育学生。整个课程持续半个学期左右,对老师的教学设计、教学能力要求比较高。

北京交大附中:小主题式教学,融合四个学科

“北京一到冬天什么问题最严重?”

“雾霾!”

在北京交大附中的跨学科课堂上,授课教师刘一明正和40名高一学生探讨身边的环境问题。他通过展示雾霾前后北京的对比图片,引出当天的示范课主题——用好清洁能源,留住绿水青山。

刘一明先以思路引导、自由回答的方式引导学生思考什么是雾霾、雾霾对生活的影响。随后,他将课堂交给学生,让学生随意分享课前搜集的关于雾霾的资料。

从雾霾的成分到化石燃料的种类和危害,从雾霾对生活的影响到如何治理雾霾,从清洁能源的种类到呼吁大家共同使用清洁能源,两名同学依次用自己制作的PPT展示课前自学内容,

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(学生正在动手制作物理实验)

除此之外,老师会给出一些数据,让学生计算每年化石燃料的污染物排放量占总污染物排放量的比例,从而分析化石燃料的使用对环境的影响程度;同时,借助清洁能源教室教具,让学生动手组装实验器材,探究太阳能、风能的转换原理。据了解,北京交大附中的清洁能源教室教具是由世界银行赞助,教具多是单独包装的器材,类似于一般企业售卖的STEM课程器材包。

除了运用数学和物理知识,刘一明还融合了地理和生物知识。他通过展示清洁能源的地理分布图,明确各种清洁能源的空间分布和开发利用情况;通过探究生物能源的生产过程和利用情况来学习生物知识。

课堂最后,刘一明以清洁能源为线索,将课堂涉及的各学科知识点串联在一起,包括数学的数据计算、物理的实验探究、地理的清洁能源分布,以及生物的能源生产。

北京交大附中老师姜华介绍,这节示范课采用的是课前四个学科老师一起备课,以一个主题为核心,将不同学科的知识点穿插进去,最终由一个老师展示的形式。在北京交大附中,每个年级都有一个文科跨学科备课组和理科跨学科备课组,分别由年级语文组长和数学组长牵头共同备课,主要是以选修课的方式开展。

五十七中学:项目式教学,人人都是产品研发工程师

在五十七中学,芥末堆观摩的是初中物理STEM课——智能插座的改良,这个课程主要是运用3D打印技术设计并打印出成本低、安全性高、方便使用的插座模型。

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(学生正在讨论插座模型应该怎样切割)

按照学校课程的正常进度,已经到了各组展示介绍插座模型亮点的环节。课堂上,每个小组都通过PPT展示自己制作的插座模型,有折叠样式,有像魔方一样的立体结构样式,还有直接镶嵌在墙内的样式。每个小组分享后,其他小组都会提出疑问和建议,最后各个小组再去改进。

芥末堆考察发现,五十七中学的STEM公开课与北京交大附中的上课形式大致一样,都是以小组为单位,每组5人,以选修课的形式开展。但不同之处在于,五十七中学是以项目式课程的形式开展,每个主题课程大概会上半个学期,每周2节课。

“每个课程的主题都是孩子们确定的,比如插线板问题。”授课老师李朝纲边笑边指着地上被胶带粘住的电线说道,这就是孩子们想要解决的问题。

据李朝纲介绍,每个主题课程都是有流程的。在这节STEM展示课前,学生们已经花了一周的时间做调查问卷。然后去超市买插线板、拆插线板,观察插线板内部结构,每组大概拆了两三百元的插线板。紧接着,针对实际生活的问题和插线板结构,大概用一周半的时间去设计插线板,然后去动手做模型。

关于课程评价,李朝纲说,选修课不存在打分什么的,所以老师鼓励孩子出成品。不管他们的设计是天马行空,还是将现有的技术融合在一起,课程最后都会给孩子出一个成品。如果孩子确实觉得成品特别好,可以尝试去申请专利,这样做是对孩子的一种鼓励。此外,这样大主题课程在上课的过程中,孩子们经历的是一个产品研发工程师全部的工作,从调研到设计,再到出成品,最后到推广。

STEM成果展示:我们要做科学家中的艺术家

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(学生正在分享自己的创意)

当天,五十七中学学生还分享了他们在STEM课程学习中的成果,最让芥末堆印象深刻的是一些学生设计的课桌水杯支架。

项目总监张磊(学生)介绍,“课桌上的水杯经常掉到地上乱滚,这让很多学生感到烦恼。”于是,他们做调研、制定方案、修改方案,包括水杯支架的安装位置、制作材质、大小深度等。经历无数次修改后,最终确定方案。

