第 1 章 緒論

在當(dāng)今全球范圍內(nèi)，科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步推動(dòng)了社會(huì)的急速發(fā)展，各個(gè)國(guó)家都把先進(jìn)的科學(xué)知識(shí)與技能放在了核心的發(fā)展地位，知識(shí)型人才也成為了經(jīng)濟(jì)發(fā)展的一個(gè)決定性因素，數(shù)學(xué)、科學(xué)、工程、技術(shù)（STEM）學(xué)科也顯示出對(duì)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的巨大推動(dòng)作用。進(jìn)入 21 世紀(jì)，美國(guó)針對(duì) STEM 教育的改革做的風(fēng)生水起，其目的是培養(yǎng)更具創(chuàng)新性的人才；我國(guó)的 STEM 教育近幾年也是迅猛發(fā)展，教育領(lǐng)域人士不斷的進(jìn)行探索和研究，希望提出適宜我國(guó)學(xué)情的方針政策、教學(xué)模式等。同時(shí)，在當(dāng)今這個(gè)大眾創(chuàng)新的時(shí)代，工程思維不再局限在所謂的理工科領(lǐng)域，而是被視為創(chuàng)新必備的思維能力。但是現(xiàn)在大家都比較強(qiáng)調(diào)高中生、大學(xué)生的工程思維能力的培養(yǎng)，有些人甚至忽略小學(xué)生，認(rèn)為他們還不具備這種工程思維能力或者是還不需要培養(yǎng)工程思維。其實(shí)從教育的角度而言，工程思維應(yīng)該覆蓋到每一個(gè)教育階段，不應(yīng)該“脫節(jié)”，應(yīng)該從小進(jìn)行有意識(shí)的培養(yǎng)和構(gòu)建，幫助學(xué)生從小就理解和體會(huì)工程對(duì)個(gè)人、事件、社會(huì)的影響，對(duì)學(xué)生進(jìn)行工程思維的培養(yǎng)，有助于學(xué)生解決復(fù)雜的各種問(wèn)題和挑戰(zhàn)。這不僅僅是社會(huì)發(fā)展的需要、也是培養(yǎng)全面發(fā)展的人的需要。目前，在國(guó)內(nèi)，還沒(méi)有專(zhuān)門(mén)針對(duì)小學(xué)生工程思維培養(yǎng)的方法和策略的研究論述，在這樣的研究背景下，筆者提出小學(xué) STEM 課程中小學(xué)工程思維培養(yǎng)的教學(xué)設(shè)計(jì)研究。
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第 2 章 研究綜述及理論基礎(chǔ)

2.1 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

同一年，《巧妙選擇教學(xué)方法 培養(yǎng)學(xué)生工程設(shè)計(jì)思維》（沈超穎，2006）中闡述在《制藥化工過(guò)程及設(shè)備》課程理論教學(xué)中講解抽象理論的方法，以及如何通過(guò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生工程設(shè)計(jì)思維，提高課程教學(xué)效果。2010 年 6 月 23 日，教育部在天津大學(xué)啟動(dòng)“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”，其主要目標(biāo)是培養(yǎng)造就一大批創(chuàng)新能力強(qiáng)、適應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展需要的高質(zhì)量各類(lèi)型工程技術(shù)人才，為建設(shè)創(chuàng)新型國(guó)家、完成工業(yè)化和現(xiàn)代化奠定堅(jiān)實(shí)的人力資源優(yōu)勢(shì)增強(qiáng)我國(guó)的核心競(jìng)爭(zhēng)力和綜合國(guó)力。《信息技術(shù)課程之工程思維辨析》（王榮良，2012）中運(yùn)用"科學(xué)—技術(shù)—工程"三元論考察工程與科學(xué)、技術(shù)的關(guān)系，闡述工程思維的特征，從工程思維視角分析信息技術(shù)課程發(fā)展和教學(xué)內(nèi)容，并提出通過(guò)中小學(xué)信息技術(shù)課程培養(yǎng)學(xué)生的工程思維。

2.2 理論基礎(chǔ)

