创客与STEM融合的课程体系构建课件.pptx

1、创客与创客与STEM融合的课程体系的建构与实融合的课程体系的建构与实践践Source:Are They Really Ready To Work;(Employers Perspectives on the Basic Knowledge and Applied Skills of New Entrants to the 21st Century U.S.Workforce),2006.Source:Adapted from Levy and Murnane,2004.21世纪所需要的能力2017年9月21日，联合国儿童基金会执行主任安东尼雷克（Anthony Lake）说：“对儿童来讲，最重

2、要的是什么？正是他们的大脑。但我们并没有像 关心儿童身体那样关心他们的大脑”聚合交叉 协同创新创新得到党和国家的高度重视十八大”明确提出：科技创新科技创新是提高社会生产力和综合国力的战略支撑，必须摆在国家发展全局的核心位置核心位置。十八届三中全会再次提出：要把创新创新摆在国家发展全局的核心位置核心位置。十八届五中全会：创新创新、协调、绿色、开放、共享。在十九大报告中，“创新创新”一词出现5050余次余次，并再次强调“创新是引领发展的第一动力创新是引领发展的第一动力”党代会工作报告谈教育、党代会工作报告谈教育、创新创新和创造的频次变化和创造的频次变化人大工作报告谈人大工作报告谈教育、教育、创新创

3、新和创造的频次变化和创造的频次变化国民经济与社会发展规划谈教国民经济与社会发展规划谈教 育、育、创新创新和创造的频次变化和创造的频次变化创创新新拥有大拥有大批批 创新人创新人才才儿儿童童 青少青少年年聚合交叉 协同创新9-15岁青少年岁青少年创造性创造性产品设计产品设计能力逐渐能力逐渐下降下降学生自身创新素养发展学生自身创新素养发展不完善、不均衡不完善、不均衡1-8年级学生年级学生课业负担逐年增加课业负担逐年增加，创创造性人格不断下降造性人格不断下降12-17岁青少年岁青少年创造性创造性技术产品设计技术产品设计能力逐渐能力逐渐下降下降儿童青少年创新素质的现状堪忧2009年数据2010年数据聚合

4、交叉 协同创新Creative learning behaviorCreative learning motivationCreative tendencyCreative environment2017年数年数据据儿童青少年创新素质的现儿童青少年创新素质的现状状聚合交叉 协同创新整体概况u 学生在创新学习特点指 数、创造力信念指数和 创造力态度指数上表现 均一般u 但是学生在创造力动机 指数上表现不好，各学 校还需增强学生的创新 动机，进一步激励学生 产生创新想法和创新行 为。聚合交叉 协同创新教师感知到的学校环境创新指数能够对教师教育能力、教师教科研能力 和教师创新教学行为产生显著影响。而

5、教师指标又能够通过影响学生的创 造性倾向和创新学习来影响学生创造力。聚合交叉 协同创新创客与创客教育p“创客创客”（maker）是指出于兴趣与爱好，努力把各种创意创意转变 为现实的人。在互联网的背景下，创客又有了新的定义，他们可 以利用开源硬件和互联网，把更多的创意转变为产品。p 创客教育创客教育是基于学生兴趣，以项目学习的方式，使用各种工具，在把创意设计创意设计变成现实的过程中，培养跨学科解决问题能力、团 队协作能力和创新能力的一种素质教育。聚合交叉 协同创新我国STEM教育现状制造技制造技术术计算机技计算机技术术信息技信息技术术创新教育运创新教育运用用创客机器人STEM活动3D打印VR/A

6、R开源硬件2015年9月，教育部发布 了关于“十三五”期间 全面深入推进教育信息 化工作的指导意见（征 求意见稿），提出了 未来五年教育信息化的 规划，其中明确提到要“探索STEAM教育、创客 教育等新的教育模式”。聚合交叉 协同创新STEM教育的系统设计创客机器人STEM活动VR/AR开源硬件政策支持教学创新教师发展 有效评价STEM活动整合活动科学素养STEM整合性能力聚合交叉 协同创新STEM教育和创客教育的区别和关联STEAM教育是将五大学科科学（Science）、技术（Technology）、工程（Engineering）、艺 术（Art）、数学（Maths）融合起来的教学。创客教育

