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2020年第五届“STEM+创新教育学术交流研讨会”在北京怀柔顺利召开


  2020年12月13日,由北京师范大学科学教育研究院和北京师范大学未来教育高精尖创新中心联合主办的为期两天的第五届“STEM+创新教育学术交流研讨会”在北京怀柔圆满落幕。“STEM+创新教育学术交流研讨会”从2016年开始举办,初衷是打造一个优质的资源平台和分享平台,选拔一批优秀的STEM+创新教育成果,支持一线教师的参与、分享与学习,从而促进中国STEM+教育的良性可持续发展。会议以“活动设计*课程研发*创新分享”为主旨,进行STEM+教育理论及实践成果的交流与分享。

  本次会议采用线下参会与线上直播相结合的方式进行。开幕式由北京师范大学教育学部吴娟副教授主持。北京师范大学科学教育研究院院长、教育学部郑永和教授和北京师范大学教育技术学院副院长傅骞副教授进行会议致辞,分别表达了STEM+教育对促进中国青少年核心素质发展的重要性,并祝愿会议成功举行。

  

  图1 吴娟副教授主持开幕式

 

  

  图2 郑永和教授致辞

  

  

图3 傅骞副教授致辞

  开幕式之后,郑永和教授、马宁副教授、魏锐教授和黄建辉博士分别作了主题报告。报告主题既有对科学教育顶层政策的深远思考、对先进教育理论的重新解读,也有对创新实践的经验分享、对方法模型的探究摸索,让听众对STEM教育、科学教育、人工智能教育等教育热点都有了更深入的理解与认识。

  专家报告一:新时代背景下科学教育发展战略的若干思考|郑永和

  郑永和教授从新时代科学教育发展这一角度入手,首先明确了科学教育在科技强国建设中的重大责任与使命——培养具备创新能力的科技人才,培养具备基本科学素养的现代社会公民。郑教授指出,我国科学教育面临很多发展机遇与挑战,我们需要加强理论引领、夯实科学思想基础,以新课程为载体,以新技术为工具迎接这些机遇与挑战,加强对科学职业的研究,积极推动科学教育由重知识技能向重行动力提升的转变。郑教授对我国科学教育现状做出了非常深入的现实思考,在正视我国科学教育存在问题的同时,也给出了有建设性的发展建议,例如建立“科技专家+科技教师”这样的双师模式,要积极推动前沿科学成果向教育实践转化,要加强推进国家科技计划、大科学工程、科学基金项目与科普的对接机制研究,加强家庭科学教育等。郑教授对我国新时代背景下科学教育发展的思考可谓深远且全面,其报告对科学教育工作者加强对我国科学教育的全局认识有巨大的启发意义。

  

  图4 郑永和教授作“新时代科学教育发展的若干思考”主题报告

  专家报告二:证据导向的STEM教学模式研究|马 宁

  北京师范大学马宁副教授首先向我们介绍了国内外STEM领域的发展情况,比如芬兰开设的“主题情景式”或“基于现象的”多学科学习课程、英国设立的STEMNET组织以及白宫和美国STEM教育委员会联合发布的《制定成功路线:美国STEM教育战略》,这部分的分享从国际视野上向我们展示了国际STEM教育的发展情况。接下来,马老师重点介绍了证据导向的STEM教学模式。证据导向的STEM教学模式注重STEM课堂上问题或项目中所包含的学科知识内在联系,关注学生在解决问题和完成任务过程中的认知活动,强调对学习过程中一切证据的收集和利用,重视教学活动中发展性、诊断性评估方式的开展,以提高学生对知识的理解水平,发展其核心素养和关键能力。然后,马老师介绍了几个常用的科学论证模型如图尔敏论证模型、CRE论证模型、PCRR论证模型,这些模型可以为证据导向的STEM教学提供支持。最后,马老师介绍了基于设计的学习模式,每一个学习阶段自成一个学习环,一系列学习环形成一个循环上升的趋势。马老师的报告既有理论的优越性,又有接地气的可实施性,为大家更好地开展STEM教学提供了一个发展方向。

  

  