建構(gòu)主義者認(rèn)為，知識(shí)不是通過(guò)教師傳授所得，而是學(xué)習(xí)者在一定的社會(huì)文化背景下，通過(guò)其他人的輔助，借助相關(guān)的學(xué)習(xí)資料，通過(guò)建構(gòu)的方式來(lái)獲得的。因此建構(gòu)主義者認(rèn)為學(xué)習(xí)需要有“情境”“協(xié)作”“會(huì)話(huà)”“意義建構(gòu)”四個(gè)要素構(gòu)成。“情境”是教學(xué)設(shè)計(jì)最重要的內(nèi)容之一，在建構(gòu)主義學(xué)習(xí)環(huán)境中，不僅僅是簡(jiǎn)簡(jiǎn)單單對(duì)教學(xué)目標(biāo)進(jìn)行分析，還要使所設(shè)置的情境必須要有利于學(xué)習(xí)者對(duì)所學(xué)內(nèi)容進(jìn)行建構(gòu)�！皡f(xié)作”發(fā)生在整個(gè)教學(xué)過(guò)程中，在問(wèn)題分析、資料搜集、評(píng)價(jià)交流中都有至關(guān)重要的作用。“會(huì)話(huà)”與“協(xié)作”密不可分，也貫穿于整個(gè)教學(xué)過(guò)程中，學(xué)習(xí)者在“會(huì)話(huà)”過(guò)程中將想法相互共享，大大促進(jìn)了學(xué)習(xí)者對(duì)新知識(shí)的建構(gòu)。

第 3 章 小學(xué) STEM 課程中培養(yǎng)工程思維的教學(xué)模型設(shè)計(jì)...............11

3.1 克羅多納的基于設(shè)計(jì)的科學(xué)探究學(xué)習(xí)循環(huán)模型.................11
3.2 工程設(shè)計(jì)過(guò)程 .........11
3.3 LBD 教學(xué)理論 .........13
3.4 小學(xué) STEM 課程中工程思維培養(yǎng)的教學(xué)模型設(shè)計(jì)................14
第 4 章 小學(xué) STEM 課程中工程思維培養(yǎng)的教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)施.............17
4.1 研究過(guò)程與數(shù)據(jù)收集方法.....17 
4.2 第一輪課程實(shí)施............18 
4.3 第二輪課程實(shí)施..........28
第 5 章 研究總結(jié)與反思展望..........39
5.1 研究總結(jié).........39
5.2 反思展望..........39

第 4 章 小學(xué) STEM 課程中工程思維培養(yǎng)的教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)施

4.1 研究過(guò)程與數(shù)據(jù)收集方法

本研究主要采用教師評(píng)分表、學(xué)生自評(píng)表來(lái)收集數(shù)據(jù)。并根據(jù)在教學(xué)實(shí)施后收集到的數(shù)據(jù)分析本環(huán)節(jié)存在的問(wèn)題，反思問(wèn)題出現(xiàn)的原因，并對(duì)教學(xué)方案進(jìn)行改進(jìn)與完善，進(jìn)行下一輪研究。1. 教師評(píng)分表。本研究根據(jù)前人對(duì)學(xué)生工程思維的評(píng)價(jià)量表（王穎，2014）、STEM 評(píng)價(jià)的特點(diǎn)及工程思維的一般評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)制訂了教師課堂評(píng)價(jià)表，分別從工程決策思維、工程設(shè)計(jì)思維、工程實(shí)施思維三個(gè)方面來(lái)評(píng)價(jià)學(xué)生整個(gè)課堂中的表現(xiàn)，以此來(lái)反映教學(xué)設(shè)計(jì)中的不足，便于后期對(duì)教學(xué)模型進(jìn)行改進(jìn)。教師評(píng)價(jià)表參見(jiàn)附件。2. 學(xué)生自評(píng)表工程思維是一種過(guò)程性、連續(xù)性的思維方式，需要在工程的整個(gè)完成過(guò)程中形成和發(fā)展。培養(yǎng)學(xué)生的工程思維，需要從工程思考，方案設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)把握，實(shí)施及完善等方面進(jìn)行分析，筆者把以上方面匯總為三個(gè)部分，分別從工程決策思維、工程設(shè)計(jì)思維和工程實(shí)施思維三方面統(tǒng)計(jì)學(xué)生工程思維的整體發(fā)展情況，其中 A 代表完全可以、B 代表基本可以、C 代表少數(shù)可以、D 代表基本不可以。學(xué)生自評(píng)表參見(jiàn)附件。

