美國(guó)PLTW機(jī)構(gòu)的STEM課程在中小學(xué)實(shí)施的模式與思考

左銀

(江蘇省南京市鳳凰數(shù)字傳媒有限公司,江蘇 南京 210000)

1 引言

STEM(Science, Technology, Engineering, Mathematics)教育是近年來(lái)許多國(guó)家教育改革的熱點(diǎn)，尤其以美國(guó)為代表的發(fā)達(dá)國(guó)家的教育界人士已經(jīng)認(rèn)識(shí)到，K-12階段的學(xué)生在STEM相關(guān)學(xué)科的學(xué)習(xí)表現(xiàn)，已影響到一個(gè)國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基礎(chǔ)，亦是維系國(guó)家競(jìng)爭(zhēng)力的重要來(lái)源。美國(guó)將“培養(yǎng)所有學(xué)生的STEM素養(yǎng)”視為中小學(xué)階段的教育目標(biāo)之一，在中小學(xué)階段成立了遍布全美的以STEM為核心的學(xué)校。PLTW(Project Lead The Way，項(xiàng)目引路)是教育行業(yè)中一個(gè)快速發(fā)展的非營(yíng)利組織，該機(jī)構(gòu)為全美K-12階段學(xué)生和教師提供STEM教育課程，目標(biāo)是提高學(xué)生對(duì)工程學(xué)和其他與STEM相關(guān)專業(yè)和職業(yè)的興趣。

2 PLTW項(xiàng)目介紹

PLTW機(jī)構(gòu)是全美領(lǐng)先的K-12 STEM課程項(xiàng)目提供商，向美國(guó)50個(gè)州和哥倫比亞特區(qū)的8000多所中、小學(xué)提供STEM課程。PLTW機(jī)構(gòu)擁有豐富的STEM課程、高質(zhì)量的教師專業(yè)發(fā)展模式以及一個(gè)有很多教育者和企業(yè)參與的合作伙伴網(wǎng)絡(luò)。

目前，包括紐約州、印第安納州、愛荷華州和南卡羅來(lái)納州在內(nèi)的州政府已經(jīng)向PLTW提供資金以支持其發(fā)展。2015年美國(guó)大學(xué)理事會(huì)與PLTW合作，當(dāng)學(xué)生成功通過(guò)至少三次考試(一次AP考試，一次PLTW考試，另一次AP或PLTW考試)后有資格獲得計(jì)算機(jī)科學(xué)、工程和生物醫(yī)學(xué)科學(xué)中一項(xiàng)或多項(xiàng)的AP+PLTW證書。

3 項(xiàng)目實(shí)施路徑

3.1 建立科學(xué)的課程體系

表1 PLTW項(xiàng)目課程

3.2 課程的實(shí)施方法

3.2.1 小學(xué)的實(shí)施方法

PLTW建議在小學(xué)階段可以采用以下方法來(lái)實(shí)施課程：第一種方法是每個(gè)年級(jí)選擇1個(gè)課程項(xiàng)目，比較適合學(xué)校全面性開展STEM課程。第二種方法是一到二年級(jí)每個(gè)年級(jí)選擇1個(gè)課程項(xiàng)目，三到五年級(jí)每個(gè)年級(jí)選擇3-5個(gè)課程項(xiàng)目，尤其是三到五年級(jí)，這種選擇會(huì)讓學(xué)生們?yōu)橹袑W(xué)階段的STEM課程做好充分的準(zhǔn)備。第三種是每個(gè)年級(jí)都開展多個(gè)課程項(xiàng)目，這會(huì)使學(xué)生有更多的STEM課程體驗(yàn)，但是這種方式對(duì)學(xué)校和老師的要求也會(huì)比較高。第四種是定制化的課程，針對(duì)后期的計(jì)算機(jī)科學(xué)、工程或生物醫(yī)學(xué)專題來(lái)定制課程。