图5 马宁副教授作“证据导向的STEM教学模式”主题报告

  专家报告三:项目式课程开发的探索与反思|魏锐

  北京师范大学魏锐教授分享的“项目式课程开发的探索与反思”主题报告以化学学科为例,向我们展示了课程项目设计系统架构。在完成化学教材的编写过程中,魏老师进行了积极的探索与反思,并总结成为以下几点:从“基于经验和智慧的课程开发”到“基于标准规则的课程开发”、从“领域思路方法”到“一般思路方法”、从“真实产品”到“多元产品”再到“学生发展产品”、从“自主研发”到“开放参与”再到“基于互联网+标准规则的研究社群”,在展开阐述每一个探索时,魏老师都通过具体案例来说明,不时蹦出的妙语也常常引得听众喝彩。魏老师的报告,虽然是围绕化学这一具体学科展开的,但正如他自己所说,希望能将对化学学科中项目式课程的有效探索在未来推广到更多的学科领域中。相信我们未来能看到更多优秀的学科项目式学习案例和教材。

  

  

图6 魏锐教授作“项目式课程开发的探索与反思”主题报告

  专家报告四:面向科普的人工智能教育活动设计|黄建辉

  中科院计算所专项技术研究中心高级工程师黄建辉博士从自己的专业背景出发,分享了“面向科普的人工智能教育活动设计”专题报告。黄博士指出人工智能对于提高学生的未来素养至关重要。他讲到颠覆性的技术变革对社会发展有巨大的影响,比如蒸汽机改变了人们对劳动的概念;电报改变了人们对距离的概念;网络改变了人们对世界的概念。因此,人工智能进入教育领域,也很大概率会为教育带来新的活力与契机。人工智能可以给人类带来四大助力:内省、突破、矫正、延伸。其中“内省”的意思是强智能的实现仍然有赖于对人脑研究的突破,倒逼人类探究大脑的内部机制,而后面三个助力则是人工智能技术突破人脑限制、帮助人类矫正和延伸大脑的能力。小学阶段是建立人工智能母语思维的最好阶段,因此人工智能科普至关重要。最后,黄博士向我们展示了一个人工智能科普的教育活动设计案例,从计算机组成开始,到发问人工智能和人的区别,再到对未来人工智能的想象,最终建立起学生对于人工智能的初印象以及学生对于人工智能研究的兴趣。黄老师的介绍,让我们认识到了人工智能对教育的重要性——人工智能不仅仅面向技术,还面向教育的未来。

  

  

图7 黄建辉博士作“面向科普的人工智能教育活动设计”主题报告

  

  在专家报告之后,是特邀报告环节,共有十四位特邀代表进行了分享报告。

  中国科学技术馆展览教育中心实验活动部副主任、高级工程师李志忠老师就“基于科技馆资源的STEM教育探索与实践”这一主题进行了分享。李老师的分享从科技馆的教育活动概要和科技馆里的科学课这两部分展开。首先,李老师围绕中国科技馆,介绍了四种教育空间:主题展厅、科学表演剧场/工作坊、科普活动室/实验室以及特效影院,并介绍了三种主要教育活动:展项辅导、科学表演、科普剧。接下来,他重点介绍了中科馆开发的科普课程,具体包括确定课程定位、建立教育资源与课标的对照、建立课程内容框架、明确课程开发环节、确立课程资源形式、进行课程实施等。李老师从自己的工作经验出发,对科技馆中的STEM教育实践进行了分享,对科学教育工作者的教学实践具有很强的借鉴意义。

  

  

图8 李志忠老师作“基于科技馆资源的STEM教育探索与实践”主题报告

  北京市海淀区教师进修学校创新教育研究中心副主任、化学高级教师陈咏梅老师就“区域特色STEM课程开发探索”这一主题进行了分享。在实践工作中陈老师总结出区域STEM教育遇到的挑战,如教师开发跨学科课程的困难、学校STEM教育工作机制不够、教师专业发展保障性不够等问题。接下来,陈老师以“月球基地/空间站能源系统设计”为实例进行了课程设计方案的分享。陈老师强调课程设计要从具体问题出发,进而发展到学科关键概念,再到跨学科概念,最后到大概念,从而将科学研究中得到的知识运用于工程与技术,最终解决实际问题。整个课程还考虑到了小学、初中等不同学习阶段与科学知识复杂程度的对应关系,体现了课程的体系化、进阶性。陈老师的案例分享为科学课程知识的分解优化与设计提供了借鉴。