7、则是提倡开发自己的创意，通过软硬 件将创意实现成具体物品。STEAM教育更讲究地是跨学科的“知识融合”，而创客教育重点在于将创意想法进行“实践创 造”。聚合交叉 协同创新基本要求聚合交叉 协同创新（一）围绕核心概念整合内容义务教育小学科学课程课标（2017版）在物质科学、生命科学、地球与宇宙科学、技术与工程4个领域遴选了学生容易感知、乐于学习的18个主要概念，并进一步分解细 化为75个学习内容。小学科学课程标准（2017）：技术与工程部分跨学科概跨学科概念念科学与工程实科学与工程实践践学科核心概学科核心概念念K-12科学教育标准的科学教育标准的3个维个维度度聚合交叉 协同创新（二）基于学习进阶

8、确定年级分布p 科学教育领域第一次正式提出学习进阶（Learning Progressions）是在2004年，加拿大科学、数学和技术教育杂志第4卷第1期专刊发表关于学生长期科学概念发展的学习进阶研究报告。p 学习进阶实质上，是对核心概念理解的逐级深入和持续发展，通过整合某一主题的概念体系，可 以围绕少数概念进行深入的进阶学习。p 通过学习进阶，发展学生对核心概念的理解，帮助学生形成良好的知识结构、深度理解科学概念、提高解决问题的能力，已经成为当代基础教育科学课程改革的核心理念(Duncan&Rivet,2013)小学科学课程的学习周期比较长，基于学生的年龄特征与认知规律，本标准把小学六年学习

9、时间 划分为12年级、34年级、56年级三个学段。聚合交叉 协同创新（二）基于学习进阶确定年级分布聚合交叉 协同创新（三）突出创新素质与STEM核心素养聚合交叉 协同创新（三）突出创新素质与STEM核心素养与与应应用用与与 创创 新新与与 交交 流流通用技术：技术意识、工程思维、创新 设计、图样表达、物化能力信息技术：信息意识、计算思维、数字 化学习与创新、信息社会责任艺术：艺术感知能力、艺术审美能力、艺术审美情趣、艺术创意表达数学：数学抽象、逻辑推理、数学模型、直观想象、数学运算、数据分析聚合交叉 协同创新“科学观念与应用”是从科学视角形成的自然现象的基本认识；是科学 概念和规律等在头脑中的

10、提炼和升华；是运用科学知识和方法解释自然 现象和解决实际问题的能力。科学思维与创新”是从科学视角对客观事物本质属性、内在规律及相互关系的认识方式，对科学中的基础理论、理想模型和经验事实之间关系的理解；是分析综合、抽象概括、推理论证等科学思维方法的内化；是基于事实证据和科学推理对不同观点和结论提出质 疑、批判，进而提出创造性见解的能力与品质。主要包括模型建构模型建构、科学推理、科学论科学推理、科学论 证、质疑创新等要素。证、质疑创新等要素。（三）突出创新素质与STEM核心素养聚合交叉 协同创新科学探究与交流科学探究与交流”是指具有科学探究的意识，能在真实情境中提出科学问题，形成猜测和假 设，利用

11、科学方法获取和处理信息，形成结论，以及对实验探究过程和结果进行交流、评估、反思的能力。主要包括问题、证据、解释、交流问题、证据、解释、交流等要素。“科学态度与责任科学态度与责任”是指在认识科学本质，理解科学技术社会环境（STSE）的关系基础上形成 的对科学和技术应有的正确态度以及责任心。具有学习科学和探索自然的内在动力，严谨认真、实事求是和持之以恒的探索精神，独立思考、敢于质疑和善于反思的创新精神，以及保护环境、推动可持续发展的责任感。能尊重自然、遵守科学伦理和道德规范。主要包括科学本质、科学科学本质、科学态态 度、社会责任等度、社会责任等要素（三）突出创新素质与STEM核心素养聚合交叉 协同

