基于STEM理念的高中數字化實驗項目式教學研究

唐棣 陳凌 馮正午

摘要：將STEM理念與我國教育現狀相結合，與高中實驗教學實際相融合，在中學創建創新教育課堂，基于STEM教育理念提升學生的核心素養，為社會培養新一代創新型人才。

關鍵詞：STEM教育;數字化實驗;課堂教學;融合研究

一、研究背景

STEM教育理念催生出的教學新模式在近年來取得一些發展，為我國教育改革提供了很多啟示。STEM教育代表著一種將科學、技術、工程、數學4門學科跨界進行融合的一種新型綜合學科教育理念。近兩年在我國教育界STEM教育受到了越來越多的關注。因此，將該模式與我國教育現狀相結合，與高中實驗教學實際相結合，在中小學創建創新教育課堂，基于創客教育理念提升學生的核心素養，為社會培養新一代創新型人才。

高中新課程改革多年來，實驗教學受到了前所未有的重視。但實際的現狀是實驗教學仍然深陷低效的困境，實驗的實踐意義依然處于缺位的狀態。現階段在大多數的地區中學高中實驗變成單純的體驗、重復，失去實驗探究本應具備的價值與意義。硬件條件不夠的地區實驗課程的開設更是處于真空狀態。究其原因，除了學校處于考試教育的壓力之下，也存在著教育理念轉變的“瞻前顧后”。新時期，國家教育大環境政策逐步走向“學生核心素養培育”，高考也強調“能力立意”，越來越多的教師也開始重視實驗教學。隨著信息技術的發展，基于STEM理念的實驗已經進入到中學的教與學。重構高中實驗教學的模式與手段，讓數字化實驗研究更多地進入到中學課堂，讓學生不再只是單純重復教材中的實驗，讓學生利用信息化手段，數字化設備自由地創造性地完成一些問題解決項目，讓STEM理念指導教師的實驗教學，勢必可以讓高中實驗教學更好地服務于學校教育的目標，實現教育資源配置最優化，讓核心素養培養真實落地。

二、有機整合資源，創新“三維兩課一體”模式

在認真學習STEM理論和核心素養發展理論等基礎之上，從教育教學一線入手，借鑒國內外已有的教學模式進行針對性、適應性的改良，參考發達地區STEM課程的教學策略、教學實施，構建高中實驗教學特色模式，提升實驗室在教育教學中的價值與意義。一是“三維陣地”，把實驗室平臺資源充分整合，從師生方便使用的角度，打造成學校基于數字化實驗的課堂教學陣地、基于數字化實驗的教師科研陣地、基于數字化實驗的學生素質拓展陣地。二是“兩課”課程與課題為抓手，用項目化的實驗課程，項目化的課題研究來提高實驗室的使用效率，探索STEM理念如何與高中實驗教學進行深度融合，促進學生核心素養發展。三是“一體化發展”，數字化實驗研究項目，依托學校實驗室，將學校不同的教研團隊整合在一起，跨學科交流融合，跨學科實施教學，充分發揮STEM課程優勢，讓學生的能力一體化發展，讓教師團隊建設一體化推進，讓教育教學活動一體化深入，通過校本課程實施，全面提升學校教育教學質量。

三、研究創新點

從現有的文獻資料分析，目前我國中學STEM教育研究更多停留在紙面上，有條件開展實踐的學校不是很多，對于STEM教育更多是進行一些初步的嘗試，開展STEM教育與實驗教學融合的學校也極少，尚未完全建立校本課程體系。學校推進STEM教育是一個很好的鼓勵創造，提升學生創新能力的平臺，提供創客空間，傳授造物技能，給學生各種機會。這樣的STEM教育顯然是在推行素質教育，培養能力、發展個性，促成學生核心素養的發展。

依托校本課程開發，重塑實驗室的功能價值，改變以往單一的使用模式。基于氧氣濃度傳感器研究“氧立得”（化學與生物、技術等學科融合）、基于數學圖形計算器研究線性回歸（數學與科學融合）、基于創客教育下“腐乳的制作”的創新教育實踐（生物學科與技術融合）等多個典型課例在市級以上教研活動中交流展示，學校多個教研組的教研成績不斷提升，在區域產生了一定的影響力。

開展的STEM教育通過分享，使得學生創造的過程延展為一個更為廣泛的經驗、技能甚至知識的創作過程。在這種開源分享的過程中，涉及對不同的分享對象的方案設計、跨文化的分享策略、分享平臺的使用等過程則是超越了簡單制作的一種更為高級的學習過程。STEM教育與實驗教學是一個相對復雜的過程，跨學科是一種根據項目需求而來的自然的學科綜合，并非刻意為之。在解決問題的過程中，所涉及很多知識都是需要查閱大量資料、尋求各種幫助，通過自學和協作才能完成。學校實驗室不再僅僅是學生重復原有實驗的地方，而是不斷創新之地。

任務驅動，用項目化學習推動學生核心素養發展，促進教師專業發展，讓學校辦學質量高位發展。在機器人大賽、青少年科技創新大賽、學科競賽上學生有了更多施展的余地，在教師教研活動、優質課大賽、說課比賽中有了更堅強的硬件支撐。

四、項目式教學實施成效

隨著學校實驗室硬件條件不斷改善，新的創客實驗室、數學探究實驗室、數字化實驗室不斷落成，自2015年我校開展創客教育研究，到今許多理科老師開設了基于STEM理念、創客的課程和活動，學生參與度高，由于理念先進，課程具備較好的啟發意義。學生在玩中學習，自主交流，充分發揮主觀能動性。在活動過程中教師充分關注個體差異，遵循“組內異質，組間同質”的分組原則。既要滿足每個成員的不同學習需要，又要保證各小組成員在互助活動中能互補，完成課題的學習任務。STEM理念下的實驗教學，在很輕松的環境中，不僅有效地完成了教學任務，也許還會碰撞出更多新的問題和新的知識。可見，STEM實驗活動的開展，提高了參與學生的實驗興趣、學習能力、實驗能力和創新思維，提高教學的有效性，也大大提高了學校辦學的潛力和創新力。

基于STEM理念的高中數字化實驗項目式教學研究，結合學校創新教學，采用項目管理和成果倒逼機制，以固化、可視化成果的形式，形成了課程建設推進機制，將STEM的文化氛圍凸顯出來。本課題研究不斷創新，扎實服務教育教學，提供了很多高質量的教學案例。也幫助學校在面對高考，在尊重高考的前提下，跳出高考看高考，“不唯高考而贏得高考”。通過STEM教育，教師以核心素養培育為引領，將課堂由“學科教學”走向“學科教育”。

課題：本文系2018年安徽省教育科學研究項目“STEM與高中數字化實驗教學融合研究”的階段性研究成果（立項課題編號：JK18090）