论文部分内容阅读
STEM是科学（Science）、技术（Technology）、工程（Engineering）、数学（Mathematics）四门学科英文首字母的缩写，源于1986年美国国家科学基金会的《大学的科学、数学和工程教育报告》。该报告首次提出“科学、数学、工程和技术”教育的纲领性建议，以应对国际人才竞争和经济发展压力下对本国人才培养的反思。香港特区政府2015年施政报告首次提出推动STEM教育。2016年3月，教育局向所有官立、资助及直资小学，包括设有小学部的特殊学校，发放用作推动STEM教育的10万元津贴，用于举办STEM教育相关的活动、购置所需物资等。2017年3月，又为每个公立中学提供20万基金用于发展和实施STEM教育活动。特区政府希望通过推动STEM教育，培育更多具备不同范畴和水平技能的多元人才，以增强香港的竞争力。
“做中学”理论是美国教育家杜威提出的，“如果承认教材的自然的发展进程，就总是从包含着做中学的那些情境开始。记忆和作业构成课程的最初阶段，它们相当于要知道怎样做才能达成种种结果”。从“做中学”也就是从“活动中学”，从“从经验中学”，主张从经验中积累知识，从实际操作中学习。STEM教育理念就来源于“从做中学”，香港的STEM教育也正是在这个理论基础上扎实开展的。被选派参加内地与香港数学教学交流计划的一年中，我仔细观摩了STEM课堂，收获良多。以下是一节香港圣公会诸圣中学以科学教育为主的STEM课，及天主教南华中学的一节以数学为主的STEM课。
一、课例展示
课例一：平板显微镜
1. 引入
教师提问：生物的基本单位是什么？什么仪器可以用来观察细胞？显微镜的影像有什么特征？学生回忆旧知，回答问题。接着，教师要求学生用平板计算机的照相功能拍一张面值为10元的港币中“0”内的横线，并放大或缩小所拍摄的图像，描述其特征。学生认真观察后回答问题：相片放大后比较模糊，边线不锐利。
2. 学生操作
学生利用平板计算机、小凸透镜、回形针组装平板显微镜，并调节对象与显微镜之间的距离。教师引导学生思考：平板显微镜与对象的距离可否改变？学生思考讨论，回答问题：不能改变，因为只有在特定距离才能获取清晰的图像。
学生多次拍摄获得4mm刻度的照片，并测量照片中刻度的长度（不能放大照片），记录数据。学生计算平均放大率=■。教师引导学生思考：“你认为以你的个人手机配以本实验中使用的凸透镜能产生相同的放大率吗？试简单解释你的答案。”学生思考讨论，回答问题。
利用上面的放大率找出标本的真实长度。学生用平板显微镜观察微小对象，并找出它们原来的大小：盐粒的宽度；头发的直径；小肠细胞的宽度。在这一过程中教师提问及引导：“这些影像比原对象放大了多少倍？如何得出原对象的大小？”“你认为如何改善实验，使之增加平板显微镜的放大率呢？试简单解释你的答案。”
3. 思维拓展
利用自制的平板显微镜拍摄一张面值为10元的港币，比较与没有凸透镜的情况下拍摄的照片有何不同之处。
课例二：饮料包装设计
本课例是七年级数学课《立体图形的探究》单元设计的STEM学习活动。
1. 导入
市售的饮料包装大多数都是长方体，或称为四角棱柱为最多，其次就是圆柱体，而正方体或是球体的包装几乎不曾见过。这些饮料包的设计与数学有关系吗？什么因素会影响体积？
2. 学生操作
分析及计算饮料包装（四角棱柱）的总表面积（为求简化计算程序，此设计不包括饮料包装的接驳面积）和所需材料面积。下页表所示为两个相同容量的不同四角棱柱体的展开图的包装例子。
活動（1）：计算下列两个250ml的不同四角棱柱体展开图的表面积和所需材料面积（展开图的总长度×总宽度）。（如有需要，答案精确至一位小数）
从以上计算所得，在固定体积下，不同包装尺寸的展开图所需的材料面积有所不同。
活动（2）：设计一个250ml纸盒（四角柱体），并计算其总表面面积和所需材料面积及制作此纸盒的真实尺寸实物。
活动（3）：在计算机课制作电子表格，得出最少所需材料面积的250ml正方柱体纸盒的大小。
活动（4）：比较市面上250ml饮料纸盒与活动（3）得出的正方柱体纸盒，为何生产商不选择活动（3）的设计？请列举最少两种考虑因素。学生考虑的因素有：成本、外观、所需材料面积、产品的表面设计、饮管长度。
活动（5）：在活动（2）学生设计的四角柱体中，由教师挑选出3个，学生从中选出最好的一个，并对该设计给予评分。几个考虑因素中，对最重要的给予3分，次要的2分，不太重要的1分。
活动（6）：用最少的材料面积，设计能包装6盒饮料的没有盖的包装箱。
二、分析与反思
1. 从“做中学”理论分析
