STEM理念与科技教育的融合初探

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  STEM教育注重从生活中发现问题,然后在教师、家长的指导帮助下,学生运用多学科的知识去设计、制作,去解决发现的问题。为了使STEM教育与我校科技特色完全融合,首先我们成立了以校长挂帅,科学组教师为主体,包括数学、信息等多学科教师共同参与的STEM教育发展中心;其次明晰育人目标,建立阵地,做到四个融合,即将STEM理念与课堂、“探究功”、创新发明、品牌活动相融合,将STEM教育渗透到学校教育的各个角落。
  STEM理念与课堂教学融合
  STEM理念旨在融合各学科的知识,解决实际生活中遇到的问题。学校在科学课上以“问题探究”为核心,探索出了一套“问题引领”课堂教学模式。同时每学期在各年级科学课中挑选一节适合的课型,与数学、信息、美术、音乐等学科融合,开展STEM教学尝试。一学期下来就可开发出如《旋转的风车》《水杯热量散失的研究》等多节STEM教育创新课。
  此外,学校还大力推进STEM理念与学校课程融合。
  1.明晰目标
  学校依托“崇文明理”校训,借力区教育局“探究功”项目的开展,明确了培养学生三大科学核心素养,即勇于探究、学会合作、善于创新。
  2.优化课程
  我们从国家课程、校本课程两个维度出发,将培养学生勇于探究、学会合作、善于创新的核心素养的共识融入学科,扎根于课堂。
  国家课程层面:以“问题探究”为核心,探索出了一套“问题引领”课堂教学模式,即发现问题、探究问题、解决问题,开展全方位科学探究活动。
  校本课程层面:我校自编了《科技创新》教材,利用每周一节课开展科技教育。教材内容包括:科学思考、科学实验、科学游戏、科学阅读。同时,学校利用每周五下午的社团课开设了电子百拼、智力七巧板、机器人、科技制作、无人机、平衡车等精品课程。
  3.建立阵地
  班级层面建立以科学家名字命名的少科所,开展普及性探究活动。学校层面组建“启明星”少年科学院,开展竞赛性探究活动。
  STEM理念与“探究功”科技月赛融合
  1.以每日一问为抓手,激发兴趣
  提出一个问题往往比解决一个问题更重要。“探究功”的第一步就是培养学生学会提问题。
  在国家课程中怎么问?我们结合科学课程,创新地编写了一套科学探究作业,所有内容来源于课本,又高于课本。学生在科学课堂中将感兴趣的问题提出来,记在作业本上,通过师生互动、评价,使问题进一步聚焦。
  在校本课程中怎么问?在校本课程中,我们设立“问题银行”,学生将自己在生活中发现的问题写下来,在班队课中进行交流、互动。问题问得最多的同学被授予“好问之星”称号。
  2.以每月一赛为平台,培养能力
  在学生学会提问的基础上,每月开展科技月赛。
  九月主题“奇思妙想”,关键词:会思考。让学生无拘无束地去思考,去畅想。在天马行空之间,一个个有创意的金点子应运而生。这些金点子在省市各级创意比赛中获得多个一等奖。
  十月主题“啄木鸟”,关键词:会发现。让学生学会从生活中发现问题。在寻找发现的过程中,学生拥有了一双双智慧的眼睛,看待问题有了深度,为接下来的创新改进打下了基础。
  十一月主题“科技制作”,关键词:会动手。学生通过科技制作,提升动手能力。在动手制作中,一件件科技作品诞生了。
  十二月主題“我是小创客”,关键词:会创新。通过对发现问题的梳理与加工,选择合适的材料进行发明创造。
  通过开展“会提问”“会思考”“会发现”“会动手”“会创新”这五类活动,学校的创新之路会越走越宽,越走越远。
  STEM理念与创新发明融合
  STEM教育的多学科融合理念与创新发明思想异曲同工,学校利用每周五下午开设了STEM与创新发明精品社团课。学生在月赛中提出的问题,在STEM教育的浸润下,运用工程设计、信息化编程,艺术美化等手段得到了解决,一个个创新发明不断涌出。
  案例1:《智能导盲杖》
  发现问题:导盲杖是盲人群体使用较为普遍的一种工具,然而传统的导盲杖仅仅是一根拐棍。随着我国城镇化建设快速发展,城市道路环境日趋复杂,传统导盲杖已经远远不能满足盲人的出行需求,盲人迫切需要一种智能导盲杖。因此,有了下面智能导盲杖的创意设计。
  研究问题:通过超声传感器识别导盲杖周围的障碍物,通过预设距离阈值判断,在障碍物处于危险距离时发出声音报警,通过GPS模块定位自身位置,发送位置信息到预定手机,向家人报告当前状况。
  综合运用各种学科知识展开设计、制作:本项目采用ScratchPi作为核心控制板,主要用于对各模块进行初始化与调度,其通过I2C接口实现超声传感器模块控制,与蜂鸣器模块采用I/O接口连接,整个系统由电池模块直接供电。项目利用超声检测以及各种现代化科学技术,创建安全可靠的盲人智能辅助设备,为盲人的出行提供了极大的便利。
  案例2:《可编程自动投食器》
  发现问题:许多人经常忘记或因为出远门而无法给鱼缸里的金鱼喂食,造成了金鱼的死亡。
  研究问题:可编程自动投食器的灵感来自于妈妈的针线盒,随着针线盒的转动,里面的针会通过小孔掉落出来。设计时通过Scratch编程,设置自动投食器投放食物的时间和食物量。将可编程自动投食器固定到鱼缸上,设定时间为24小时投放一次,这样金鱼就可以每天定时定量地得到食物。投食器里没有食物,投食器会亮起LED灯并且蜂鸣器会报警,提醒使用者往投食器里添加食物,不会因为间隔时间太久或者食物投放太多而导致金鱼死亡。
  综合运用各种学科知识展开设计、制作:可编程自动投食器是由一次性纸杯、硬纸板、胶水组装而成,基于LED灯、蜂鸣器、舵机和主控板四个模块,利用Scratch语言编写程序制作而成。可根据实际情况,通过更改代码调整食物的投放时间和报警方式。可编程自动投食器的用途广泛,不仅仅可以喂金鱼,还可以给养殖场的鸡鸭鹅提供喂食喂药,如果做大一点,还可以给家里的猫狗自动喂食等。
  STEM理念与学校品牌活动融合
  每年五月,学校举行科学调查体验节。学校组织学生进行实地调查,走进社区,关注社会热点问题,让学生在科技活动中亲历学习、探究,参观扬州智谷、农科所、污水处理厂、环保公司、造纸厂,组织了系列青少年科学调查体验活动,以小调查发现大事实,以小活动带动大社会,为学校的宣传、办学实力的提升起到了很好的推动作用。每年十一月,举办科技节,开展科普实验秀等活动,获得了师生的一致好评。
  在STEM教育理念的浸润下,目前我校学生共获得了54项国家发明专利、200多人次省级以上科技竞赛奖项,学校机器人社团、电子技师社团获得多个国家、省、市一等奖,涌现出2名国家级青少年科技创新奖获得者和3名市教育十大新闻人物。
  江苏省扬州市维扬实验小学
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