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美国教育部 | 技术促进STEM学习的9个维度与案例

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  • 来源:网络
  • 发布时间:2019-10-22 11:49
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【概要描述】美国教育部近日发布报告,系统综述了技术促进STEM学习的9个维度。

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美国教育部 | 技术促进STEM学习的9个维度与案例

【概要描述】美国教育部近日发布报告,系统综述了技术促进STEM学习的9个维度。

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美国教育部近日发布报告,系统综述了技术促进STEM学习的9个维度,并提供了这些维度在全国各地课堂上应用的例子(如图),以帮助教师在如何用现在和未来的技术支持STEM学习上做出有效的决定。

 

 

这9个维度与案例内容编译如下。


1.动态表征。学生通过与数学、科学和工程系统的数字模型、仿真和动态表示进行交互,从而学习或掌握STEM概念。

 

案例学校:Walter Bracken STEAM Academy
在Walter Bracken,一名教师使用交互式模拟来教三年级学生关于天气和气候的知识。学生们使用在线模拟来测量美国两个不同地方的温度读数。使用该技术工具,学生可以及时看到温度、湿度、降雨和风向的不同测量值。学生们用平板电脑记录数据,观察模式,并互相分享他们的发现。由于拉斯维加斯的天气变化有限,学生们在学习美国不同地区的天气时都很投入,也很开心。如果没有数字技术的帮助,这种活动是不可能完成的。


2.协作推理。技术工具支持学生围绕STEM概念进行协作推理,使小组成员平等参与,并帮助个人和小组改进他们的想法。


案例学校:Philip H. Schoo Middle School
在Philip H. Schoo中学,学生们通过使用来自下一代科学故事情节的单元来学习声音是如何传播到很远的地方的。学生们首先观察一个令人困惑的现象:当一根大头针被拖过一张黑胶唱片时,会产生声音。这一观察使学生产生了有关声音的原因和它如何到达耳朵的问题。然后,学生们用笔记本电脑创建数字模型来回答他们最初的问题,从而产生更多的问题。在本单元中,学校教师使用班级共识模型,学生通过在线交流和协作平台,在驾驶问题板上分享他们的问题。学生们分组回答问题,并在学习同伴的想法时形成新的想法。老师将每个学生的数字模型投射到全班面前,他们一起讨论这些不同的表现形式与科学模型的异同。通过这种方式,教师能够与学生共同构建推动科学探究的问题。


3.即时和个性化的反馈。数字工具为学生实践或学习STEM的技能或概念提供即时和个性化的反馈,而不是对与错。


案例学校:Greene Central High School
在Greene Central High School,学生们在学习数学时经常收到个性化的即时反馈。通过平板电脑,学生们可以观看老师做习题的视频,然后自己做习题。这种技术使老师能够看到每个学生在做什么,这样他/她就可以发现那些正在解决特定数学问题的学生。教师可以以提示或实例的形式及时为有困难的学生提供量身定制的支持。能够实时访问每个学生的数据,能够根据每个学生的需求进行个性化的快速干预。该技术还为教师提供了仪表盘,显示每个学生以及整个班级的数据,这样他/她就可以看到学生在哪里需要帮助,以及他们在哪些数学标准上遇到了困难。


4.科学论证技能。学生使用支持科学论证技能的技术,包括提出和评估有关科学或数学主张的证据。


案例学校:Weaver Lake STEM Elementary School
在Weaver Lake STEM Elementary School,四年级学生进行了一项为期一年的关于湖泊健康的研究,学习使用数据和证据进行科学论证的技能。在“这个湖是健康的吗?”这个问题的引导下,学生们每月去附近的淡水湖,用真正的科学家使用的数字工具收集环境数据。学生们用探针记录水和土壤温度;收集湖水样本;使用浑浊管记录水的净度。学生们还拍摄了湖边的数码照片,以记录一年中不同时间的季节性观测。回到教室后,学生们按要求创建一个网站,让更广泛的学校社区人员根据他们的数据判断这个湖是否健康。技术允许学生有效地展示他们在学年中收集的证据(包括图表和照片),阐明他们的论点,并根据需要修改他们的论点。这些数据为学生提供了机会和动力,以增强和扩大他们的科学论证和演示的有效性。