课例一有五个“做”。第一个“做”即拍摄10元港币，放大或缩小图像，激发学习兴趣。第二个“做”即动手组装显微镜，掌握技能，获得方法。第三个“做”即多次拍摄获得4mm刻度的照片，计算平均放大率，培养科学素养，提升应用数学知识的能力，也领悟了进行量度的相关创意。第四个“做”是拍摄几个微小对象后量度影像，计算原对象的大小，进一步增强了学生的操作技能和量度技巧。最后一个“做”使学生进一步明白显微镜的功能，体会到科技的重要性，也有了前后呼应的效果。
课例二在真实情境中发现问题，激发学生下一步“做中学”的动机。第一个“做”让学生明白总表面面积与所需材料面积的分别及其计算方法。第二个“做”巩固棱柱表面积、体积的计算，明白棱柱体及其展开图的关系。第三个“做”使用电脑EXCEL，让学生感受跨学科知识的使用。第四个“做”让学生考虑产品设计问题，感受所学知识与现实生活的密切关系，从“智力”上升到“做事的能力”。第五和第六个“做”通过知识和信息的交流，使学生深化能力。
2. 从STEM教育目标分析
香港教育局在2016年12月的《推动STEM教育—发挥创意潜能》报告中提到STEM教育的主要目标，包括让学生建立稳固的知识基础，提高他们对科学、科技和数学的兴趣；加强他们综合和应用知识与技能的能力；培养他们的创造、协作和解决问题的能力；以及培育与STEM相关范畴的人才，以促进香港的发展。STEM教育重视的是跨学科综合能力的培养，锻炼的是学生灵活运用知识解决实际问题的能力，通过课程学习培养适应社会发展的复合型人才。
课例一中相关的STEM元素有：显微镜的操作；模型的制作、科技应用；量度、单位换算、率及比等。通过本节课，可以培养学生的解难能力：（1）运用数学知识解难能力，如量度标本刻度及计算放大率，运用放大率找出标本的真实长度；（2）动手操作及日常生活的经验解难；（3）运用科学知识解难，公平测试，估算误差及改善。
课例二涉及的科技元素有设计的考虑、资讯处理及资讯处理工具（试算表），涉及的数学元素有面积和体积、长方体的折纸图样。通过本节课，可以培养学生的解难能力：（1）将数学知识运用于生活实践的能力，提高学习兴趣；（2）动手操作能力：自行设计后将展开图折成四角棱柱；（3）综合应用跨学科知识与技能的能力，以及培养创造力和解决问题的能力。
推动STEM教育以来，香港每个中小学都组成了STEM教育领导小组，积极探讨研究设计学习活动。目前，STEM教育浪潮已经扩展到每个国家。要提升新一代在国际上的竞争力，培养其在科学、科技、工程、数学等范畴的多元化才能，我们也应常态化开展STEM教育实践，构建常态化课程，建立教师团队，注重教师专业发展，同时从硬件和软件两方面入手，建设丰富的STEM教育资源，推动STEM教育与创客运动良性融合，弥补传统单一学科教育的不足。
责任编辑 魏文琦
“做中学”理论是美国教育家杜威提出的，“如果承认教材的自然的发展进程，就总是从包含着做中学的那些情境开始。记忆和作业构成课程的最初阶段，它们相当于要知道怎样做才能达成种种结果”。从“做中学”也就是从“活动中学”，从“从经验中学”，主张从经验中积累知识，从实际操作中学习。STEM教育理念就来源于“从做中学”，香港的STEM教育也正是在这个理论基础上扎实开展的。被选派参加内地与香港数学教学交流计划的一年中，我仔细观摩了STEM课堂，收获良多。以下是一节香港圣公会诸圣中学以科学教育为主的STEM课，及天主教南华中学的一节以数学为主的STEM课。
一、课例展示
课例一：平板显微镜
1. 引入
教师提问：生物的基本单位是什么？什么仪器可以用来观察细胞？显微镜的影像有什么特征？学生回忆旧知，回答问题。接着，教师要求学生用平板计算机的照相功能拍一张面值为10元的港币中“0”内的横线，并放大或缩小所拍摄的图像，描述其特征。学生认真观察后回答问题：相片放大后比较模糊，边线不锐利。
2. 学生操作
学生利用平板计算机、小凸透镜、回形针组装平板显微镜，并调节对象与显微镜之间的距离。教师引导学生思考：平板显微镜与对象的距离可否改变？学生思考讨论，回答问题：不能改变，因为只有在特定距离才能获取清晰的图像。
学生多次拍摄获得4mm刻度的照片，并测量照片中刻度的长度（不能放大照片），记录数据。学生计算平均放大率=■。教师引导学生思考：“你认为以你的个人手机配以本实验中使用的凸透镜能产生相同的放大率吗？试简单解释你的答案。”学生思考讨论，回答问题。
利用上面的放大率找出标本的真实长度。学生用平板显微镜观察微小对象，并找出它们原来的大小：盐粒的宽度；头发的直径；小肠细胞的宽度。在这一过程中教师提问及引导：“这些影像比原对象放大了多少倍？如何得出原对象的大小？”“你认为如何改善实验，使之增加平板显微镜的放大率呢？试简单解释你的答案。”
