提高小學課堂中的STEM形象：對教師角色的啟示

Derek+Bell+Hubert+Dyasi

讓我們從明顯的開始說起——

STEM不是一個單一的學科。相反，它是一個術語，第1次使用在20世紀90年代，它反映了科學、技術、工程和數學之間的密切關系。STEM最初是與世界各國的研究和發展相關，為努力加強他們的經濟和基于高水平的技術和創新，從而提高各國自身的競爭力。此外，我們的社會所面臨的許多重火挑戰（例如健一康、水和能源供應、環境質量和可持續發展等）也需要STEM的投入，以找到當地和全球的解決方案。因此，這并不奇怪，STEM現在是全球教育的重要組成部分，為了所有的兒.童和從5～18歲的年輕人。然而，有一個悖論（如圖l所示），STEM的各個元素在學校背景和更廣泛的世界之間有著顯著不同。在學校，重點是數學和科學，但在日常生活中，技術和工程則更為突出。從這一點看，有必要在校內和校外之間保持平衡，這不只是為了滿足行業和政府對高素質的科學家、工程師、技術人員和數學家的需求，或許更重要的是，是為所有兒童能夠在將來的生活和工作中更好地認識社會和世界。

本文將考慮如何提高小學課堂中的STEM形象，并開始修復個別元素之間的平衡。這樣做將會：

·強調需要一個對STEM的共識

·突出為STEM作規劃的重要性

·強調教師角色的重要性

·鼓勵全校的方法

STEM共識

盡管STEM一詞已被廣泛使用，但對于它到底包括什么卻沒有一致的定義或協議。也許更令人擔憂的是那些使用術語的人卻經常在識別這些學科之間的區別時發生失敗或錯誤。但是我們會建議在兒童教育的背景下，需要了解每一個學科是怎樣有助于整個STEM活動的。作為教師，我們需要證明，我們正在教孩子們什么，為什么我們使用特定的方法幫助他們學習。因此，我們建議，提高STEM存小學課堂中的形象的第一步是為所有在校教師達成一個什么是STEM的共識，并認識到不同的學科之間的整體區別。

在這個階段，最好保持事物簡單并把STEM限定于4個核心學科：科學（包括生物、化學和物理）、技術、工程和數學。圖2為各個學科的基本定義，每一個學科以它自己的方式產生思想、概念、知識，并且不同程度地產生廣泛的產品。從本質上說，我們會建議科學和數學一起工作，解釋我們生活的自然機制；而技術和工程使用，建立在這些知識基礎上，設計、開發和生產新產品和工藝，以滿足我們不斷增長的需求。

為STEM作規劃的必要性

達成STEM的共識需要從規劃過程開始，該過程確保所有的孩子能夠體驗一系列的STEM活動，并開始建立對STEM的理解。作為教師，我們需要清楚孩子通過這些活動應該學會什么。因此，我們需要確定課程的目的和內容。這將包括核心概念的結合（這是來自于STEM單一方面的關鍵概念，比如材料可以作為液體、氣體和固體存在，生命體需要特殊物質以保持健康）；跨學科概念（如因果關系、比例和數量）；以及實踐（描述科學家、技術人員、工程師和數學家如何通過探究和問題解決開展工作）（對于核心理念，跨學科概念、實踐、調查和問題解決更加細節的討論見本主題文章《透視科學中的探究及工程與技術中的問題解決》——編者注）。

這里我們考慮如何開發一個STEM課程計劃。首先需要知道的是：建立知識和理解STEM是需要時間的。此外，由于STEM是一個多學科的集成。它需要2個層面的知識和理解：

·各個學科中的概念和技能

·為了設計和制造解決方案以滿足特定的需求，這些想法和技能是如何整合在一起解決特定的問題。

如果我們真的打算幫助孩子整合、建立和促進他們的學習，那么這2個層次在規劃階段就必須明確下來。簡而言之，如解決問題需要工具（包括物理設備、知識和想法），那么在STEM活動的規劃中，我們設計的項目就應該盡力提供孩子解決STEM問題并產生一個可行的解決方案所需要的工具。在知識、技能和概念方面的許多“工具”來自于各個學科，比如理解如何做不同類型的數值計算或者如何做一個電路。

因此，為了提升STEM在小學課堂中的影響力，我們需要更加明確我們希望孩子學到什么和武裝學生讓他們能夠解決這些挑戰。有很多種方法可以做到這一點，但重要的是，所有的教師都要參與這個計劃。圖3展示了一個如何將STEM構建到課程中的簡單模型。