5.工程设计过程。学生使用工程设计流程和适当的技术来计划、修改、实施和测试问题解决方案。


案例学校:Douglas L. Jamerson, Jr. Elementary School
在Douglas L. Jamerson, Jr. Elementary School,孩子们从幼儿园开始就学习计划、设计、检查和分享的工程设计过程。到了三年级,学生们学习绝缘体和导体,并在设计和制作绝缘体时运用他们的知识,以防止冰块融化。各种技术工具支持学生的工程设计和评估活动。学生们从低年级上过的有关绝缘体和导体的课程中汲取知识,通过画出模型并讨论自己的想法,共同规划自己的冰箱。在设计阶段,学生测试不同材料的温度,如黑色和白色的纸和铝箔,看看哪个温度最低。在向绝缘体中加入冰块后,在将绝缘体置于阳光下30分钟之前测量初始温度。然后,学生们通过使用专业软件对温度进行多次测量来检查他们的设计,这些测量数据随后被绘制成图表并用作数据。回到教室,学生们拿出他们的冰容器,测量液体的毫米数,看看有多少水已经融化了。作为一个班级,学生们分享他们的设计挑战,调查哪些材料是最好的绝缘体。


6.计算思维。学生使用技术来制定和分析问题及其解决方案,抽象地推理,并通过算法思维使过程自动化。


案例学校:South Side Elementary School
在South Side Elementary School,STEM教育包括计算思维,从幼儿园开始,一直持续到五年级。例如,在二年级,学生参与一个编码活动来说明蝴蝶的生命周期。年长的学生创造机器人或其他机器,这一活动要求他们在解决设计中的问题时进行计算和程序思维训练。通过处理他们的编码错误,学生们开始理解计算思维包括不断的尝试和错误,坚持错误或失败是过程中的一个重要部分。教师重视编码活动,因为它与数学和工程设计过程有关,也因为它教会学生如何向他人解释自己的推理和思考。


7.基于项目的跨学科学习。学生在整合多个STEM领域(例如科学和数学)的基于项目或挑战的真实学习活动中使用数字技术工具。


案例学校:Henrietta Lacks Health and Bioscience High School
Henrietta Lacks Health and Bioscience High School为学生提供跨学科项目,或挑战为基础的学习,通过一个项目,学生了解防晒霜中的化学物质及其对环境的影响。这项挑战首先要建立一种分子模型,这种分子常见于包括防晒霜在内的非处方药中。通过他们的研究,学生们了解到某些化合物如氧苯酮对珊瑚礁和皮肤有害。在他们的调查中,学生使用真实和免费的化学信息PubChem数据库和3D交互式化学结构模型。为了达到最终效果,学生们制作了一个项目海报和一个防晒手册形式的公共信息。学生们向全班同学展示他们的研究成果,并描述防晒霜中的活性成分如何影响珊瑚礁系统和人类健康。


8.嵌入的评估。数字评估嵌入到STEM教学中,以促使学生对其解释、模型或问题解决方案的质量进行反思。


案例学校:Pine Grove Middle School
在Pine Grove Middle School,学生们在一堂关于生物对生态系统影响的科学课上完成嵌入式评估。这一课从一个检验问题开始,即如果某些物种从食物链中被移除,会发生什么。这个问题设定了本课的背景,由学生对食物链影响的好奇心所驱动。学生们将他们的想法添加到一个协作文档中,在那里他们可以从同伴那里得到反馈。在技术的帮助下,学生可以反思和综合观点,从而形成对主题的新的或修正的理解。在本课的第二部分中,学生们关注的是如果加入某些物种,食物链会发生什么变化。学生在线提交答案,老师也可以向个别学生提供实时反馈。一名教师指出,成功使用数字技术的一个重要因素是提出有意义的问题,而不需要回答“是/否”。


9.以证据为基础的模型。学生使用技术开发基于数据和证据的模型。


案例学校:Cedars International Next Generation High School
该学校将开发基于证据的模型嵌入到项目学习课程中。教师经常让学生参与真正的设计挑战,比如如何为学校建筑增加额外的空间,这是学校面临的一个真实而紧迫的问题。学生们开始研究学校的空间,使用抽象的测量工具和代数来测量每个房间的尺寸。学生使用数据测量为现有的学校创建一个模型,然后应用他们的代数技能为新的学校设计创建另一个有更多可用的空间的模型。学生们起草平面图,并与平面设计团队分享。两个团队通过来回询问关于平面图细节的问题来进行协作。在过去做这个项目的时候,学生们用他们的手绘草图作为模型,但是这些模型传达的信息是有限的。当学生们开始使用数字技术来生成模型时,他们的产品变得更加引人注目、更加详细、更加清晰。

 

 

本文转自公众号国际与比较教育研究所,若有侵权请与我们联系。

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