3. 思维拓展
利用自制的平板显微镜拍摄一张面值为10元的港币，比较与没有凸透镜的情况下拍摄的照片有何不同之处。
课例二：饮料包装设计
本课例是七年级数学课《立体图形的探究》单元设计的STEM学习活动。
1. 导入
市售的饮料包装大多数都是长方体，或称为四角棱柱为最多，其次就是圆柱体，而正方体或是球体的包装几乎不曾见过。这些饮料包的设计与数学有关系吗？什么因素会影响体积？
2. 学生操作
分析及计算饮料包装（四角棱柱）的总表面积（为求简化计算程序，此设计不包括饮料包装的接驳面积）和所需材料面积。下页表所示为两个相同容量的不同四角棱柱体的展开图的包装例子。
活動（1）：计算下列两个250ml的不同四角棱柱体展开图的表面积和所需材料面积（展开图的总长度×总宽度）。（如有需要，答案精确至一位小数）
从以上计算所得，在固定体积下，不同包装尺寸的展开图所需的材料面积有所不同。
活动（2）：设计一个250ml纸盒（四角柱体），并计算其总表面面积和所需材料面积及制作此纸盒的真实尺寸实物。
活动（3）：在计算机课制作电子表格，得出最少所需材料面积的250ml正方柱体纸盒的大小。
活动（4）：比较市面上250ml饮料纸盒与活动（3）得出的正方柱体纸盒，为何生产商不选择活动（3）的设计？请列举最少两种考虑因素。学生考虑的因素有：成本、外观、所需材料面积、产品的表面设计、饮管长度。
活动（5）：在活动（2）学生设计的四角柱体中，由教师挑选出3个，学生从中选出最好的一个，并对该设计给予评分。几个考虑因素中，对最重要的给予3分，次要的2分，不太重要的1分。
活动（6）：用最少的材料面积，设计能包装6盒饮料的没有盖的包装箱。
二、分析与反思
1. 从“做中学”理论分析
课例一有五个“做”。第一个“做”即拍摄10元港币，放大或缩小图像，激发学习兴趣。第二个“做”即动手组装显微镜，掌握技能，获得方法。第三个“做”即多次拍摄获得4mm刻度的照片，计算平均放大率，培养科学素养，提升应用数学知识的能力，也领悟了进行量度的相关创意。第四个“做”是拍摄几个微小对象后量度影像，计算原对象的大小，进一步增强了学生的操作技能和量度技巧。最后一个“做”使学生进一步明白显微镜的功能，体会到科技的重要性，也有了前后呼应的效果。
课例二在真实情境中发现问题，激发学生下一步“做中学”的动机。第一个“做”让学生明白总表面面积与所需材料面积的分别及其计算方法。第二个“做”巩固棱柱表面积、体积的计算，明白棱柱体及其展开图的关系。第三个“做”使用电脑EXCEL，让学生感受跨学科知识的使用。第四个“做”让学生考虑产品设计问题，感受所学知识与现实生活的密切关系，从“智力”上升到“做事的能力”。第五和第六个“做”通过知识和信息的交流，使学生深化能力。
2. 从STEM教育目标分析
香港教育局在2016年12月的《推动STEM教育—发挥创意潜能》报告中提到STEM教育的主要目标，包括让学生建立稳固的知识基础，提高他们对科学、科技和数学的兴趣；加强他们综合和应用知识与技能的能力；培养他们的创造、协作和解决问题的能力；以及培育与STEM相关范畴的人才，以促进香港的发展。STEM教育重视的是跨学科综合能力的培养，锻炼的是学生灵活运用知识解决实际问题的能力，通过课程学习培养适应社会发展的复合型人才。
课例一中相关的STEM元素有：显微镜的操作；模型的制作、科技应用；量度、单位换算、率及比等。通过本节课，可以培养学生的解难能力：（1）运用数学知识解难能力，如量度标本刻度及计算放大率，运用放大率找出标本的真实长度；（2）动手操作及日常生活的经验解难；（3）运用科学知识解难，公平测试，估算误差及改善。
课例二涉及的科技元素有设计的考虑、资讯处理及资讯处理工具（试算表），涉及的数学元素有面积和体积、长方体的折纸图样。通过本节课，可以培养学生的解难能力：（1）将数学知识运用于生活实践的能力，提高学习兴趣；（2）动手操作能力：自行设计后将展开图折成四角棱柱；（3）综合应用跨学科知识与技能的能力，以及培养创造力和解决问题的能力。
推动STEM教育以来，香港每个中小学都组成了STEM教育领导小组，积极探讨研究设计学习活动。目前，STEM教育浪潮已经扩展到每个国家。要提升新一代在国际上的竞争力，培养其在科学、科技、工程、数学等范畴的多元化才能，我们也应常态化开展STEM教育实践，构建常态化课程，建立教师团队，注重教师专业发展，同时从硬件和软件两方面入手，建设丰富的STEM教育资源，推动STEM教育与创客运动良性融合，弥补传统单一学科教育的不足。
责任编辑 魏文琦