3.2.2 初中的實(shí)施方法

PLTW建議在初中階段可選兩種實(shí)施方法：第一種是順序?qū)嵤?，從基礎(chǔ)課程項(xiàng)目開始，然后再實(shí)施一個(gè)或多個(gè)專業(yè)化課程項(xiàng)目。這種選擇讓學(xué)生在學(xué)習(xí)更專業(yè)化的課程之前，先在工程設(shè)計(jì)上打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。第二種是定制化實(shí)施專業(yè)化課程項(xiàng)目，有的學(xué)校所在地區(qū)或所在的州可能會(huì)有一些特色方向和特殊需求，在專業(yè)化課程項(xiàng)目里選擇一個(gè)符合學(xué)校和地區(qū)需求的課程項(xiàng)目，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行二次開發(fā)，和自己學(xué)校的方向結(jié)合得更為緊密。例如當(dāng)?shù)馗咧杏谐墒斓暮教旌娇盏腟TEM課程，學(xué)?？梢赃x擇飛行與宇宙這個(gè)課程項(xiàng)目，并根據(jù)高中的一些課程方向?qū)Τ踔姓n程進(jìn)行進(jìn)一步開發(fā)拓展。

3.2.3 高中的實(shí)施方法

PLTW在高中階段的實(shí)施方法如表2所示。

表2 PLTW在高中階段的實(shí)施方法

3.3 啟動(dòng)PLTW項(xiàng)目

在學(xué)校已經(jīng)為學(xué)生選擇了最佳的課程實(shí)施方案后，就需要啟動(dòng)PLTW項(xiàng)目，該項(xiàng)目為學(xué)校提供了詳細(xì)的啟動(dòng)流程(如圖1)。

圖1

在此過(guò)程中，學(xué)校需要在網(wǎng)絡(luò)上注冊(cè)并簽訂協(xié)議。協(xié)議簽訂后，學(xué)校開始選擇PLTW培訓(xùn)教師，PLTW教師有豐富的背景和經(jīng)驗(yàn)，主要由大學(xué)教授和碩士學(xué)位以上的教師組成，專業(yè)的PLTW教師團(tuán)隊(duì)將會(huì)幫助學(xué)校成功實(shí)施STEM課程。PLTW的教師培訓(xùn)分為三個(gè)階段：準(zhǔn)備階段、核心訓(xùn)練階段和持續(xù)學(xué)習(xí)階段，一旦教師完成核心培訓(xùn)，他們就可以訪問(wèn)在線資源和學(xué)習(xí)社區(qū)，進(jìn)行更多的持續(xù)培訓(xùn)學(xué)習(xí)，加強(qiáng)與其他PLTW教師的交流。PLTW還為學(xué)校提供教學(xué)過(guò)程中必要的課程設(shè)備、軟件和其他資源，為學(xué)生提供更多的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和機(jī)會(huì)，購(gòu)買設(shè)備的時(shí)候?qū)W校也可以參考PLTW提供的設(shè)備供應(yīng)商。

《中國(guó)移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展報(bào)告(2017)》藍(lán)皮書調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，我國(guó)移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)用戶規(guī)模連續(xù)三年保持11%左右增長(zhǎng)率。2016年一季度，移動(dòng)端閱讀人數(shù)較桌面電腦端多2 000萬(wàn)人。隨著移動(dòng)通信技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用，主流移動(dòng)手機(jī)終端己具備流暢接收與處理圖片、音頻、視頻等多媒體資源的能力。人們可以不受時(shí)空限制獲取信息，學(xué)習(xí)形式呈現(xiàn)碎片化特點(diǎn)，移動(dòng)學(xué)習(xí)(M-Learning)興起。移動(dòng)學(xué)習(xí)是利用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，通過(guò)智能手機(jī)、個(gè)人數(shù)字助理PDA等無(wú)線移動(dòng)通信設(shè)備獲取教育信息、教育資源和教育服務(wù)的一種新型數(shù)字化學(xué)習(xí)形式[2]。

3.4 建立PLTW社區(qū)

在學(xué)校已經(jīng)成功開啟PLTW課程后，可以選擇加入PLTW社區(qū)，讓更多的老師和學(xué)生通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)連接起來(lái)。PLTW社區(qū)加強(qiáng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，為學(xué)生提供更多的機(jī)會(huì)，與其他學(xué)校、本地的工商業(yè)更好地聯(lián)系起來(lái)。

學(xué)校構(gòu)建和發(fā)展PLTW社區(qū)可采取以下方法：

(1) 參與本地商業(yè)活動(dòng)，學(xué)生可以在當(dāng)?shù)貙?shí)習(xí)并和當(dāng)?shù)貓F(tuán)隊(duì)合作來(lái)獲取更多的經(jīng)驗(yàn)。