采用該模型時需要對STEM挑戰進行定義，并對學生可能從各個學科得到的知識和理解進行識別。STEM挑戰可能涉及在獨立班級中團體工作的孩子，或者可能是整個學校項目的一部分。STEM挑戰的關鍵因素必須是：

·有一個能與學生相關的“真實”情境；

·應該獲得一個明確的結果、產品或者問題的解決方案。

·允許孩子們提出一系列解決方案，符合一開始設定的標準，從而給他們機會證明他們所知道的、所能做的，以及他們可以創造和革新的。

STEM挑戰可以引入得更加復雜。例如，每個組必須設計一個海報宣傳他們制作的產品。經濟元素可以由定義一組學生能夠使用的核心資源組成，在一開始的時候給學生一筆“錢”給他們“買”額外的材料。

規劃中沒有固定的一系列步驟，因此不可避免地涉及步驟之間的前后移動。首先也是最明顯的是。我們需要明確我們想要孩子們學什么。確定了整體的學習成果之后，接下來有幫助的是決定什么是合適的STEM挑戰。例如，為了解決物體結構、屬性和功能之間關系的學習成果，我們可以設計一個造橋的挑戰，這個橋跨度1米，其中心至少承受2千克的重物，用到例如報紙、吸管、膠帶等材料。這個挑戰適合一個班級的學生小組合作，安排若干節課，因為每一節課的科學內容中學生所探索的物體的屬性，以及他們所使用的方法會使得橋的結構更加強壯堅實。在技術和工程方面，他們可能一直在研究為什么一些結構比其他的強大，而在數學中是建立在測量精度、幾何形狀及比例的能力基礎之上的。

另一個重要的事情是確保STEM挑戰不孤立于兒童各學科之間的學習。這并不是說STEM挑戰沒有內在價值。它們是有趣的、能夠捕獲兒童的想象力，但如果STEM挑戰是孤立的就不能最大限度地發揮學習的最大效果。學習本身取決于兒童（和成人）能夠在現有的知識和新的經驗之間建立連接，以及把一個情境中學習的想法和在另一個背景中使用的想法鏈接起來。STEM是一個多學科的概念，它取決于能夠在傳統的各個學科間建立必要連接的能力。這不是孩子們天生的東西。因此，規劃的學習計劃需要使我們能夠明確這些連接，并允許涉及孩子們先前做的事情，從而推動他們的思考和學習。

教師角色的重要性

為兒童的學習制訂計劃僅僅是教師角色的開始。一旦計劃的課程開始實施，作為教師，我們必須找到教的方法，使我們的每一個孩子都能實現學習目標。這正是測試我們的教學技能和策略的時候。雖然在不同的學科和情境中的教學有許多共同點，但也有區別。但如果我們不承認或在意它們的話，它們很可能會成為孩子們學習的障礙。因此綜合幾個學科，就如STEM一樣，教師的角色不僅重要而且有了新的要求和更長遠的考慮。在這里，我們想要突出4個問題，這些是我們認為需要特別關注的方面。

創設合適的情境

首先需要關注的方面是要創設學習主題和現實生活之間的聯系，以幫助孩子們開始認識到如何及何時將他們學習的東西運用到生活中。這樣的聯系不應該在教單獨學科或STEM挑戰中被忽略。相反，我們需要在我們的教學中作參考，使主題和想法的相關性得到加強。建立這樣的聯系是捕捉孩子們的興趣并鼓勵他們使用想象力和創造力的一部分。

也許與孩子相關的新思想的最重要的方面是需要考慮到他們自己的現有的想法。這適用于他們的先入為主的想法，這些是由他們以往的經驗發展起來的，為了解釋不同的現象和解釋在一開始無論如何都難以理解的問題。作為教師，我們要找到方法幫助兒童建立這些想法，并且給他們挑戰，這樣每個兒童就能在思考中理解現象并且獲得進步。