4.2 第一輪課程實(shí)施

教師創(chuàng)設(shè)以下情境，老師想要用手機(jī)看一個(gè)《超級(jí)演說(shuō)家》的視頻，可是一直拿在手中看會(huì)非常的累，同學(xué)們有什么解決辦法？通過(guò)同學(xué)們的回答，引出可以通過(guò)手機(jī)支架來(lái)解決。然后展示已有的手機(jī)支架，讓同學(xué)們回想一下有沒(méi)有見(jiàn)過(guò)手機(jī)支架？見(jiàn)過(guò)的手機(jī)支架是什么樣子的？有什么作用？讓同學(xué)們選擇一個(gè)印象最深的手機(jī)支架描述一下，并且利用教師現(xiàn)有的手機(jī)支架體驗(yàn)手機(jī)支架帶來(lái)的便利，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，促使學(xué)生對(duì)問(wèn)題“手機(jī)支架為什么可以支撐手機(jī)？它利用了什么樣的原理？”有了解欲望，，教師總結(jié)本節(jié)課的任務(wù)為設(shè)計(jì)手機(jī)支架，并介紹工程設(shè)計(jì)的過(guò)程——澄清問(wèn)題、設(shè)計(jì)規(guī)范也約束、生成概念、分析概念、實(shí)驗(yàn)、評(píng)價(jià)與記錄工程日志的方法。

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第 5 章 研究總結(jié)與反思展望

5.1 研究總結(jié)

本論文是在 STEM 教育背景下對(duì)學(xué)生工程思維培養(yǎng)的一次實(shí)踐探索。筆者通過(guò)文獻(xiàn)閱讀研究對(duì) STEM 和工程思維進(jìn)行了界定，并且在此基礎(chǔ)上借鑒國(guó)內(nèi)外STEM 教育的教學(xué)模型，構(gòu)建 STEM 課程下學(xué)生工程思維培養(yǎng)的教學(xué)模型，探索STEM 培養(yǎng)的新模式�；仡櫿麄�(gè)研究，主要的研究成果有以下幾點(diǎn)：1. STEM 在美國(guó)和歐洲國(guó)家的迅速發(fā)展，給國(guó)內(nèi)外教育帶來(lái)了新的變革與機(jī)遇，本文通過(guò)文獻(xiàn)研究，梳理了國(guó)內(nèi)外在 STEM 中的常見(jiàn)的克羅多納的科學(xué)探究模型、LBD 教學(xué)模型以及工程設(shè)計(jì)過(guò)程的相關(guān)理論，筆者在參與學(xué)校 STEM 課程的教研與實(shí)施過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)了培養(yǎng)學(xué)生能夠立足實(shí)際情境解決問(wèn)題的需求，在此基礎(chǔ)上結(jié)合筆者在上海世界外國(guó)語(yǔ)中學(xué)及 CidLab 教育實(shí)驗(yàn)室的教學(xué)實(shí)踐，設(shè)計(jì)了學(xué)生工程思維的教學(xué)模型，為以后培養(yǎng)小學(xué)生工程思維教學(xué)設(shè)計(jì)提供了參考。

5.2 反思展望

目前 STEM 教育在國(guó)內(nèi)剛剛起步，對(duì)國(guó)內(nèi)教育和課程改革的影響也會(huì)隨著研究的深入而不斷發(fā)展，而工程思維作為 STEM 教育中重要的組成部分，一直被國(guó)內(nèi)外專(zhuān)家學(xué)者重點(diǎn)研究。本論文只是分析了國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有的模型，結(jié)合自己的教育實(shí)踐進(jìn)行改進(jìn)，因此不夠全面和具體。其次，本研究針對(duì)的是四年級(jí) 3D 打印這一門(mén)課程，對(duì)其他的科目和年級(jí)探索不足。另外，本研究在教學(xué)方案設(shè)計(jì)上雖然不斷改進(jìn)，解決了教學(xué)中出現(xiàn)的一些問(wèn)題，但是仍然有些問(wèn)題沒(méi)能很好的解決，對(duì)以后提供了研究的空間�；谝陨喜蛔愕姆治�，希望以后能夠繼續(xù)在其他的 STEM 課程和年級(jí)中開(kāi)展研究與探索，并根據(jù)實(shí)際效果反饋不斷修正完善自己的教學(xué)設(shè)計(jì)模型。

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參考文獻(xiàn)（略）

本文編號(hào)：169372