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科学《STEM教师培训中的收获与困惑》

  • 发布时间：2016-02-23 13:18
  • 作者：刘佳
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STEM教师培训中的收获和困惑
南京师范大学附属小学   刘佳
STEM教育是科学、技术、工程、数学教育的统称，出现于上世纪八十年代末的美国大学校园，是美国为了巩固自己的世界科技、工程、经济霸主地位所实施的具有战略意义的教育措施。在科学界和教育界的共同努力下，STEM教育于本世纪初逐渐走入基础教育，特别是2010年前后成为以美国、英国为代表的国际科学与技术教育新兴的教育实践和研究范式的主流，旨在培养适应社会经济发展的创新型人才。
教师是影响教育质量的关键因素，教师水平的高低对学生的学业成绩和职业取向具有很大影响。好的教师能够激发和鼓励学生不断创新，并为实现目标而努力。一项教育改革计划的成果好坏取决于教学实际的执行者教师，更取决于国家吸引优秀教师并对其进行培养的能力。因此，提高STEM教育的重要途径是培养优秀、足够的STEM教师。由于在研究生阶段对于美国STEM教育的现状与发展趋势有所了解，故而参加了东南大学“做中学”项目教学中心、汉博教育培训中心组织的南京市星光基地特色示范学校STEM专项培训和南京市“做中学”教师工作坊的多次STEM培训。当我走进STEM培训，我被这种崭新的培训模式深深地吸引了，让我心底一动，如果孩子的课堂也是这样的形式该多好啊！可在欣喜之时，心底又有一丝隐隐的担忧，可是担忧哪些又说不清楚，所以心里尽是喜欢这样的培训形式，更想着要是能把这种形式放到课堂上，孩子们肯定会喜欢的。
从科学与技术教育专业毕业，我很庆幸能有机会走上科学教育的讲台，当看到我的周围有那么多经验丰富、为推进STEM教育全身投入的前辈们和专家们，我感到十分荣幸能够加入这样一个集体。他们执着钻研的精神让我这个刚踏上工作岗位的年轻人受到很大的鼓舞和激励，更要为STEM教育发挥出自己的热情和力量。
1 STEM教师培训中的收获
1.1   前瞻性课题打开教学新视野
前瞻性是指培训项目的先进性问题，要求该项目能促进职业的进一步发展，体现专业成长的方向性和可持续的发展观。美国科学理事会的研究报告中提出对未来人力资源的要求：具有创造性的解决问题的能力，综合的沟通能力，具有良好的适应性，自我管理的能力，个人发展的能力，系统思维的能力。对比中国基础教育的数理化课程和美国的STEM课程，可以发现中国基础教育的理科教学是单科的，突出学科知识的系统性，强调学科知识体系和解决独立问题的能力。而STEM教育是在众多孤立的学科中建立一个新的桥梁，为学生提供整体认识世界的机会，通过把四个领域内学科知识和技能的教与学整合到一种教学范例中，使学生学习的零碎知识变成了一个互相联系的统一的整体，这样就消除了传统教学中各学科知识割裂、不利于学生综合使用解决实际问题的障碍，是一种跨学科的学习方法。STEM教育突出学生学习的兴趣性，强调的是学生掌握知识后解决实际问题的实践和创新能力的培养。在一个STEM项目的课堂上，教师往往提出一个问题，然后要求学生组成一个班级范围内的探究小组开展原创性研究。在研究过程中，学生被要求使用各种技术和方法搜集信息、证据和数据、分析数据，并设计、测试和改进一个问题的解决方案，然后与其他同伴交流研究成果、分享信息。这个看上去杂乱无章的教学情境，恰恰强调的是学生解决问题的能力、创新能力、合作与沟通的能力培养。这是两种教育模式的不同之处。毋庸置疑，STEM教育的综合性、实践性、创新性和趣味性对于培养具有解决问题的能力、创新能力、合作与沟通的能力和终身发展能力的21世纪人才发挥着重要作用，是引领基础教育改革发展的前瞻性课题。
1.2   实际操作中领悟教学本质
教师职后培训不同于在高等院校的学习，无论是教育理论还是实践项目，都要具有可操作性和可重复性，教师希望培训的内容可以立即用于自己的课堂教学，解决自己在课堂教学中的问题。当然，可操作性也是建立在科学性的基础之上，能够结合教师所在学校和学生的实际，复制教学方法。
STEM教学课堂不同于传统课堂，教师在课堂上提出一个现实问题，然后要求学生组成一个研究小组开展原创性研究。在课堂上，学生往往要经历确定问题，讨论解决方案，设计草图，建构模型，实验测试，收集数据，改进设计，展示交流等一系列环节，这是一种全新的课堂。
