陈如平《中国新样态学校探索丛书·课程美国STEM课例设计(小学卷)》- 买旧书上有路

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第1 章一年级STEM 课例/ 001
一、黑暗中的艺术品—感知世界的触觉 / 002
二、慢下来与停下来—摩擦现象的定量测定与应用 / 007
三、舌尖上的色彩—视觉、味觉的感知与创造 / 012
四、谁咬了我的柠檬蛋糕—感知世界的嗅觉 / 016
五、仔细听,咚咚响—初探振动发声的规律 / 021
六、纸造型设计—初识材料与受力 / 026
七、制作轮子—从身边现象探索本质 / 032
八、助我扬帆—你的设计实用吗 / 036

第2 章二年级STEM 课例 / 041
一、玻璃球轨道—掌控速度与时间的规律 / 042
二、光和影—寻找与控制科学现象中的定量与变量 / 047l 目录 第1 章一年级STEM 课例/ 001 一、黑暗中的艺术品—感知世界的触觉 / 002 二、慢下来与停下来—摩擦现象的定量测定与应用 / 007 三、舌尖上的色彩—视觉、味觉的感知与创造 / 012 四、谁咬了我的柠檬蛋糕—感知世界的嗅觉 / 016 五、仔细听,咚咚响—初探振动发声的规律 / 021 六、纸造型设计—初识材料与受力 / 026 七、制作轮子—从身边现象探索本质 / 032 八、助我扬帆—你的设计实用吗 / 036 第2 章二年级STEM 课例 / 041 一、玻璃球轨道—掌控速度与时间的规律 / 042 二、光和影—寻找与控制科学现象中的定量与变量 / 047 三、火山喷发—运用科学现象,发现科学规律 / 053 四、轻轨消声—设计制作消声屏障 / 058 五、外星动物—环境如何塑造生命形态 / 065 六、纸牌屋—识别边界,不断改进 / 070 七、撞上之前停下来—初探减速运动 / 075 八、隐藏自己—保护色与仿生应用 / 082 第3 章三年级STEM 课例 / 087 一、太阳科学家—对照实验的设计与实施 / 088 二、**跷跷板—平衡极限挑战 / 093 三、盒子吉他—弦的振动频率与音调 / 098 四、建造高塔—严格条件下寻找*优解 / 103 五、跨越河道—解决问题的多种思路 / 108 六、气象学家—设计并制造研究工具 / 112 七、你听我说—声音的定向传递 / 120 八、创设一个外星人故事—创造性写作 / 125 九、创造外星人物品—打破常规思考 / 130 十、遮风挡雨—材料性能测试 / 134 第4 章四年级STEM 课例 / 141 一、究竟是液体还是固体—非牛顿流体初探 / 142 二、防震高塔—地震和建筑物设计探究 / 147 三、海上航行Ⅰ—模型设计中的不断改进 / 152 四、漂浮的胡萝卜—密度变化的规律与应用 / 158 五、设计游乐场—想象并动手付诸实践 / 163 六、神奇的植物—科学实验的设计思路 / 168 七、水乳交融与油水分离—环境与人类活动的平衡 / 174 八、硬纸板自动机—初探机械和艺术的交集 / 180 第5 章五年级STEM 课例 / 185 一、纸飞机—工程技术文档写作 / 186 二、海上航行Ⅱ—力的分解与应用 / 195 三、绘制校园地图—STEM project / 201 四、桥梁悬臂—像工程师一样思考 / 206 五、去火星—探讨宇宙飞船**着陆的方法 / 212 六、设计热卖的音乐盒—人人都是产品经理 / 219 七、物竞天择 “噬”者生存—从鸟喙的功能看进化之旅 / 224 八、拯救企鹅—热传导系列课 / 231 第6 章六年级STEM 课例 / 251 一、保护鸡蛋—工程设计中的冗余与容错 / 252 二、方寸之间,稳如泰山—运动与平衡 / 257 三、风力使者—我是小创客 / 263 四、海上航行Ⅲ—创客初探 / 269 五、接骨手术—STEM X,我是医生 / 275 六、小工具与大问题—**量具的设计、制作和标定 / 281 七、信息的加密与传递—密码学初步 / 287 八、星星有多远—苍穹上的几何 / 297 附录:认知的深度等级工具简介 / 303 参考文献 / 312显示全部信息前言写给读者的话