  

  

图9 陈咏梅老师作“区域特色STEM课程开发探索”主题报告

  怀柔区学生活动管理中心科技主管杨海舰老师就“依托STEM的人工智能教育区域实践”这一主题进行了分享。他强调了STEM教育对思维能力培养的重要性,提倡以成就感驱动的、发自内在的建构主义教育,以面向未来高层次人才素质模型为导向,锻炼学生抽象逻辑思维、培养解决问题能力及自我学习能力。接下来,他介绍了怀柔区“万千百英才计划”,该计划为全区的中小学生提供免费学习编程的机会,采用“动画+真人视频讲解”的形式展开课程,推动怀柔区少儿编程教育深化普及的进程。

  

  

图10 杨海舰老师作“依托STEM的人工智能教育区域实践”主题报告

  首都师范大学教育学院副教授、北京师范大学教育技术学博士陈鹏老师就“设计思维在STEM课程设计中的应用”这一主题进行了分享。陈老师认为设计思维是一种以人为本的创新方式,我们要像设计师那样思考并实践。接下来,陈老师提出了基于设计思维的STEM课程教学过程框架,包括问题提出、探究主题、设计实践、反馈评价四大方面。陈老师将设计思维融入了STEM课程,为STEM课程设计提供了新思路。

  

  

图11 陈鹏老师作“设计思维在STEM课程设计中的应用”主题报告

  天津英华国际学校信息技术教师高杨老师采用线上视频介绍的形式就“儿童创客探究项目:扫地机器人”这一主题进行了案例分享。这个项目共研发6课时,在第1和第2课时中,学生利用周末思考《我的智能小家》,并对其进行设计,第3课时至第6课时分别为《扫地机器人-避障功能》、《扫地机器人-清扫功能》、《扫地机器人2.0-优化清扫路线》和《扫地机器人3.0-超声波传感器改良》。高老师就第3课时进行了详细的介绍,包括学情分析、教学目标、教学重难点,并展开介绍了教学过程。如此循序渐进、层层铺垫的课程设计与教学实施,让学生将编程知识付诸实践,切实体验到作为一名创客进行创造的快乐。

  

  

图12 高杨老师作“儿童创客探究项目:扫地机器人”主题报告

  北京市朝阳区青少年活动中心科技制作发明项目教师、区教研组长殷国程老师就“‘捆支架’系列校本课程的开发与反思”这一主题进行了案例分享。殷老师在现场演示了利用一次性筷子和橡皮筋搭建三角形、四面体、八面体、三棱锥和三棱柱的方法,并在过程中介绍了学生思维转变的过程。接下来,殷老师演示了投石机的操作过程,引发了现场观众的阵阵掌声。最后,殷老师重点介绍了自己设计的捆支架课程体系,主要包括摩天大楼、基本结构捆扎、制作五连发皮筋枪、正八面体捆、制作投石机、承重支架比赛和“终极结构”探究七个部分。这一系列课程的实施有利于学生发展创新思维、空间能力以及动手搭建能力。殷老师创新的课程设计为我们开展更具有普适性、趣味性和工程性的课程教学提供了一种新思路。

  

  

图13 殷国程老师作“‘捆支架’系列校本课程的开发与反思”主题报告

  北京市八一学校高中生物教研组组长、北京市海淀区生物学科带头人原牡丹老师就“项目式学习案例开发过程中核心内容的迭代与发展”这一主题进行了分享。首先,杨老师向我们介绍了八一学校的课程体系:专业方向类课程、科技素养类课程和通识教育类课程。接下来,原老师通过对生物课案例的剖析向我们展示了项目式学习案例开发过程中核心内容的迭代过程。在本项目中,迭代共分为三轮,第一轮实施主题为“星球移民——探索神奇的生命世界”,第二轮实施主题为“食物供给及循环利用”,第三轮实施主题为“食物供给及循环利用系统构建”。项目的每一轮迭代实施,都是在前一轮的基础上进行的,主题名称的变化也是由对课程的更深入理解而发生的。原老师满怀激情地向我们分享了课程设计与发展经验,并对厘清概念、建立教师组学习制度、将概念化设计转变为基于概念化的精准可实践操作设计、加强课程设计中的工程实践等问题进行了深入的反思,为我们开展将学科教学与工程设计进行整合的实践提供了一个出色的参考案例。