12、创新（四）实施创客与（四）实施创客与STEMSTEM有效教有效教学学分析国内外有关创客与STEM教学过程和模式的论述，概括 起来主要有3种教学观点：l 第一，基于项目的教学过程；思维的参与 l 第二，基于证据的教学过程；l 第三，CDIO理念下的教学过程构思（Conceive）、设计（Design）、实现（Implement）和操作（Operate），是最 新的工程教育理念聚合交叉 协同创新建构主义理论的教学思建构主义理论的教学思想想p 学生的学习是一个积极主动的建构过程，教 师要为学生创设良好的学习环境，设置适当 的问题情境，引起学生的认知冲突，激发学 生的积极思维。p 教学活动是教师通过创

13、设良好的外部学生情 境，引导学生主动建构知识意义的过程，核 心是促进学生积极主动的思维。教学思想的历史考察教学的核心是思维杜威（杜威（J.J.DeweyDewey）的教学思）的教学思想想 从情景中发现疑难；从疑难中提出问题；作出解决问题的各种假设；推断哪一种假设能解决问题；经过检验来修正假设、获得结论。这是一种这是一种“从做中学从做中学”的教学步骤，在的教学步骤，在“做做”中中思维思维，通过思维提出问题和解决问题，并，通过思维提出问题和解决问题，并在在“做做”中验证效果。中验证效果。聚合交叉 协同创新学习理论的全面概括聚合交叉 协同创新核心素养的深入分析交流合作学习 能力思维 能力创新 能力国

14、家认同国际理解社会责任社会情绪问题解决身心健康道德品质人文素养数据素养语言素养科学素养 生活职业自我管理核核心心应应用用基基础础所有核心素养的形成必须 通过学生积极主动的思考 要以发展学生的学习能力、思维能力和创新能力为核 心，提升基础素养的质量 和应用素养的水平。聚合交叉 协同创新教学的本质及规律的研究思路教学本质的系统研究聚合交叉 协同创新学校环境，教学方式，动机，情绪，情境创设，互动，元认知学校环境，教学方式，动机，情绪，情境创设，互动，元认知等方面开展了 教学本质及规律研究。教学本质的系统研究聚合交叉 协同创新核心思想与目标核心思想：教学的核心是思维，学生的学习需要思教学的核心是思维，

15、学生的学习需要思考考目标指向核心素目标指向核心素养养 第一，知识和方法的深度理解与灵活应用；第二，批判性思维与创造性思维能力的培养 第三，合作能力与交流能力的培养；第四，内在学习动机与自主学习能力的培养；第五，创新素质的发展。聚合交叉 协同创新 贾小娟 胡卫平*武宝军.小学生学习动机的培养：五年追踪研究，心理发展与教育，2012 Weiping Hu*,Baojun Wu,Xiaojuan J i a,Xinfa Yi,Chunyan Duan,Winter Meyer and James C.Kaufman.Increasing Students Scientific Creativity:

16、The“Learn to Think”Intervention Program.The Journal of Creative Behavior,2013,47(1):3-21.Hu W.Thinking-Based Classroom Teaching Theory and Practice in China.In Wegerit R.,Li L.&Kaufman J.T h e R o u t l e d g e I n t e r n a t i o n a l H a n d b o o k o f R e s e a r c h o n T e a c h i n g T h i n

