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2020年第五屆“STEM+創新教育學術交流研討會”在北京懷柔順利召開


  2020年12月13日,由北京師范大學科學教育研究院和北京師范大學未來教育高精尖創新中心聯合主辦的為期兩天的第五屆“STEM+創新教育學術交流研討會”在北京懷柔圓滿落幕。“STEM+創新教育學術交流研討會”從2016年開始舉辦,初衷是打造一個優質的資源平臺和分享平臺,選拔一批優秀的STEM+創新教育成果,支持一線教師的參與、分享與學習,從而促進中國STEM+教育的良性可持續發展。會議以“活動設計*課程研發*創新分享”為主旨,進行STEM+教育理論及實踐成果的交流與分享。

  本次會議采用線下參會與線上直播相結合的方式進行。開幕式由北京師范大學教育學部吳娟副教授主持。北京師范大學科學教育研究院院長、教育學部鄭永和教授和北京師范大學教育技術學院副院長傅騫副教授進行會議致辭,分別表達了STEM+教育對促進中國青少年核心素質發展的重要性,并祝愿會議成功舉行。

  

  圖1 吳娟副教授主持開幕式

 

  

  圖2 鄭永和教授致辭

  

  

圖3 傅騫副教授致辭

  開幕式之后,鄭永和教授、馬寧副教授、魏銳教授和黃建輝博士分別作了主題報告。報告主題既有對科學教育頂層政策的深遠思考、對先進教育理論的重新解讀,也有對創新實踐的經驗分享、對方法模型的探究摸索,讓聽眾對STEM教育、科學教育、人工智能教育等教育熱點都有了更深入的理解與認識。

  專家報告一:新時代背景下科學教育發展戰略的若干思考|鄭永和

  鄭永和教授從新時代科學教育發展這一角度入手,首先明確了科學教育在科技強國建設中的重大責任與使命——培養具備創新能力的科技人才,培養具備基本科學素養的現代社會公民。鄭教授指出,我國科學教育面臨很多發展機遇與挑戰,我們需要加強理論引領、夯實科學思想基礎,以新課程為載體,以新技術為工具迎接這些機遇與挑戰,加強對科學職業的研究,積極推動科學教育由重知識技能向重行動力提升的轉變。鄭教授對我國科學教育現狀做出了非常深入的現實思考,在正視我國科學教育存在問題的同時,也給出了有建設性的發展建議,例如建立“科技專家+科技教師”這樣的雙師模式,要積極推動前沿科學成果向教育實踐轉化,要加強推進國家科技計劃、大科學工程、科學基金項目與科普的對接機制研究,加強家庭科學教育等。鄭教授對我國新時代背景下科學教育發展的思考可謂深遠且全面,其報告對科學教育工作者加強對我國科學教育的全局認識有巨大的啟發意義。

  

  圖4 鄭永和教授作“新時代科學教育發展的若干思考”主題報告

  專家報告二:證據導向的STEM教學模式研究|馬 寧

  北京師范大學馬寧副教授首先向我們介紹了國內外STEM領域的發展情況,比如芬蘭開設的“主題情景式”或“基于現象的”多學科學習課程、英國設立的STEMNET組織以及白宮和美國STEM教育委員會聯合發布的《制定成功路線:美國STEM教育戰略》,這部分的分享從國際視野上向我們展示了國際STEM教育的發展情況。接下來,馬老師重點介紹了證據導向的STEM教學模式。證據導向的STEM教學模式注重STEM課堂上問題或項目中所包含的學科知識內在聯系,關注學生在解決問題和完成任務過程中的認知活動,強調對學習過程中一切證據的收集和利用,重視教學活動中發展性、診斷性評估方式的開展,以提高學生對知識的理解水平,發展其核心素養和關鍵能力。然后,馬老師介紹了幾個常用的科學論證模型如圖爾敏論證模型、CRE論證模型、PCRR論證模型,這些模型可以為證據導向的STEM教學提供支持。最后,馬老師介紹了基于設計的學習模式,每一個學習階段自成一個學習環,一系列學習環形成一個循環上升的趨勢。馬老師的報告既有理論的優越性,又有接地氣的可實施性,為大家更好地開展STEM教學提供了一個發展方向。

  

  