一、本书的由来
我国基础教育偏重分科教学的现状不利于学生综合运用所学知识解决问题,不利于学生寻找学习的动机与兴趣,也不利于学生多元智力的发展。《基础教育课程改革纲要(试行)》明确指出,“改变课程结构过于强调学科本位、科目过多和缺乏整合的现状”,“设置综合课程,以适应不同地区和学**展的需求,体现课程结构的均衡性、综合性和选择性”,“加强课程内容与学生生活以及现代社会和科技发展的联系,关注学生的学习兴趣和经验”。
伴随跨学科整合课程的巨大需求,美国的 STEM 教育理念进入公众视野,并得到了中国教育界的巨大关注。但是,广泛关注的背后也存在一些问题,例如:
很多学校知道 STEM 教育理念,也知道 S、T、E、M 的含义和学科特点,但是整合课程无处获取;
很多教师只是根据自己对 STEM 的片面理解来改造现有的科学课、劳技课, 结果成了“四不像”;<div class="Section0"> 写给读者的话 <h2>一、本书的由来</h2> 我国基础教育偏重分科教学的现状不利于学生综合运用所学知识解决问题,不利于学生寻找学习的动机与兴趣,也不利于学生多元智力的发展。《基础教育课程改革纲要(试行)》明确指出,“改变课程结构过于强调学科本位、科目过多和缺乏整合的现状”,“设置综合课程,以适应不同地区和学**展的需求,体现课程结构的均衡性、综合性和选择性”,“加强课程内容与学生生活以及现代社会和科技发展的联系,关注学生的学习兴趣和经验”。 伴随跨学科整合课程的巨大需求,美国的 STEM 教育理念进入公众视野,并得到了中国教育界的巨大关注。但是,广泛关注的背后也存在一些问题,例如: <ul> <li>很多学校知道 STEM 教育理念,也知道 S、T、E、M 的含义和学科特点,但是整合课程无处获取;</li> <li>很多教师只是根据自己对 STEM 的片面理解来改造现有的科学课、劳技课, 结果成了“四不像”;</li> <li>很多学校认为 STEM 课程必须要有物态的学生成果产出,并且将结果作为唯一的评价标准;</li> <li>一些学校从社会机构购买了 STEM 课程,但是实施后发现课程及教学质量水平无法保障,并且本校教师的理念和教学水平均没有改观;</li> <li>不少人片面地以为机器人、编程、机械加工就是 STEM 课程的全部,很多做这方面课程的培训机构摇身一变,用 STEM 教育为自己打广告;</li> </ul> </div> <div class="Section1"> <ul> <li>我国的 STEM 教育没有形成合力,没有适合本国的标准,没有成体系的STEM 课程。</li> </ul> 2015 年, 美国教育联合会(American Education Federation) 常务副主席麦克·乔治先生访问中国教育科学研究院,双方共同探讨了 STEM 教育的未来和目前的这些乱象。*后大家共同决定将美国的 STEM 课程与教学实例编撰成书,帮助我国的教育工作者深入理解 STEM 教育,并为愿意尝试 STEM 教育的教师提供用于教学的课程。本书中所列的课程主题均来源于美国中小学,书中所呈现的教学流程或是我们在美国跟班听课后对课堂的再现,或是我们对美国教师的教学计划的翻译, 或是我们与美国教师共同备课后的成果产出。 <h2>二、对 STEM 的深入认识</h2> 许多了解 STEM 的教育工作者都能说出 STEM 的基本含义,即 STEM 是科学 (Science)、技术(Technology)、工程(Engineering)和数学(Mathematics)四门学科的英文首字母缩写。它是一个偏重于理工科的领域,强调多学科的交叉融合。