17、 k i n g.2015基本原理学 生 之 间 以 及 学 生与 教 师 之 间 的 对 话自主建构自主建构激 发 学 生 积 极 思 维认知冲突认知冲突动机激发动机激发引 入 问 题元认知（自我监控）元认知（自我监控）反 思 我 们 是 如 何 解 决 问 题 的应用迁移应用迁移应 用 所 学 到 的 思 维 方 法 解 决 其它 问 题聚合交叉 协同创新基本要素聚合交叉 协同创新基本模式聚合交叉 协同创新启发启发式式 教教学学思维型 教学讨讨论论 式式教教 学学探究探究式式 教教学学参与参与式式 教教学学发现发现学学 习习自主自主学学 习习合作合作学学 习习探究探究学学 习习各种教学方各

18、种教学方法法各种学习方各种学习方法法思维型教 学与其它 教学理论 之间的关 系聚合交叉 协同创新教学层级分析被动接受自主活动（行为层面）自主建构（行为+思维）浅层学浅层学习习深层学深层学习习思维型教思维型教学学合作建构（行为+思维+互动）聚合交叉 协同创新构建模式聚合交叉 协同创新瑞士瑞士（anInternational schoolin Zrich Switzerland）台湾地区台湾地区（台湾师范大学张俊彦教 授）美国美国（孟菲斯大学胡祥恩教授）国家小学科学 课程标准国家高中物理 课程标准国家科学质量 监测方案国家科学学科 核心素养国培计划方案俄罗斯俄罗斯（符拉迪沃斯托克经济服务大 学附属

19、国福际建语言学 校）学校层面截止2017年，思维型教学理论推广到20多省的2000多所学校。聚合交叉 协同创新同行评价林崇德北京师范大学 资深教授Mark A.Runco佐治亚大学 教授Weihua Niu佩斯大学 教授James C.Kaufman 康涅狄格大学教授伦敦大学 国王学院JonathanJonathan A.Plucker A.Plucker 约翰约翰霍普金斯大霍普金斯大学学 杰出教杰出教授授“美国J有u类st似in研D究i的llo专n家不超过5人。”董董教奇奇授北京师范大学校北京师范大学校长长“本研究在理论有所创新理论有所创新，方案方案合合 理理，方法科学方法科学三个方面比较突

20、出。学思维活动课程是一套培养创造性 人才的活动课程。”聚合交叉 协同创新新华网、光明日报、中国教育报、光明社教育家新华网、光明日报、中国教育报、光明社教育家、中国网、搜狐、网易、今日头条等中国网、搜狐、网易、今日头条等18家家媒体报道了本成果。媒体报道聚合交叉 协同创新体系构建聚合交叉 协同创新学思维学探究学创新三层级三层级STEM活动课程体活动课程体系系聚合交叉 协同创新学思维聚合交叉 协同创新设计思路聚合交叉 协同创新LOGO思维的内容（知识思维的内容（知识）社 会数 学艺 术日 常 生 活语 文科 学思维训练由于能力是领域相关 的，所以我们的思维训练 覆盖几乎所有的领域主要涉及数学、语文

21、、科学、社会、艺术等个 学科以及日常生活。聚合交叉 协同创新思维品质4善于深入地思考问题，抓住事物的本质和规律，预见事物的 发展过程1235思维的起点灵活、思维的过程灵活、概括迁移能力强深刻性灵活性敏捷性批判性独创性正确基础上的速度思维过程中善于严格估计思维材料和精细检查思维过程创造性思维（创造力的核心）聚合交叉 协同创新观察能观察能力力年年级级活动名活动名称称思维方法与能力描思维方法与能力描述述一一年年 级级上册2认识苹果13神奇的拼图之旅静态的按规律观察和相同事物的对比观察，按时间顺序对日常生活的观察，注意观察的 全面性和顺序性。下册6忙碌的早晨二二年年 级级上册1秋天的变化抓住事物变化中