  

  

图14 原牡丹老师作“项目式学习案例开发过程中核心内容的迭代与发展”主题报告

  北京第八十中学睿实分校校长、中学高级教师王彤校长就“基于STEM理念与学校特色的本土化课程建设实践”这一主题进行了分享。王校长强调了学校STEM项目的实施要求,具体包括:项目主导、跨学科整合、基于真实问题解决、创新思维提升人文素养,再基于以上要求构建多元课程体系,从而实现培养科技创新型人才的目标。从教育管理的角度,王校长认为在学校开展STEM教育,其核心在于教与学方式的变革。在这一过程中,王校长也带领她的团队与校外优秀创客团队进行交流,并展开了STEM主题本土化校本课程研发。王校长及其团队在本土化STEM课程建设实践方面的经验为我们提供了很好的借鉴。

  

  

图15 王彤老师作“基于STEM理念与学校特色的本土化课程建设实践”主题报告

  中国儿童中心科技创客中心主任、中国儿童中心优秀教师孙怡然老师就“从一棵树窥探一片森林——木工创客探索”这一主题进行了分享。孙老师认为教育源于生活,高于生活,归于生活。STEM跨学科主题应该源于真实生活需求,课程方向应将4C核心素养和五育融入学科课程设计,在评价方面以教育心理学理论为基础形成生态评价体系,从而促进学生的自我成长。在实践分享中,孙老师主要分享了两方面的经验,一方面是课程体系分析,课程在深度上采用螺旋上升的形式迭代升级课程,在宽度上采用“三天极客”的形式拓宽知识维度,在厚度上利用主题综合社会实践活动提高学生的综合能力;另一方面是评价体系建立,以观察日记、学生作品、学习手册、成长视频集以及一台儿童戏剧的形式,建立起教师评价、学生评价的综合评价系统。孙老师分享的整个课程设计和评价体系为在科技场馆中开发塑造学生自我成长的系列课程提供了范例。

  

  

图16 孙怡然老师作“从一棵树窥探一片森林——木工创客探索”主题报告

  北京科学中心交流合作部副部长吴倩雯老师就“基于‘小球大世界’展项资源的教育活动开发与实践”这一主题进行了分享。首先,吴老师从整体上介绍了北京科学中心的主展及相关课程活动。接下来,吴老师围绕 “小球大世界”主题展教区内容进行了详细的介绍。“小球大世界”展项是美国国家大气与海洋管理局(NOAA)研发的球面科学展示系统,展教区于2019年10月正式面向公众开放,目前开展了特色影片播放、专家讲座、科学课程、特色活动、科普剧等多项活动,让公众参加基于小球资源的科学探究、探索“小球+主展厅”、“小球+比赛”、“小球+科普剧”等多种活动。吴老师分享的案例为开展基于主题的科普活动提供了良好的经验。

  

  

  

图17 吴倩雯老师作“基于‘小球大世界’展项资源的教育活动开发与实践”主题报告

  北京市怀柔区第三小学副校长、高级教师赵艳芳老师就“基于STEM理念的实际问题解决——智慧排队系统”这一主题进行了分享。首先,赵校长对STEM教育提出了自己的认识,认为STEM是一种多学科融合的、强调动手实践、自主创造和逻辑思维的教育理念或课程形态;接下来,赵校长立足怀柔科学城定位,进行了智慧排队系统的项目分享, 探索以问题解决为目标的STEAM课程。该项目设计的目标是为了让孩子们自己创建智慧校园,整个方案的设计过程为:问题——假设——计划、设计——实验、制作——测试——观察记录——分析修改——表达分享。教学实施的效果显示,让学生参与设计智慧排队系统锻炼了学生的数学计算能力、系统规划能力、编程能力以及其他非认知能力的发展。赵校长为我们分享的STEM案例源于现实生活需求,充分发挥学生在问题解决中的创造力,为我们思考如何开展基于现实问题的项目式学习提供了很有趣且很有意义的经验。