但是人们对四门学科以哪个为主以及整合的方式方法等问题很少能说清楚。这种现象很正常,STEM 是一个新的概念,而且是一个快速发展的概念,这样的特征使得我们很难用准确而简洁的语言将其描述清楚。为了便于读者对 STEM 有更深入的认识,我们接下来探讨以下五个方面的问题。 ·**个问题:四门学科以哪个为主? 这个问题从美国 2013 年颁布的《下一代科学课程标准》(Next Generation Science Standards)中可以找到答案。《下一代科学课程标准》作为美国科学课程的专项课程标准,其重要性可与《州立共同核心标准》(Common Core State Stan- dards)比肩。这份科学课程标准从三个维度对各年级的科学教育进行了界定,即学科核心概念、科学与工程实践和跨学科思维。其中,学科核心概念相当于我们教材中的各个知识点;科学与工程实践是关于如何将所学的知识应用于现实生活、研究现象或解决问题;跨学科思维则是让学生体会学科之上的思维方式,如因果思维、结构性思考、系统化思维、模式化解决、规模比例与数量思维等。显然,《下一代科学课程标准》期望教师将学科核心理念与科学研究的内容或工程相结合,进而转化为学生的能力与素养。综上所述,问题的答案呼之欲出,四门学科要以科学或工程作为整合的核心。 </div> <div class="Section3"> ·第二个问题:科学如何整合其他学科? 这个问题的答案我们可以从科学家的故事中寻找。每一个人也许不止一次观察到高处坠物这一现象,却只有牛顿这位伟大的科学家深入研究了这一现象,并发现了万有引力。高处的物体坠落是一种自然现象,因此,科学家就是以研究现象为主要工作的人。他们研究现象,提出问题和假设,寻找变量,控制变量,进行实验, 得出规律并验证,这就是科学家的工作思路。科学就是靠这样的研究流程来整合其他学科内容的。 ·第三个问题:工程如何整合其他学科? 同样,这个问题我们可以从工程师的工作中找到答案。工程师是一个很广泛的职业类型,有 IT(互联网技术)工程师、石油工程师、航天工程师等。但是我们发现,即便是 IT 工程师,也有软件工程师和硬件工程师之分,而这两类工程师的工作存在巨大的差异。到底是什么要素使得这些来自不同行业的人都被称为工程师呢?答案显而易见,这些人都是解决问题的人,他们解决问题的思路是基本相同的,即提出问题、界定问题、制定解决方案、落实方案、落实过程中发现的新问题、再次界定问题、制定新的解决方案……直到问题彻底解决。这是一个多次循环的过程,叫作工程设计循环。工程就是靠工程设计循环来整合其他学科内容的。 ·第四个问题:技术是什么? 技术在当今社会中广泛存在,我们并不陌生。在课堂上,我们可以将技术狭义地理解为通用技术和信息技术,广义地理解为帮助教师和学生达成 STEM 课程学习任务所使用的各种实体或非实体工具,它是教师提**生信息素养的重要实现方式。 ·第五个问题:美国教师是如何理解 STEM 的? 什么样的课程是 STEM 课程?这个问题我们同许多美国教师和校长探讨过,结果发现,课程的主题并不是判断的标准,教师对 STEM 课程的理解也有狭义与广义之分。对 STEM 课程的狭义理解就是指那些体现科学研究流程或工程设计循环的整合课程,还包括由科学现象和工程问题衍生出的培养学生想象力和创造力的课程。 </div> <div class="Section4"> 对 STEM 课程的广义理解就是那些在 STEM 相关学科中设计了动手环节(动嘴、动耳都不一定动脑,但动手一定动脑),并设计了足够的或想象,或挑战,或创新,或创造的学习环节的课程(目的是让学生将所学快速转化,学以致用)都可以视为 STEM 课程。STEM 教育的目的是让更多学生对科学和工程产生浓厚兴趣,以便将来攻读 STEM 相关专业,毕业后成为相关行业的从业者。因此,从动机角度出发, 让学生有充分的兴趣是在设计 STEM 课程时必须要考虑的。 …… </div> <div class="Section6"> STEM 课程的效果取决于 STEM 教师的知识储备和跨学科整合、设计能力,同时还需要不断启发学生,使之具备开放的思路、沟通合作能力以及较强的动手能力。STEM 教育知易行难,需要我们在实践中解决问题。 在本书中,每个 STEM 主题都以教案的形式呈现,STEM 新手教师可以直接参考教学过程完成备课和讲授。在这个过程中,教师要关注以下问题。 (1) STEM 课程主题跨越多个学科,一名教师不可能做到样样精通,因此**的 STEM 教师首先是一个学习者,能够快速学习,熟悉该主题领域尽可能多的知识,同时借助互联网的资源进行资料整理和备课。所以,快速地检索、收集、整理、学习未知领域的信息,是一名** STEM 教师的**素养。 (2) 每个主题的导入是学生构建知识的基础,教师需要重视。导入内容越宽广,学生的知识构建就越有效,而这些都能够很好地反映在学生的*后产出中。 (3) 每份教案中教师的提问都是经过深思熟虑的,教师要结合认知的深度等级工具来看待每一个问题,深入体会问题属于哪一个等级,然后逐步学习自己设计高阶问题,促进学生思维发展。 (4) 每个主题至少有一个任务。对于这些任务,有的教师凭想象认为难度很大,学生不容易完成,因此在教学实践中降低难度。我们通过实际的课程实施发现,难度下降与否与学生的产出并无太大关联,因此不应随意降低任务难度。 (5) 每一个任务都会有一句简洁的语言来描述任务内容,教师要带领学生逐字逐句地审读。这和平时学科教学中的审题不同,不但要思考任务条件的限定要素, 还要得出任务条件的不限定要素,如此才能更好地完成任务。 (6) 学生对实验材料的好奇心往往是巨大的,在传统实验课上,教师不发话, 学生不能动实验器材。我们认为,堵不如疏,STEM 教师不但要尊重学生这种好奇心,而且要利用学生的好奇心带领学生仔细分析每一个任务所提供的材料的可能用途与用法。 (7) 为便于 STEM 教师对课程进行评价,本书每个主题都预制了评价量规。这种形成性的评价方式能够帮助教师对 STEM 课程实施效果进行评价,教师不能忽略评价量规。在熟悉评价量规的内容后,教师可以对其进行适当的调整,甚至可以和学生一起制定评价细节和要求。 </div> (8) 在 STEM 课程中,反思的环节至关重要。反思时不能泛泛地谈情感上的体会,而要具体地说成功的原因与需要改进之处。允许失败、允许犯错是 STEM 课程的特色,学生需要从失败中总结经验来获得未来的成功。 (9)许多主题可以重复讲授,学生再次挑战会有更多的收获。 (10) 基于东西方文化的差异与本土化的考量,一些主题内容在编辑的时候做了少许本土化的改良,教师在实际授课时可以做更多的思考与调整。 (11) 本书为了面向更广泛的学校群体,在课程选择上有所取舍,课程所使用的材料都是身边容易获得且较为廉价的,甚至是校园中、生活中的回收品,这也符合环保的理念。此外,STEM 教育是一个内涵快速发展的概念,所以本书并不能百分之百地反映 STEM 教育的全貌和各种新进展。 (12) 本书中给出的建议年级是参考年级,学校可以根据本校教师水平、学生情况酌情调整。 (13) 本书列举了一至六年级的 50 个课例,各位教师对书中 STEM 课例的学习和课堂的复现并不是*终目的,我们希望这些课例能够让教师对 STEM 教育有更深刻的理解,转变教育教学方式,促进学生的创造性学习和自身的专业发展。 编者显示全部信息媒体评论专家**:
STEM教育源于美国,得到了各国科学教育学者的普遍认同,对提升国民的科学素养、培养创新能力具有重要意义。STEM教育目前在中国发展得如火如荼。STEM教育进入中国教育体系,必须充分考虑国情,应该从课程地位与性质、主题与内容、模式与方法,以及教师队伍、教学评估、实施保障等多个方面进行全面的研究分析和调整。在STEM教育发展过程中,课程设计与实施是*为关键的。《美国STEM课例设计(小学卷)》一书系统介绍了美国小学阶段STEM课程的丰富课例,这些课例在我国教师设计、开发和实施STEM课程时可以发挥很好的借鉴作用。
