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概念转变视角下的STEM教学设计研究

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作者:原作原创  来源:网络转载  发布时间:2018-01-25 09:38:00

  【摘 要】建构科学概念,培养学生提出科学问题、分析和解决问题的能力是小学科学的主要任务;小学科学是一门基础性、实践性和综合性的课程。基于此课程的特点,借鉴STEM教育,选取两个平行班分别作为实验班和对照班,实施前测。以概念转变理论为指导思想,从前测数据出发,提出基于概念转变视角的STEM教学设计,并实施后测,验证该教学设计的有效性。 

  【关键词】概念转变;STEM教育;小学科学;前概念;教学设计
【中图分类号】G434 【文献标识码】A
【论文编号】1671-7384(2018)01-0057-03
2006年,美国总统布什提出要培养具有STEM素养的人才;2009年,奥巴马大力资助STEM教育[1]。2016年,“STEM教育”首次被我国写入“十三五”规划。目前,STEM的理论和实践研究都如火如荼的进行着。
概念转变是当代科学教育研究中重要的领域[2]。概念转变理论认为学生头脑不是“空白”的;重视学生的前概念,有助于完成概念的转变。研究表明,学习者越早接触STEM相关活动,越有利于培养其综合素质[3]。小学阶段是早期科学启蒙的重要阶段[4],应当重视小学生STEM的全面发展。所以本文以小学五年级科学《形状与结构》单元为例,从概念转变视角出发,展示小学科学课程全新的教学设计。
概念转变视角下的教学设计实例
1.课程主题和对象
本研究以“游乐园建筑物的建造”为主题,贴近生活实际,激发学生兴趣。研究对象为南京市某小学五年级的学生。
2.活动划分
本研究单元共四节内容,对其进行划分,主要分成了3大部分:
(1)问题引入:确立造房子任务;
(2)背景经验活动:环球房之旅、感受形状与承受力的关系、感受形状与稳固性的关系和建桥梁;
(3)解决问题:设计、制作模型和展示、交流与评价。
3.学习目标
(1)激发学生的科学热情和科学探究的乐趣;
(2)将所学知识应用到现实生活中;
(3)以小组合作的形式培养学生的交流、合作和互相评价的能力。
4.学生前概念调查与分析
选取两个平行班分别作为实验班和对照班,进行“形状与结构”单元学生前概念的问卷调查。将调查结果中出现的前概念分为五种类型,分析其产生原因,并提出了对应的教学方法,具体如下:
张冠李戴:柱形和台形分不清。
产生原因是观察粗略,对局部事实的总结,可采用对比法和演示法。
先入为主:将承受力和稳定性这两个概念混淆,错把承重能力理解为稳定性。
产生原因是先入为主的日常生活经验,可采用实验探究法。
一知半解:知道鸡蛋的承重能力大,但是说不清楚原理。
产生原因是获取了不完整的科学概念,可采用演示法、实验法。
墨守成规:知道三角形具有稳定性,但是难以在现实生活中应用或者解决现实问题。
产生原因是知识的负迁移,可采用案例法、发现法。
力所不及:不清楚桥梁的结构与承受力有关。
产生原因是超出了认知范围,可采用讲授法、观察法和实验法。
5.教学过程
教学过程主要分为四个环节展开。
第一部分——游戏导入,激发兴趣
教师利用“是真的吗”游戏作为课堂导入,利用教学课件展示,激发学生学习的兴趣和积极性,请学生们进行猜想和讨论。
设计意图:激发学生兴趣和学习积极性,引发学生认知冲突。
第二部分——新課呈现,进行探究
(1)“蛋壳”实验:观看真实的“蛋壳”实验视频;小组讨论蛋壳不易碎的原因,师生分析总结。
(2)由蛋壳引入新知:教师提问鸡蛋是什么形状的?教师演示课件,让学生们观察生活中(生物、建筑物等)的形状;师生总结常见的四种形状(平面与立体形状的区分)。
(3)折纸实验探究:教师给出另一个具有挑战性的实验——利用一张普通的纸将教科书托起来,离桌面15cm。组织学生进行折纸实验;教师组织学生进行相关实验。讲清楚实验要求、标准与注意事项(提出问题,学生进行猜想和假设,记录下来;进行实验验证)。
设计意图:通过学生亲自参与探究实验,可以引起学生强烈的认知冲突,不仅可以暴露出学生的前概念,更重要的是学生对自己亲眼见证过的事实总是更加相信,可以帮助学生获得科学概念,顺利完成概念转变。
第三部分——总结
(1)总结这一课时的主要内容。
(2)澄清学生的混淆概念,纠正错误的理解。
设计意图:帮助学生完成概念的转变和科学概念的构建,利用概念图还可以帮助学生构建系统、有层次的概念体系。
第四部分——生活中的科学
教师引导学生发现生活中的科学——形状在生活中的应用以及仿生学案例;教师引导学生分析这些形状的好处,人们根据这些生物形状特点建造建筑的原因。
设计意图:将所学知识与生活实际相联系,可以增强学生的学习兴趣,达到情感态度、价值观的教学目标。
教学设计效果检验
笔者采用Excel软件中的t检验:双样本等方差假设。如表1所示,实验班和对照班在a=0.05水平上对不同的教学设计反映出显著性差异,证明了本研究中的教学设计在概念的转变方面具有有效性。
T3、T7、T9对应的是问卷的第三道、第七道和第九道题目,这三道题目对应知识点分别是:形状与承受力大小的关系、三角形支架的稳定性和桥梁的承重力与形状和结构有关。该部分内容实验班的教学设计理念:从概念转变的视角出发,贯彻落实STEM教育的核心与本质。在教师的指导下,学生进行实验的预测和探究,数据的整理与分析,及小组汇报、组间点评与师生总结。如表2所示,实验班的教学效果要远远好于对照班。
通过表1和表2的数据比较,验证了本研究提出的基于概念转变视角的STEM教学设计的有效性。通过整个具体实践活动的实施,选取与学生生活实际相关、学生感兴趣的主题可以激发学生学习、探究的热情,从而提高学生对科学知识和科学探究的专注力,培养学生独立思考的思维能力,使学生创作出属于自己的作品[5],从而不断提高学生的解决问题的能力和创新能力。
总结
本文从“概念转变”视角出发,以《形状与结构》单元为载体,基于STEM的课程设计理念,完成了基于概念转变视角的STEM的教学设计。该教学设计培养了学生的创新思维,帮助学生加强了“科学概念”、修改了“非科学概念”,逐步完成了概念转变,提升了学生的相关能力。STEM教育在培养学生的综合素质、综合运用知识等方面有优势,STEM教育具有极其广泛的发展前景。  

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