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STEAM课程案例(4)创造型

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发表于 2018-8-10 11:39:16 |显示全部楼层
创造STEAM教育【情境引入
创造型STEM教育应用的目标是完成一个创新物品的设计和制造,虽然非物化作品的设计也在创新这列,但考虑到成果验证的方便性,STEM教育中的创新以物化成果为主。创新来自于生活中的问题,所以教师需要引入极具吸引力的情境激发学习者从中寻找需求并明确创造方向。
【创新引导
当学习者有了明确的目标以后,教师需要从两方面对学习者的创新进行引导,一方面是创新的方向,教师需要根据学习者确定的创新物化目标提供可行的创新方向和思路的指导,具体的创造行为由学习者完成;另一方面则是创新的可行性,教师需要对学习者的创新目标进行可行性分析,防止学习者设定一个在当前条件下无法实现的创新目标。
【协同设计
当学习者有了切实可行的创造目标以后,就可以采用小组协作的方式,让每个成员从自己的专业背景出发,完成作品的结构、机械、电子、传动、外观、动力、人机交互等方面的设计,并进行必要的评估,设计—评估—再设计是一个迭代过程,直到得到一个大家都认可的设计方案为止。
【制造验证
有了详细的设计方案以后,学习者就可以开始进行作品的实际制造过程,考虑到设计和制造之间的差异性,一旦在制造过程中出现无法解决的问题,学习者必须回到步骤3进行设计的修改。
【应用改进
当完成了创新作品的制造以后,学生就可以把它放到现实的环境中进行有效性的验证,包括自身功能和用户体验两方面,并形成改进意见,必要时重新回到步骤3开始新一轮的设计过程。
【分享反思
当学习者完成了自己认可的创新作品以后,教师需要鼓励学习者进行必要的产品文稿设计和展示包装,并进行充分地作品分享,通过分享让学习者喜欢上创新,同时通过分享中的观众交互,反思作品的进一步改进。

案例一
澳大利亚昆士兰科技大学教育学院Lyn D EnglishDonna T King对工程设计中的STEM学习做了一个纵向研究,选取昆士兰2所私立小学和3所州立小学,对四年级的学生实施培养学生航空航天领域问题解决能力的STEM课程,为老师提供详细的课程手册,包括额外的网络资源,为学生提供工作手册,让学生独立完成任务。课程是从三个水平进行的:
第一个阶段是学习航空航天工程和航空动力学的知识,包括认识飞机的结构、学习流体力学原理、探究影响飞机飞行的影响因素;
第二个阶段是选择合适的制作材料,使用恰当的测量方法和材料折叠的方法,使用工程设计软件,绘制2D飞机图纸或者设计一个3D飞机模型(注:根据学生个人能力和学习水平,可以设计不同复杂程度的作品),该阶段遇到的问题比较多样,包括飞机材料、形状、尺寸的确定,飞行性能的好坏等,需要学生综合运用数学、物理和工程的知识和技能解决问题,然后对初步设计的飞机进行测试,与教师、同学交流想法和改进意见,从而改进设计;
第三个阶段是对初步设计进行优化,再测试,直到产出满意的作品,最后给出飞机的设计过程的书面说明和详细的计算过程。
研究结果显示,通过一系列STEM课程的学习,学生可以完成初步的设计,并进行较为复杂的再设计飞机模型,而且学生在第二阶段和第三阶段频繁地使用了数学思维和工程思维,能够将相关的数学知识和科学知识应用到航空工程设计中来,为飞机的飞行提出可行性的建议。
案例
EiE(Engineering is Elementary)项目是波士顿科学博物馆创办的项目,其目的是培养孩子们的工程和技术素养,EiE课程实现了工程、技术和科学的充分融合,是典型的STEM教育。现以《一个惊人的想法:报警电路的设计》的EiE单元课程为例进行分析。
该课程单元涉及的学科领域包括物理学和工程学,
面向的是3-5年级的学生,
课程设计如下:
该单元共有5节课,在准备课中认识什么是技术和工程师(不算在正式课程中)
第一节课,情境导入,让学生阅读关于Emily报警器的故事,引起学生的好奇心和进一步探索的兴趣,使学生初步了解工程设计的内容;
第二节课,学习电的基本知识,主要是理解和掌握导体、绝缘体、电压、电流等科学概念,认识常见的电力技术,认识电能作为一种人类生活广泛使用的能源对人类社会的重要应用;
第三节课,结合前面学的基本电学知识,进一步学习电路,先是认识电路的构成,其次学习画简单的电路图,然后学习不同结构的电路图的工作原理,最后构建一个电路原理图;
第四节课,设计一个报警电路系统,运用工程设计过程设计报警系统,画出满足要求的电路图,并阐明该电路的工作原理,然后在初步设计的基础上与教师和同学讨论和提问,设想不同的解决方案,进而完善第一阶段的报警电路系统设计;
第五节课是能力提升课,利用“设计报警系统”这一主题将前四节课所学的内容贯穿起来,综合之前所学的物理学知识和工程设计理念,进行报警系统的工程设计,全方位检验了学生的学习效果。
纵观这一课程单元,前四节课属于基础课,逐步向学生传递知识信息和训练基本技能。EiE课程的特点是持续时间比较短,适合低龄的学生学习,通过提供教学支架或加入较短的活动来充实课程内容。每个单元由多节课组成,每节课之间彼此相连,课堂上提供学生头脑风暴的机会,训练学生的思维能力,而且重视课堂管理和使用教学策略,帮助学生掌握优化变量、解释数据等技能

案例
世界在运动项目课程依托美国国家标准,通过设计与学龄学生相适应的教学活动,将科学、技术、工程和数学带入生活。
该项目面向的是K-8阶段的学生。
AWIM项目挑战赛,由几个不同的活动组成,项目提供
Ø 课程主题、
Ø 简单的课程计划、
Ø 教师手册、
Ø 故事书
Ø 配套工具。
AWIM项目的设计主要包括以下几个阶段:
Ø 确定挑战目标、
Ø 建构知识、
Ø 设计任务、
Ø 建造和测试、
Ø 再设计、
Ø 呈现作品。
具体而言,确定挑战目标是在给定的虚拟情境中确定待解决的问题或任务;建构知识是学生建构解决问题所需要的知识和技能;设计是学生通过小组合作设计他们自己的玩具以满足情境提出的要求;建造和测试是学生团队建造作品,并测试他们的设计是否符合要求;再设计是根据测试结果和师生交流的意见对初期设计的作品进行修改完善,呈现是将最终设计的成果展示给大家。
《油回收船的设计》
油回收船挑战将教师、学生及行业志愿者聚集起来共同在物理科学中探索,挑战过程还将应用到数学和科学的概念和技能。
Ø 第一课,学生被引入一个挑战的情境,收到一个虚构的玩具公司向他们发出的挑战——设计油回收船,然后他们将看到一个分离器原型;
Ø 第二课学生加入设计团队,通过三步打造一个分离器。首先,他们使用分离器赫尔模型和指令建造船体,然后使用回形针支撑船体起航,最后在分离器上安装桅杆;
Ø 第三节课设计油回收船的外观,需要确定形状和面积;
Ø 第四节课分享初步设计成果;
Ø 第五节课对设计好的分离器进行测试;
Ø 第六节课测试油回收船;
Ø 第七节课学生就测试的结果分析讨论,制作反映结果的图表;
Ø 第八节课重新设计油回收船,满足分离器和帆的性能要求。
学生在完成任务挑战的过程中,就不断强化了运用工程的方法解决实际问题的能力。

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