圖5 馬寧副教授作“證據導向的STEM教學模式”主題報告

  專家報告三:項目式課程開發的探索與反思|魏銳

  北京師范大學魏銳教授分享的“項目式課程開發的探索與反思”主題報告以化學學科為例,向我們展示了課程項目設計系統架構。在完成化學教材的編寫過程中,魏老師進行了積極的探索與反思,并總結成為以下幾點:從“基于經驗和智慧的課程開發”到“基于標準規則的課程開發”、從“領域思路方法”到“一般思路方法”、從“真實產品”到“多元產品”再到“學生發展產品”、從“自主研發”到“開放參與”再到“基于互聯網+標準規則的研究社群”,在展開闡述每一個探索時,魏老師都通過具體案例來說明,不時蹦出的妙語也常常引得聽眾喝彩。魏老師的報告,雖然是圍繞化學這一具體學科展開的,但正如他自己所說,希望能將對化學學科中項目式課程的有效探索在未來推廣到更多的學科領域中。相信我們未來能看到更多優秀的學科項目式學習案例和教材。

  

  

圖6 魏銳教授作“項目式課程開發的探索與反思”主題報告

  專家報告四:面向科普的人工智能教育活動設計|黃建輝

  中科院計算所專項技術研究中心高級工程師黃建輝博士從自己的專業背景出發,分享了“面向科普的人工智能教育活動設計”專題報告。黃博士指出人工智能對于提高學生的未來素養至關重要。他講到顛覆性的技術變革對社會發展有巨大的影響,比如蒸汽機改變了人們對勞動的概念;電報改變了人們對距離的概念;網絡改變了人們對世界的概念。因此,人工智能進入教育領域,也很大概率會為教育帶來新的活力與契機。人工智能可以給人類帶來四大助力:內省、突破、矯正、延伸。其中“內省”的意思是強智能的實現仍然有賴于對人腦研究的突破,倒逼人類探究大腦的內部機制,而后面三個助力則是人工智能技術突破人腦限制、幫助人類矯正和延伸大腦的能力。小學階段是建立人工智能母語思維的最好階段,因此人工智能科普至關重要。最后,黃博士向我們展示了一個人工智能科普的教育活動設計案例,從計算機組成開始,到發問人工智能和人的區別,再到對未來人工智能的想象,最終建立起學生對于人工智能的初印象以及學生對于人工智能研究的興趣。黃老師的介紹,讓我們認識到了人工智能對教育的重要性——人工智能不僅僅面向技術,還面向教育的未來。

  

  

圖7 黃建輝博士作“面向科普的人工智能教育活動設計”主題報告

  

  在專家報告之后,是特邀報告環節,共有十四位特邀代表進行了分享報告。

  中國科學技術館展覽教育中心實驗活動部副主任、高級工程師李志忠老師就“基于科技館資源的STEM教育探索與實踐”這一主題進行了分享。李老師的分享從科技館的教育活動概要和科技館里的科學課這兩部分展開。首先,李老師圍繞中國科技館,介紹了四種教育空間:主題展廳、科學表演劇場/工作坊、科普活動室/實驗室以及特效影院,并介紹了三種主要教育活動:展項輔導、科學表演、科普劇。接下來,他重點介紹了中科館開發的科普課程,具體包括確定課程定位、建立教育資源與課標的對照、建立課程內容框架、明確課程開發環節、確立課程資源形式、進行課程實施等。李老師從自己的工作經驗出發,對科技館中的STEM教育實踐進行了分享,對科學教育工作者的教學實踐具有很強的借鑒意義。

  

  

圖8 李志忠老師作“基于科技館資源的STEM教育探索與實踐”主題報告

  北京市海淀區教師進修學校創新教育研究中心副主任、化學高級教師陳詠梅老師就“區域特色STEM課程開發探索”這一主題進行了分享。在實踐工作中陳老師總結出區域STEM教育遇到的挑戰,如教師開發跨學科課程的困難、學校STEM教育工作機制不夠、教師專業發展保障性不夠等問題。接下來,陳老師以“月球基地/空間站能源系統設計”為實例進行了課程設計方案的分享。陳老師強調課程設計要從具體問題出發,進而發展到學科關鍵概念,再到跨學科概念,最后到大概念,從而將科學研究中得到的知識運用于工程與技術,最終解決實際問題。整個課程還考慮到了小學、初中等不同學習階段與科學知識復雜程度的對應關系,體現了課程的體系化、進階性。陳老師的案例分享為科學課程知識的分解優化與設計提供了借鑒。