(2) 推廣學(xué)校的PLTW項(xiàng)目，通過(guò)媒體宣傳讓學(xué)校能夠脫穎而出，并獲得社會(huì)認(rèn)可。

(3) 使用在線平臺(tái)，在STEM Premier在線平臺(tái)上讓學(xué)生展示他們的STEM技能，并可以和教育工作者交流。

(4) 舉辦學(xué)生活動(dòng)和比賽，學(xué)生可以通過(guò)活動(dòng)和比賽來(lái)應(yīng)用他們學(xué)到的知識(shí)和技能。

4 STEM課程在中小學(xué)成功實(shí)施的思考

PLTW機(jī)構(gòu)經(jīng)過(guò)多年的運(yùn)營(yíng)后，成就得到美國(guó)教育部、大學(xué)聯(lián)盟和各類社會(huì)機(jī)構(gòu)的廣泛認(rèn)可。從PLTW的成功案例里我們可以看到中小學(xué)實(shí)施STEM課程的關(guān)鍵如下。

(1) 擁有完整優(yōu)質(zhì)的課程系統(tǒng)

PLTW提供了完整的課程系統(tǒng)，從幼兒園到高中，有多樣的基礎(chǔ)課程、專業(yè)課程可供學(xué)校選擇，PLTW的課程有完整的課程目標(biāo)、結(jié)構(gòu)、設(shè)置、內(nèi)容、實(shí)施和評(píng)價(jià)，為學(xué)校順利實(shí)施課程提供了基本保障。

(2) 注重教師培訓(xùn)

STEM教師是課程實(shí)施過(guò)程中的關(guān)鍵因素，教師專業(yè)素質(zhì)直接影響課程實(shí)施的質(zhì)量。PLTW將STEM教育的教師培訓(xùn)和STEM教學(xué)方法的推廣作為機(jī)構(gòu)主旨之一，構(gòu)建了基于課程、基于實(shí)踐的教師培訓(xùn)體系，投入大量的時(shí)間與經(jīng)費(fèi)，在全美范圍內(nèi)開展基于PLTW課程的STEM教師專業(yè)發(fā)展培訓(xùn)。STEM教師在教學(xué)中不僅要注重實(shí)踐，而且要求教師擁有豐富的專業(yè)知識(shí)和跨學(xué)科的知識(shí)和技能。

(3) 提供課程配套資源

由于STEM課程的特殊性，在實(shí)施STEM教育時(shí)離不開器材和環(huán)境的支持。PLTW創(chuàng)造了一個(gè)與眾不同的課堂環(huán)境，提供了大量配套課程的基礎(chǔ)軟件、硬件，并建設(shè)了可供選擇的器材平臺(tái)，讓學(xué)?？梢苑奖愕夭少?gòu)和拓展教學(xué)資源，讓學(xué)生通過(guò)探索挑戰(zhàn)現(xiàn)實(shí)，能夠更好地設(shè)計(jì)和開發(fā)項(xiàng)目。

(4) 多元化的社會(huì)拓展

PLTW項(xiàng)目自成立以來(lái)，得到了美國(guó)和各州教育部等政府機(jī)構(gòu)、美國(guó)航天局等科技機(jī)構(gòu)以及高等院校、社會(huì)組織和企業(yè)的支持。PLTW通過(guò)這些合作伙伴，為參與自己項(xiàng)目的學(xué)校和學(xué)生提供了豐富的社會(huì)實(shí)踐活動(dòng)，讓學(xué)生從STEM課程中獲得的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)得到更多的實(shí)踐和認(rèn)可。

STEM教育在我國(guó)基礎(chǔ)教育領(lǐng)域已經(jīng)從理論階段走向?qū)嵺`階段，越來(lái)越多的中小學(xué)已經(jīng)開始開設(shè)STEM課程，但是STEM課程依然很難在學(xué)校落地，大多數(shù)學(xué)校還是缺乏宏觀系統(tǒng)規(guī)劃和具體實(shí)施方案。希望PLTW的模式和經(jīng)驗(yàn)對(duì)我國(guó)中小學(xué)在實(shí)施STEM課程時(shí)有所啟示。