22、的特征，从某属性出发观察自身和生活，注意观察的时序性。下册1小蝌蚪找妈妈13人体中的数字三三年年 级级上册1炒菜的学问抓住事件变化发展中的阶段特点，注意观察事物的时间特征。下册3我的时间我做主四四年年 级级上册1佑佑的画对生活中细节的观察，并能在观察中总结事物的特点。下册/五五年年 级级上册/在活动和运用中，逐渐形成全面、全程、有 序观察事物的习惯。下册/六六年年 级级上册/下册/观察观察是有目的、有计 划、比较持久的知觉。它是以视觉为主，融 其他各种感觉为一体 的综合感知，是知觉 的一种高级形式。观 察方法主要有顺序观 察、对比观察和分步 观察三种。思维的方思维的方法法聚合交叉 协同创新学思

23、维游戏活动和资源学思维游戏活动和资源库库基于学思维活动课程，开发了网络游戏课程平台 学思维资源库网站网站：http:/聚合交叉 协同创新聚合交叉 协同创新学思维促进创造力发展的可塑性机制聚合交叉 协同创新学思维促进创造力发展的可塑性机制神经机制研神经机制研究究（1）在300400ms时间窗内，更负 的N300-400，反映了提供答案瞬提供答案瞬 间新旧思路引起的间新旧思路引起的认知冲突认知冲突。（2）在5001000ms时间窗内，更正的LPC，反映 了被试根据答案所获得的启发信息，在工作记在工作记忆忆 中更新并确认保持正确汉字的认知过程中更新并确认保持正确汉字的认知过程。聚合交叉 协同创新学思

24、维促进创造力发展的可塑性机制神经机制研神经机制研究究实验组控制组潜伏期：实验组 控制组 平均波幅：实验组控制组经过一年的学思维培训之后，实验组学生比控制组学生，能够更更 快快得觉察到认知冲突，且认知冲突 的强度削弱强度削弱。聚合交叉 协同创新学探究实验视频本套丛书按月份安排，全年12个月。每个月6个年级，含小学16年级各1册学生用书，共72册。每个年级每个月4个实验，总计288个科学实验活动聚合交叉 协同创新”学创新”是“学探究”的深化，旨在培养学生的科学创新素质。新技术引领的新技术引领的STEM活活动动 课程：课程：智能机器人活动课程、3D艺术打印、AI与计算思维 编程、智能导航与虚拟现实

25、教育活动平台学创学创新新学 创 新聚合交叉 协同创新第一，创造性思维的3D打印艺术课程学创新2D转转3D3D浮雕浮雕3D漫像漫像3D数字数字 建模建模3D积木积木3D艺术艺术 建模建模快速建模快速建模3D模型库模型库3D程序程序 员员聚合交叉 协同创新第二，工程、设计与计算思维相结合的智能硬件活动学创新分为分为4 4大主题，每个主题遵从大主题，每个主题遵从“3+1”“3+1”课程设置，即课程设置，即3 3节基础常规课程，节基础常规课程，1 1节创意课（分享课程）。节创意课（分享课程）。聚合交叉 协同创新第三，计算思维与工程、设计思维相结合的智能机器人学创新手机与平板的手机与平板的APPAPP电

26、脑电脑ScratchScratch软软件件3-4年年级级5-6年年级级7-8年年级级智能机器智能机器人人程小奔程小奔3-4年级课年级课程程mbot 5-6年级课年级课程程单元一 初识mbot单元二 mblock软件准备 单元三 M系列APP学习 单元四 LED灯组件单元五 蜂鸣器组件单元六 光线传感器组件单元七 直流机电与超声波传感器 单元八 巡线传感器单元九 mbot六组机器人与声光互动单元十 mbot动感小猫扩展包M range 7-8年级课年级课程程p 在原有在原有DIYDIY机机 器人大赛工器人大赛工作作 的基础上，的基础上，开开 发了一系列发了一系列计计 算思维、设算思维、设计计思维