  

  

图18 赵艳芳老师作“基于STEM理念的实际问题解决——智慧排队系统”主题报告

  北京市陈经纶中学高级教师、技术教研组组长杨秋静老师就“让地铁更聪明——高中技术课程中的STEM教育实践”这一主题进行了分享。陈经纶中学对创新能力的培养主要分为三个阶段:初级阶段提高物化能力,中级阶段培养理性的创新构思能力,高级阶段培养自主发现问题并进行创新设计制作的能力。“让地铁更聪明”是一个典型的创新设计项目,围绕该主题,可以很自然地融入物理、数学、技术、工程等学科知识技能。整个项目有10个课时,具体环节包括明确任务思考方案、进行电路设计、进行程序设计、设计车体、打印并组装、展示与总结,最终完成一个可以检测地铁各车厢乘客分布的作品原型。杨老师的案例分享为“用技术创新解决生活中的问题”做了一个很好的注解。

  

  

图19 杨秋静老师作“让地铁更聪明——高中技术课程中的STEM教育实践”主题报告

  北京四中通用技术老师黄振就“投篮机——融入STEM理念的通用技术控制与设计”这一主题进行了分享。首先,黄老师娓娓道来了“投篮机”这一项目的产生过程,然后对如何设计实施这一项目展开介绍。“投篮机”项目是一个很典型的创客项目,需要单片机编程、造型原型设计、瓦楞纸拼接等技术支持,而且涉及到对系统的基本认识。通过这一项目,黄老师不仅成功吸引到学生积极选修该课程,而且还将学生的设计成果在学校展示,让大家共同体验创新与游戏的快乐。由“投篮机”出发,黄老师又进一步为学生布置了其他以游乐设施为主题的综合项目。黄老师的分享对教师如何进行项目选择、如何开展教师引导、如何进行教学实施都有很强的启发意义。

  

  

图20 黄振老师作“投篮机——融入STEM理念的通用技术控制与设计”主题报告

  北京师范大学米思齐团队的刘鹏飞老师就“面向普适创客教育的‘六创’课程开发”这一主题进行了分享。刘老师从“普适性创客教育”的视角出发,向我们重点介绍了“六创”课程体系。“六创”课程涵盖了当前主流的创客教育多种课程载体,具体包括创意搭建、创意电子、创意机器、创意编程、创意设计、创意思维,从创新思维培养,到创新技能提升,全方面、多层次、各年段覆盖,是开展创客教育的完整课程体系。“六创”课程对标中小学的通用技术、信息技术等相关课程标准,满足不同年段的课程开设需求,具有兴趣小组、校本课程、选修课程、必修课程这样递进发展的实施方式,为我国中小学开设创客课程提供了一套很普适的创客课程方案。

  

  

图21 刘鹏飞老师作“面向普适创客教育的‘六创’课程开发”主题报告

  

  各位专家老师结合自己的理论认识与教学实践,围绕STEM+教育进行课程设计与教学实施的经验总结,在报告分享过程中与在场的观众进行面对面的分享与交流,使得大家对STEM+教育有了更深刻的认识,打开了教育工作者对“STEM+教育与基础学科如何双向融合”的思维,也为我们对重新审视STEM+教育实践产生了思考。

  

  

图22-23 现场观众提问

 

  图24 陈咏梅老师回答现场提问

 

  

  图25 中场休息时的互动交流

  图26 为特邀报告老师颁发证书

  STEM+创新教育学术交流研讨会举办至今,教育专家与各界同仁一起积累和分享了大量的STEM+教育创新成果。在未来的路上,大会将继续走在STEM+教育道路的前沿,引领示范新时代中国科学教育的蓬勃发展,不断为STEM+教育与各基础学科融合做出贡献。

  

  图27 会议合影

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