提出問題.提供挑戰

任何教學的核心都是有效地利用問題，以擴大和挑戰兒童的思維，以及在一定程度上保證他們取得進展。在STEM背景下，我們喜歡想到我們所使用的生成性問題鼓勵兒童。

·用所有的感官提高他們的觀察，使他們檢查細節及整體效果，并開始區分相關的和不太相關的功能和屬性；

·在不同的想法和觀察之間進行聯系，與不同情境相關的相同或相似的想法；

·在表達之前更有效地使用他們現有的知識，并通過他們的回答來思考；

·考慮替代的想法，并用證據證明他們的解釋、支持他們的論點；

·提出自己的問題，測試自己的想法，挑戰對方的想法。

用問題引導學生思考不是一件容易的事情，所以在實踐中我們發現，像這樣解釋問題是有幫助的，因為能夠得到孩子們不同類型的回應。因此我們努力按下面的方法做。

◎注意力集中的問題

例如：你有沒有注意到……？你有沒有見過……？你能感受到、聞到、聽到什么？你能感覺……在移動嗎？

◎測量和計數的問題

例如：……有多少？……有多長？大小是什么……？……有多重？……的體積是多少？

◎比較的問題

例如：它們有……是一樣的？它們在哪些方面是不同的……？它們有多少不同之處……？

◎行動的問題

例如：如果……你認為會發生什么？你能做……？你能想到多少種方法？你認為你能在哪里找到……？最好的方法是什么？你能演示給我看你是怎么做的嗎？

◎解決問題的問題

例如：你能找到一種方法嗎？……有可能嗎？你怎么能做……？你能設計和制造……？

◎推理的問題

例如，是什么讓你這樣說的？你為什么認為這樣有效……？你能解釋一下……嗎？你能給出一個……的理由嗎？

◎信息檢索的問題

例如，你能告訴我關于……你知道什么……？你能記得……嗎？它讓你想起……？

在這些問題中達到類型的平衡是重要的。太多的孩子只要求回憶事實，如果我們要幫助他們發展其他技能和能力，就需要通過使用不同類型和范圍的問題刺激他們。

提供材料、經驗和挑戰解決問題

所有STEM學科涉及實踐經驗，反過來需要適當的材料、足夠數量的工具和設備，以便讓孩子們充分參與活動。然而資源總是有限的，允許孩子使用可用的方式解決問題的思想是有意義的。可用資源的選擇也應該為滿足學習的結果而允許解決方案達到一個適當的水平。此外，由于STEM挑戰應該鼓勵一系列方案，為了滿足各種要求的孩子，有一些材料是很有幫助的。

有時讓孩子們思考他們所需要的資源，讓他們證明他們為什么需要這些特殊材料，這應該發展為進程的一部分，讓孩子為了解決方案而計劃他們自己的探究，以及解決問題的策略，并研究、開發和反饋。

評價和評估

評價和評估是學習過程中的重要部分，作為教師我們必須計劃這些。通過評價和評估，我們可以知道學生是如何做的；可以幫助他們認識自己的工作；可以為了促進他們的理解而建議他們下一步的做法；能夠在適當的時候給他們提供新的信息。我們也使用評估和評價告訴自己在支持學生的學習上取得的工作成績。

STEM中的挑戰之一是需要反思什么是進行評估的適當方法。各個學科的評估方法已經發展了許多年，但是STEM引入新的活動仍然需要考慮，比如如何對孩子聯系想法之間的能力進行評估，以及是否確實需要單獨評估。類似這些問題的討論超出了這篇文章的范圍，但重要的是要注意，如果我們引入到課堂上，我們確實需要認真地思考有關評價和評估的問題。

全校參與模式

在小學課堂中STEM知名度的提升是學校所有教師的重要挑戰，這個任務的重要性不應該被低估。盡管有很好的教育緣由將STEM引入課程，但我們必須意識到這不可能在一夜之間完成。我們也必須認識到這不是個別教師有效的工作就可以完成的，而是整個學校必須要有所改變，因為STEM的引入至少影響了學校的教學組織、時間分配、資源和設施的類型，以及很大程度整個課程的協調。此外，我們需要評估同事一起工作的方式，因為往往團隊規劃STEM活動比獨自工作做得更好。許多小學教師教STEM的一個重大挑戰是缺乏信心，因為他們必須在自己的學科領域外工作。需要增加科學和數學的知識，以及對技術和工程的理解，而這兩種知識都不可能是小學教師培訓的一部分。

每所小學會有不同的方法提高STEM的形象，因為每組教師都要發展滿足他們所教的孩子需求的各種項目和活動。然而高質量的STEM準備將會有一些共同的特征，如：

·設置在與兒童相關的真實情境下；

·建立在個人學科發展的知識、理解和技能上

·認真對待孩子的想法，鼓勵他們與同齡人、教師和其他成年人表達、測試和探索自己的想法

·通過STEM學科明確想法和情境之間適當的、基于現實生活的聯系。

總之，在小學課堂上提高STEM形象仍然處于初級階段，而且需要做的還很多，需要教師和學校的支持從而作出一些必要的改變。然而。我們已經看到一些學校迎接挑戰的優秀案例，并且希望這篇文章能夠幫助他們開始STEM的旅程，這樣我們的孩子才能真正從中獲益。