  

  

圖9 陳詠梅老師作“區域特色STEM課程開發探索”主題報告

  懷柔區學生活動管理中心科技主管楊海艦老師就“依托STEM的人工智能教育區域實踐”這一主題進行了分享。他強調了STEM教育對思維能力培養的重要性,提倡以成就感驅動的、發自內在的建構主義教育,以面向未來高層次人才素質模型為導向,鍛煉學生抽象邏輯思維、培養解決問題能力及自我學習能力。接下來,他介紹了懷柔區“萬千百英才計劃”,該計劃為全區的中小學生提供免費學習編程的機會,采用“動畫+真人視頻講解”的形式展開課程,推動懷柔區少兒編程教育深化普及的進程。

  

  

圖10 楊海艦老師作“依托STEM的人工智能教育區域實踐”主題報告

  首都師范大學教育學院副教授、北京師范大學教育技術學博士陳鵬老師就“設計思維在STEM課程設計中的應用”這一主題進行了分享。陳老師認為設計思維是一種以人為本的創新方式,我們要像設計師那樣思考并實踐。接下來,陳老師提出了基于設計思維的STEM課程教學過程框架,包括問題提出、探究主題、設計實踐、反饋評價四大方面。陳老師將設計思維融入了STEM課程,為STEM課程設計提供了新思路。

  

  

圖11 陳鵬老師作“設計思維在STEM課程設計中的應用”主題報告

  天津英華國際學校信息技術教師高楊老師采用線上視頻介紹的形式就“兒童創客探究項目:掃地機器人”這一主題進行了案例分享。這個項目共研發6課時,在第1和第2課時中,學生利用周末思考《我的智能小家》,并對其進行設計,第3課時至第6課時分別為《掃地機器人-避障功能》、《掃地機器人-清掃功能》、《掃地機器人2.0-優化清掃路線》和《掃地機器人3.0-超聲波傳感器改良》。高老師就第3課時進行了詳細的介紹,包括學情分析、教學目標、教學重難點,并展開介紹了教學過程。如此循序漸進、層層鋪墊的課程設計與教學實施,讓學生將編程知識付諸實踐,切實體驗到作為一名創客進行創造的快樂。

  

  

圖12 高楊老師作“兒童創客探究項目:掃地機器人”主題報告

  北京市朝陽區青少年活動中心科技制作發明項目教師、區教研組長殷國程老師就“‘捆支架’系列校本課程的開發與反思”這一主題進行了案例分享。殷老師在現場演示了利用一次性筷子和橡皮筋搭建三角形、四面體、八面體、三棱錐和三棱柱的方法,并在過程中介紹了學生思維轉變的過程。接下來,殷老師演示了投石機的操作過程,引發了現場觀眾的陣陣掌聲。最后,殷老師重點介紹了自己設計的捆支架課程體系,主要包括摩天大樓、基本結構捆扎、制作五連發皮筋槍、正八面體捆、制作投石機、承重支架比賽和“終極結構”探究七個部分。這一系列課程的實施有利于學生發展創新思維、空間能力以及動手搭建能力。殷老師創新的課程設計為我們開展更具有普適性、趣味性和工程性的課程教學提供了一種新思路。

  

  

圖13 殷國程老師作“‘捆支架’系列校本課程的開發與反思”主題報告

  北京市八一學校高中生物教研組組長、北京市海淀區生物學科帶頭人原牡丹老師就“項目式學習案例開發過程中核心內容的迭代與發展”這一主題進行了分享。首先,楊老師向我們介紹了八一學校的課程體系:專業方向類課程、科技素養類課程和通識教育類課程。接下來,原老師通過對生物課案例的剖析向我們展示了項目式學習案例開發過程中核心內容的迭代過程。在本項目中,迭代共分為三輪,第一輪實施主題為“星球移民——探索神奇的生命世界”,第二輪實施主題為“食物供給及循環利用”,第三輪實施主題為“食物供給及循環利用系統構建”。項目的每一輪迭代實施,都是在前一輪的基礎上進行的,主題名稱的變化也是由對課程的更深入理解而發生的。原老師滿懷激情地向我們分享了課程設計與發展經驗,并對厘清概念、建立教師組學習制度、將概念化設計轉變為基于概念化的精準可實踐操作設計、加強課程設計中的工程實踐等問題進行了深入的反思,為我們開展將學科教學與工程設計進行整合的實踐提供了一個出色的參考案例。