相应的STEM教师培训也推陈出新，其培训形式摆脱了传统讲座式培训的单调乏味，而是以一个现实问题为主线，注重在情境中学习。教师在培训中要团队合作解决一个具有科学性的现实问题。比如要制作一个长度在100-110cm之间，宽度14-15cm的桁架桥框架模型，就需要考虑桥梁的类型、桥梁的结构、桥梁的力等背景知识。如何获取这些背景知识？可以直接讲解网络搜索和查询资料的方法，但是如何从海量的信息中找到需要的、有价值的信息，这就需要科学素养和科学的方法了。既不能人云亦云，又不能怀疑一切，而是尊重科学，尊重事实。因此，在培训中不仅教授如何搜索信息，更强调科学的思维方法和科学精神。同时，参训教师在培训中经历确定设计机会、调研、讨论、设计、建构、测试、改进、展示与交流等一系列流程，通过头脑风暴、设计建模和实验测量，在团队合作的过程中，把科学、技术、工程和数学的概念融会贯通，使得培训过程趣味盎然，充满新意。教师在培训中完全以学生的角色参与活动，在解决问题的过程中可能会遇到瓶颈，比如实验结果不尽人意，甚至与小组成员发生争执，就像在实际教学中学生可能会遇到的问题一样。正是在这种实用的教学模式中，让教师一定能够在培训中吸收到对自己教学有所帮助的方法，完成角色的转换以更好地对学生教学。
1.3   评价体系多元化
STEM教师培训不仅形式新颖，评价体系也具有创新性。每次的STEM培训都会以小组为单位解决一个现实问题，相应地会有团队之间的竞争和较量。但STEM课程不同于传统课程的是，STEM课程允许多个解决方案，“不管黑猫白猫，抓到老鼠就是好猫”。因此，在STEM课程中对于每个小组的评价，往往不只以成品的成败为评价标准，而是以过程行的操作规范以及各阶段的汇报展示为评价关键。比如在一次STEM培训中，课程要求设计一架纸飞机，在弹弓的弹力下飞得越远越好。最后得分最高的小组，不是飞机飞得最远的小组，而是在设计草图，制作模型、收集数据、方案改进、汇报展示各个环节都表现出色的小组。而那些纸飞机没有飞出很远，甚至被弹弓强大的弹力破坏了纸飞机的小组，由于在介绍设计思路海报时思路清晰，想法新颖，数据详实，在最后也可以获得不错的分数。这种过程性评价避免了总结性评价的毕其功于一役，可以很好地保护学生的探究兴趣，也体现了STEM课程的特征，鼓励结果的多元化，让学生沉浸在动手探究和结果开放的探索之中。
2 STEM教师培训中的困惑
2.1   如何整合科学课程与STEM课程
STEM课程关注现实问题，以工程设计过程为引导，把科学、技术、工程、数学四个领域内的学科知识和技能整合到一个教学范例中。STEM的教学也并不是简单地将科学与工程组合起来，而是要把学生学习到的零碎的知识与机械过程转变为一个探究世界相互联系的不同侧面的过程。科学课程中大多为科—数的整合，以项目为“珠”串起科学、技术、数学与工程设计理念的珠—线整合模式较少。如在四年级《科学》中即要求学生会用描点作图方式画出热水温度变化的曲线图、用柱状图表示气温和降水量的变化；在引导学生探究运动和力的关系、遗传等问题时，教师多会集合全班测量数据找规律，建构初级模型。也有的科学课程，尤其是与物理相关的部分，本就含有一些与工程有潜在联系的内容。如在学习“形状和结构”后用纸造桥。在课程设计上，主要探究活动为逐一探究框架、拉索、拱形等结构对承重的影响。探究方式主要是假设检验，如通过测试不同拱度纸拱的承重能力，检验“拱度越大，承重越大”的假设。这样的课程对于“科学”的理解就停留在“X结构承重力强”的表层规律上，未触及各类结构为何承重不同、力在桥梁结构中是如何传递的等机制性问题。随着课程的进行，学生的目标逐渐向打造成功产品这个目标倾斜，缺少了深入机制的科学探究，因此这课内容看似是科—工整合却并未实现STEM教育的本质。那么如何在科学课程上能够实现STEM课程教学的效果，这是我现在困惑的地方。
2.2   如何在有限的教学时间内完成STEM课程
在我参与的STEM教师培训项目中，从确定研究问题开始，逐步完成查找相关知识资料，讨论解决方案，设计草图，建构模型，实验测试，收集数据，改进设计，展示与交流等一系列环节，平均一个项目要花费两小时左右的时间。在这样的时间内，仍有的环节由于时间限制没有充分展开，有的小组由于时间分配不均而草草完成任务，甚至没有完成。在有限的课堂教学时间内，若对学生讨论、实验操作的时间不加以限制，学生可以用上整节课的时间只讨论解决方案，或者进行实验改进，这正是进行科学探究必经的环节。而从课堂的角度来说是必须要控制时间的，才能保证在有限时间内完成整个教学环节，但控制时间从某种意义上来说是非科学行为。虽然我们也知道今天任何一项重要的科学成就，都来自与科学家之间、科学家与他人之间的头脑风暴，反复试验甚至是不断试错。但是如何在有限的教学时间内引导学生解决一个复杂的现实问题，是每个科学教师推行STEM课程遇到的重要难题。
以上所谈的是我在经历了STEM培训之后对STEM教育的一些收获和困惑。STEM教育是我国基础教育改革发展的必然趋势，对于培养创新型人才具有重要意义。而对于我这个刚走上工作岗位不久的年轻人，在看到STEM教育的优势的同时，我更愿意说出自己的困惑和迷茫。随着STEM教育的不断发展，我会勇敢地迎接挑战，把握每一次考验自己和提升自己的契机，让自己更快地成长起来，也真诚地希望能得到更多的专家和前辈们的指导与帮助。
参考文献
[1] 彭小芳.美国中小学STEM教师合作培养模式分析[D].中南大学,2013.
[2] 王懋功.教师培训应推陈出新[J].上海教育,2014(25):70.
[3] 唐小为,王唯真.整合STEM发展我国基础科学教育的有效路径分析[J].教育研究,2014(9):61-68.