技术总监李强(学生)介绍,在确定水杯支架的材质上,他们花费了很多精力和时间。一开始因为材料的材质问题,所以水杯经常滑落。后来他们开始计算水杯支架承载力的大小,融合数学、物理、工程材料、制造技术等知识,在经历近一年时间的技术改进后,最后确定水杯支架的材质。目前他们正在和厂家沟通,希望最后把水杯支架作为产品生产出来,然后进入校园。

学习成果展示最后,他们分享了自己的收获。他们说:“现在缺少的并不是多么高端的科技,而是能将这些科技真正带入到人们生活中去的产品。因此,小组成立以来,我们就一直保持一个信念——我们要做科学家中的艺术家,永远立足于实际生活以及用户体验,让科技真正感动人心,为人类所用。STEM教育就好比物理学中的‘奇点’,吸引着我们不断创新,立足于日常生活,从生活中发现问题,解决问题。”

STEM教育落地在校园:跨学科课程常态化是难题 

就跨学科课程如何常态化、跨学科科目数量、课程评价等问题,在北京交大附中观摩课程的老师提出疑问。

“之前跨学科课程是采用‘走马灯’的方式进行教学,即一节课中,每科老师“轮番上阵”。虽然大家对课堂的评价都很高,但是最大的问题是难以实现常态化。”北京交大附中老师姜华说,即使是这种课前不同学科老师一起备课,课上一个老师展示的形式,也仍然在探索中。 

关于课程评价,姜华坦言,跨学科课程显示在课表中的形式是综合实践课和选修课。从功利角度讲,课程评价是综合实践活动。从非功利角度讲,这是一种趋势,北京的学校相比于外地的学校,学生课业压力没那么大,还是比较注重多学科培养孩子。

五十七中教授STEM课程的李朝纲老师认为,在开展跨学科课程的过程中,对老师的挑战也非常大。首先,最主要的问题是课程内容的制定。他说,在这节《插座的改良》课中,会涉及到电磁感应的变压器等知识,这些知识其实是高二的物理知识。有些知识可能比这个难度更大,孩子们在制作时需要更多的知识。这就需要课程设计小组里的所有老师在设计课程时,要对产品有比较清晰的规划,确认不会出现孩子接受不了的知识,让他们有对应的知识能在制作和学习的过程中体现出来,或者应用起来。所以,课程挑选是有难度的。

其次是学校的设备问题。如果出现设备不足的情况,老师要考虑自己能做什么的问题。此外,跨学科课程对老师的专业素养要求较高。他笑着说:“比如,在这节《插座的改良》课中,老师经常被学生问倒。像是学生在PPT中展示的三维工程图,我自己学习一个月才学会,但是学生们两三个小时就学会了,两三个星期就已经很熟练了。”他认为,教师起到的作用应该是引导,把课堂交给孩子。

对于培养教师跨学科能力的方法,他介绍了五十七中学的做法。五十七中学打破之前单学科老师在一个办公室的形式,直接将不同科目的老师按照小组安排在一个办公室,方便各科老师一起交流学习。他举例说:“有一个历史老师,最近正在讲工业革命,正好我们在讲热机。历史老师就问,为什么内燃机的产生就标志着第二次工业革命呢。这时候,我们会给她讲蒸汽机和内燃机的区别、对燃料的利用率、从蒸汽机到内燃机,再到喷气发动机的发展过程,以及为科技和生活带来的变化。这样历史老师再去讲课时,思路就会很明晰,知识就会很系统。”

关于STEM课程,李朝纲认为,是从以前强调思维能力够才能学好知识,到学习知识的目的是为了锻炼思维能力的转变,是一种根本性的转变。

反馈:对于课程方式,学生观点不一

五十七中学一名“1+3试验班”的学生认为,通过STEM跨学科课程,不仅可以学到很多生活中不专门查就肯定学不到的知识,锻炼动手实践能力,还可以建立团队合作精神。

“不过,对自身的知识也是一个挑战。”他补充说,“刚开始学这些知识时挺头大的,花了一上午的时间把初三学了3个月的物理知识学完了,一下子要接受很多知识,老师把重点知识写在黑板上,上课记笔记,下课疯狂消化、疯狂吸收、疯狂背诵,同时还要保证自己的日常学习。”

据了解,“1+3”培养模式改革试验面向北京市城六区一般校,具有普通高中升学资格且在同一学校具有连续两年学籍的初二学生,在初二年级结束后进入试验学校,在试验学校连续完成初三及高中共四年学习。进入本试验的学生不需参加中考,直升高中。

北京交大附中的学生对跨学科课程的观点不一,有的学生认为没有必要上跨学科课程,应该该上哪科上哪科,因为在新高考改革政策下,可以选择自己擅长的学科;有的学生则认为跨学科课程较好,这样拓展的知识比较丰富,但对自己的时间分配和知识储备也是一种挑战。

注:文中学生均为化名

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