  

  

圖14 原牡丹老師作“項目式學習案例開發過程中核心內容的迭代與發展”主題報告

  北京第八十中學睿實分校校長、中學高級教師王彤校長就“基于STEM理念與學校特色的本土化課程建設實踐”這一主題進行了分享。王校長強調了學校STEM項目的實施要求,具體包括:項目主導、跨學科整合、基于真實問題解決、創新思維提升人文素養,再基于以上要求構建多元課程體系,從而實現培養科技創新型人才的目標。從教育管理的角度,王校長認為在學校開展STEM教育,其核心在于教與學方式的變革。在這一過程中,王校長也帶領她的團隊與校外優秀創客團隊進行交流,并展開了STEM主題本土化校本課程研發。王校長及其團隊在本土化STEM課程建設實踐方面的經驗為我們提供了很好的借鑒。

  

  

圖15 王彤老師作“基于STEM理念與學校特色的本土化課程建設實踐”主題報告

  中國兒童中心科技創客中心主任、中國兒童中心優秀教師孫怡然老師就“從一棵樹窺探一片森林——木工創客探索”這一主題進行了分享。孫老師認為教育源于生活,高于生活,歸于生活。STEM跨學科主題應該源于真實生活需求,課程方向應將4C核心素養和五育融入學科課程設計,在評價方面以教育心理學理論為基礎形成生態評價體系,從而促進學生的自我成長。在實踐分享中,孫老師主要分享了兩方面的經驗,一方面是課程體系分析,課程在深度上采用螺旋上升的形式迭代升級課程,在寬度上采用“三天極客”的形式拓寬知識維度,在厚度上利用主題綜合社會實踐活動提高學生的綜合能力;另一方面是評價體系建立,以觀察日記、學生作品、學習手冊、成長視頻集以及一臺兒童戲劇的形式,建立起教師評價、學生評價的綜合評價系統。孫老師分享的整個課程設計和評價體系為在科技場館中開發塑造學生自我成長的系列課程提供了范例。

  

  

圖16 孫怡然老師作“從一棵樹窺探一片森林——木工創客探索”主題報告

  北京科學中心交流合作部副部長吳倩雯老師就“基于‘小球大世界’展項資源的教育活動開發與實踐”這一主題進行了分享。首先,吳老師從整體上介紹了北京科學中心的主展及相關課程活動。接下來,吳老師圍繞 “小球大世界”主題展教區內容進行了詳細的介紹。“小球大世界”展項是美國國家大氣與海洋管理局(NOAA)研發的球面科學展示系統,展教區于2019年10月正式面向公眾開放,目前開展了特色影片播放、專家講座、科學課程、特色活動、科普劇等多項活動,讓公眾參加基于小球資源的科學探究、探索“小球+主展廳”、“小球+比賽”、“小球+科普劇”等多種活動。吳老師分享的案例為開展基于主題的科普活動提供了良好的經驗。

  

  

  

圖17 吳倩雯老師作“基于‘小球大世界’展項資源的教育活動開發與實踐”主題報告

  北京市懷柔區第三小學副校長、高級教師趙艷芳老師就“基于STEM理念的實際問題解決——智慧排隊系統”這一主題進行了分享。首先,趙校長對STEM教育提出了自己的認識,認為STEM是一種多學科融合的、強調動手實踐、自主創造和邏輯思維的教育理念或課程形態;接下來,趙校長立足懷柔科學城定位,進行了智慧排隊系統的項目分享, 探索以問題解決為目標的STEAM課程。該項目設計的目標是為了讓孩子們自己創建智慧校園,整個方案的設計過程為:問題——假設——計劃、設計——實驗、制作——測試——觀察記錄——分析修改——表達分享。教學實施的效果顯示,讓學生參與設計智慧排隊系統鍛煉了學生的數學計算能力、系統規劃能力、編程能力以及其他非認知能力的發展。趙校長為我們分享的STEM案例源于現實生活需求,充分發揮學生在問題解決中的創造力,為我們思考如何開展基于現實問題的項目式學習提供了很有趣且很有意義的經驗。

