STEM學習必須超越記憶事實和理論
史蒂文·科特
全球對科學、技術、工程和數學(STEM)專業人才的需求日益增長。與此同時,科學教育專家呼籲學生們提高“科學素養”。然而,這個電話不僅僅是關於填補工作崗位。
對科學概念、過程和思維方式的基本理解對學生在當今和未來的世界中取得成功至關重要。根據經濟合作與發展組織的2014年國際PISA 2012科學評估結果報告,“對科學和技術的理解是一個年輕人為現代社會生活做好準備的中心。”
這意味著學生必須超越記憶科學事實和理論;他們必須獲得使用科學工具和實踐的經驗。技術可以幫助。雖然技術本身不能創造科學理解,但它是促進探究調查的關鍵工具。
大量的研究證實了探究式教學對學生理解科學的積極影響,與傳統教學相比,探究型教學包括實質性的高等學習。此外,教育專家指出,當技術被用於探究環境時,它在支持學生學習科學方麵是最有效的。事實上,將技術融入數據收集、分析和可視化作為探究式教學的一部分,已被證明可以加深學生的理解,並增加他們對科學的動機和興趣。
正在過渡到或正在實施STEM計劃的地區應考慮以下幾點:
- 實驗室調查和技術工具應該與課堂經驗相聯係,包括講座、閱讀和討論。當實驗室的經驗和技術完全融入到課程和課堂科學課程的流程中時,會更加有效。
- 無論教師選擇使用結構化的、有指導的還是開放的探究形式,實驗活動都應該讓學生有機會將科學過程應用到他們的學習中。這些活動應該允許他們提出問題和進行調查;做出預測;收集、分析和解釋數據;完善他們的問題;從證據出發進行論證。這可以培養解決問題和更高層次的思維能力,以及溝通和協作等“軟技能”。
- 課堂內外的探究性調查應該讓學生參與到真實的科學和工程實踐中。學生也應該有機會使用現實世界的工具,使數據對他們有意義,當他們“做”科學。
- 傳統的實驗室可能很耗時,而教室成套的工業設備可能昂貴得令人望而卻步。確保實驗室調查和技術工具是專門為教學用途設計的,以節省時間和金錢,並減少挫折。例如,傳統的細胞呼吸實驗室通常是複雜和不準確的。在呼吸實驗室活動中,為了方便學生理解,二氧化碳或氧氣傳感器的設置應該是簡單的,所以準確的數據可以在幾分鍾內收集到最小的挫折。
- 為了最大化你的技術投資,確保傳感器和探針等工具與任何課堂環境兼容,並在各種平台上工作,包括ipad、chromebook、Android平板電腦、Mac和Windows電腦以及上網本。此外,要確保工具與學生的能力水平相匹配。
- 科學過程的一個關鍵部分是數據的共享、分析和討論。考慮一下學生的數據將如何從傳感器等工具傳輸到他們的電腦或平板電腦。是通過USB還是無線連接?這些數據會直接傳輸到學生的設備上,還是會先傳輸到雲端?學生可以自己做嗎?還是需要老師的幫助?讓學生更快地獲取數據,讓他們有更多的時間進行分析和討論,這是建立科學理解的關鍵。
- 在可能的情況下,考慮投資多測量傳感器,允許在一個傳感器中收集多個同步測量數據,例如在天氣、高級化學或水質等領域。這不僅有助於降低成本,還有助於節約教學時間,減少設置傳感器和收集數據的時間。
- 如果探究式教學在你的地區是新鮮的,開展專業發展研討會,引導教師從更高度結構化的活動開始,然後隨著時間的推移,讓學生進行開放式的調查,他們在計劃自己的活動時承擔更多責任。這一轉變的每個階段都應由教師評估學生是否準備好完成由學生主導的調查。
- 教學資源和專業發展研討會也應該提供如何培養學生能力的建議。這將確保教師能夠為調查提供多層次的指導和支持。它還將幫助教師選擇最適合學生技能和經驗的支持水平,以便他們能夠完成具有挑戰性的任務。
在全國和世界各地,教師正在有效地實施基於探究的科學教學,利用技術工具收集、分析和可視化數據。當學生“做”科學,而不是簡單地閱讀它,他們加深了他們的理解,他們發展了解決問題和批判性思維的技能,他們保留了更多的內容知識。他們也更有動力學習並繼續培養自己的科學素養。這不僅對決定從事STEM職業的學生至關重要,對現代社會的生活也至關重要。
Steven Korte是PASCO Scientific的首席執行官,該公司自1964年以來為K-12和高等教育開發創新教學和學習解決方案。
我發現這個標題的前提很有趣。STEM人才與其他人才的區別在於理解概念與記憶的能力,以及將理論應用於模糊的現實世界問題的能力。在生物學的某些領域可能會有一些例外,因為這些領域需要大量的記憶事實。總的來說,我從未見過一個STEM課程是基於記憶的優點來教授和衡量的。