——清华大学附属中学校长王殿军

人是完整的,其解决未来问题的能力是综合的。而当下教育却过于偏重于单一的、碎片的,以单一学科知识为主体。运用学科属性,并采取“学科 ”或跨学科、消弭学科的学习及实践,整合数学、科学、工程、技术等,能促进人综合能力的提升。专家**: <div></div> <div> STEM教育源于美国,得到了各国科学教育学者的普遍认同,对提升国民的科学素养、培养创新能力具有重要意义。STEM教育目前在中国发展得如火如荼。STEM教育进入中国教育体系,必须充分考虑国情,应该从课程地位与性质、主题与内容、模式与方法,以及教师队伍、教学评估、实施保障等多个方面进行全面的研究分析和调整。在STEM教育发展过程中,课程设计与实施是*为关键的。《美国STEM课例设计(小学卷)》一书系统介绍了美国小学阶段STEM课程的丰富课例,这些课例在我国教师设计、开发和实施STEM课程时可以发挥很好的借鉴作用。 ——清华大学附属中学校长王殿军 人是完整的,其解决未来问题的能力是综合的。而当下教育却过于偏重于单一的、碎片的,以单一学科知识为主体。运用学科属性,并采取“学科 ”或跨学科、消弭学科的学习及实践,整合数学、科学、工程、技术等,能促进人综合能力的提升。 本书向我们展现的STEM课例,以主题为**,以现实生活中学生感兴趣的真实问题为载体,在问题解决中融合不同学科的内容,旨在培养学生系统地、综合地看待问题、解决问题的能力。这些案例能够启迪本土化的实践,特别是在如何设计跨学科主题、如何引导学生设计方案、如何促进学生合作探究、如何进行表现性评价等方面具有很好的实践指导意义。 我们有理由相信,中国的STEM课程将在发扬原有基础教育的优势上锦上添花,为培养祖国未来有理想、有本领、有担当的时代新人注入新能量。 ——清华大学附属小学校长窦桂梅 在关注核心素养的今天,STEM的重要意义毋庸置疑。从理念认同到实践操作,需要鲜活案例的支撑。这50个来自美国的STEM案例,为我们提供了直接的参考。从丰富到严谨,从借鉴到创新,我们一起为中国STEM而努力。 ——浙江省杭州市时代小学校长唐彩斌 </div>显示全部信息免费在线读

一、黑暗中的艺术品
—感知世界的触觉

★ 课程背景与目标相对于其他感觉,触觉是很容易被忽视的一种感觉,但是很多特殊情形需要使用触觉,许多特殊的群体也依赖触觉,如进行攀岩和石窟探险的探险家、盲人等。此外,由于触觉独特的特点,不同的人对于同样的物体、同一个人对于不同的物体的感知差异性很大,尤其是在准确性和记忆性方面。事实上,触觉是不断进化的生物从祖先那里延续下来的一种古老的知觉。触觉往往是动物重要的定位手段,这可从被除掉触须的猫和老鼠的莽撞行为中看出来,可见对于这两种哺乳动物来说触觉极其重要。而主要以触觉来认识生活环境及其变化的动物(如丝蚓)称为触觉动物。在蜜蜂通过蜂舞报告蜜源的距离和方向中,触觉刺激也是主要因素。了解触觉,不仅对于了解人类本身有极大的作用,而且对于了解整个生态也是十分必要的。
本课程通过让一年级学生了解触觉和以触觉为主的思维,启迪学**展感知力与感悟力,了解多种感官的运用与表达。从触觉出发,本课程要求学**挥想象力创造触觉所能涵盖和表达的艺术品,在动手实践中深入感受和理解。
★ 课程领域工程、物理、生物、艺术。
★ 建议年级一年级。

★ 建议时间120 分钟。
★ 课程任务引导学生认识和感知触觉,学习触觉与感受的关系,比较二者的异同;激发学生关注现象、学习科学的兴趣;引导学生尝**语言文字描述触觉,并使用相关材料制作盲文及人脸模型,培养艺术创意。
★ 教学过程一、导入(15 分钟)

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