  

  

圖18 趙艷芳老師作“基于STEM理念的實際問題解決——智慧排隊系統”主題報告

  北京市陳經綸中學高級教師、技術教研組組長楊秋靜老師就“讓地鐵更聰明——高中技術課程中的STEM教育實踐”這一主題進行了分享。陳經綸中學對創新能力的培養主要分為三個階段:初級階段提高物化能力,中級階段培養理性的創新構思能力,高級階段培養自主發現問題并進行創新設計制作的能力。“讓地鐵更聰明”是一個典型的創新設計項目,圍繞該主題,可以很自然地融入物理、數學、技術、工程等學科知識技能。整個項目有10個課時,具體環節包括明確任務思考方案、進行電路設計、進行程序設計、設計車體、打印并組裝、展示與總結,最終完成一個可以檢測地鐵各車廂乘客分布的作品原型。楊老師的案例分享為“用技術創新解決生活中的問題”做了一個很好的注解。

  

  

圖19 楊秋靜老師作“讓地鐵更聰明——高中技術課程中的STEM教育實踐”主題報告

  北京四中通用技術老師黃振就“投籃機——融入STEM理念的通用技術控制與設計”這一主題進行了分享。首先,黃老師娓娓道來了“投籃機”這一項目的產生過程,然后對如何設計實施這一項目展開介紹。“投籃機”項目是一個很典型的創客項目,需要單片機編程、造型原型設計、瓦楞紙拼接等技術支持,而且涉及到對系統的基本認識。通過這一項目,黃老師不僅成功吸引到學生積極選修該課程,而且還將學生的設計成果在學校展示,讓大家共同體驗創新與游戲的快樂。由“投籃機”出發,黃老師又進一步為學生布置了其他以游樂設施為主題的綜合項目。黃老師的分享對教師如何進行項目選擇、如何開展教師引導、如何進行教學實施都有很強的啟發意義。

  

  

圖20 黃振老師作“投籃機——融入STEM理念的通用技術控制與設計”主題報告

  北京師范大學米思齊團隊的劉鵬飛老師就“面向普適創客教育的‘六創’課程開發”這一主題進行了分享。劉老師從“普適性創客教育”的視角出發,向我們重點介紹了“六創”課程體系。“六創”課程涵蓋了當前主流的創客教育多種課程載體,具體包括創意搭建、創意電子、創意機器、創意編程、創意設計、創意思維,從創新思維培養,到創新技能提升,全方面、多層次、各年段覆蓋,是開展創客教育的完整課程體系。“六創”課程對標中小學的通用技術、信息技術等相關課程標準,滿足不同年段的課程開設需求,具有興趣小組、校本課程、選修課程、必修課程這樣遞進發展的實施方式,為我國中小學開設創客課程提供了一套很普適的創客課程方案。

  

  

圖21 劉鵬飛老師作“面向普適創客教育的‘六創’課程開發”主題報告

  

  各位專家老師結合自己的理論認識與教學實踐,圍繞STEM+教育進行課程設計與教學實施的經驗總結,在報告分享過程中與在場的觀眾進行面對面的分享與交流,使得大家對STEM+教育有了更深刻的認識,打開了教育工作者對“STEM+教育與基礎學科如何雙向融合”的思維,也為我們對重新審視STEM+教育實踐產生了思考。

  

  

圖22-23 現場觀眾提問

 

  圖24 陳詠梅老師回答現場提問

 

  

  圖25 中場休息時的互動交流

  圖26 為特邀報告老師頒發證書

  STEM+創新教育學術交流研討會舉辦至今,教育專家與各界同仁一起積累和分享了大量的STEM+教育創新成果。在未來的路上,大會將繼續走在STEM+教育道路的前沿,引領示范新時代中國科學教育的蓬勃發展,不斷為STEM+教育與各基礎學科融合做出貢獻。

  

  圖27 會議合影

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