27、和工程思维和工程思思 维相结合的维相结合的机机 器人创客教器人创客教育育 课程课程。聚合交叉 协同创新第四，计算思维与工程、设计思维相结合的机器人创客活动学创新真相只有一个平衡大师的表演幸运密码谜之音符灯语者Hello，Puppy哨兵太阳的秘密智能探测器看不见的线聚合交叉 协同创新学创新认识北斗及小小经纬仪的制作体验北斗卫星信号“生物钟”与时间知觉北斗位置初体验与数字星球永不消逝的电波北斗小时钟北斗测高与测速卫星与通信北斗环境监测北斗灾难监测第五，工程、设计与科学思维相结合的北斗导航系列课程p 面向初中7-8年级开发了北斗系列课程的活动聚合交叉 协同创新第六，虚拟现实技术下的教育创新实践活动学

28、创新沉浸式沉浸式VR实践实践VR技术提供给学生情境、协作、交流和意义建构四个重要的学习环节，让学生在VR情境下自主动手、合作、创造中学习，培养学生动 手与创新能力。聚合交叉 协同创新评价方案聚合交叉 协同创新思维能力测评体系聚合交叉 协同创新思维能力测评体思维能力测评体系系分阶段测评工具分阶段测评工具思维能力测评系统网址思维能力测评系统网址：http:/ 协同创新思维能力测评体思维能力测评体系系思维能力水平常模思维能力水平常模针对不同水平的思维能力培养方案针对不同水平的思维能力培养方案制定思维能力发展水平制定思维能力发展水平常常 模，并根据常模将思维模，并根据常模将思维能能 力划分为力划分为5

29、个等个等级级对每种思维能力的不同对每种思维能力的不同水水 平都有相应的训练方案平都有相应的训练方案，可以结合学思维活动可以结合学思维活动课课 程教材进行针对性训程教材进行针对性训练练聚合交叉 协同创新思维能力测评体思维能力测评体系系聚合交叉 协同创新聚合交叉 协同创新6.整合的高阶科学思维能力测评f8科学方法f1科学探究（问题解决)f2元认知与反省f3创造性思维f4批判性思维f5决策思维f5决策思维f7迁移与应用f6自我监控f9自我调节6.16.1实践探实践探索索 MPLUSMPLUS 7 7 一阶一阶ESEM聚合交叉 协同创新6.整合的高阶科学思维能力测评6.16.1实践探实践探索索 MPL

30、USMPLUS 7 7 二阶二阶CFACFA聚合交叉 协同创新思维型教学理论引领下的学业质量评思维型教学理论引领下的学业质量评价价聚合交叉 协同创新探究与交流聚合交叉 协同创新模型与建模科学教育质量监测框架科学教育质量监测框架样本试样本试题题思考以下名词和连接语之间的关系；把互相关联的名词以单向箭头连接起来，直至无法连接；()()()使用题目给出的连接语在每个箭头上标示名词间的关系。你必须你必须使使用所有的名词和连接语，使用连接语标示每一个箭头，每个连接语仅使用一用所有的名词和连接语，使用连接语标示每一个箭头，每个连接语仅使用一次次，紧记紧记 并并且且每个名词每个名词最最少与另一个名词连接起来

31、少与另一个名词连接起来。68名名词词连连太阳太阳、接语形接语形成成、河、云、雨、水蒸、河、云、雨、水蒸气气、降下、含有、转化为、汇流成、照、降下、含有、转化为、汇流成、照射射题题 旨旨科学理解与 科学思维与能力来源满满 分分代码 2部 分 分部 分 分 数数代码 1零零 分分代码 0代码 9建立关于降降 雨雨的概念图应用地球科学地球科学实践模型与建模模型与建模模型建构模型建构 2.2系统思考、清晰表达模型内部结构及其整体与局部之间的关系。修改自 NAEP 2009 样本试题学生给出正确的概念图学生给出正确的概念图学生的概含图含最少三组正确的关联组合，即最少给出三组以下之关联组合学生的概含图含最少三组正确的关联组合，即最少给出三组以下之关联组合水水“太阳”(照射)“水”；“水”(转化为)“水蒸气”；“水蒸气”(形成)“云”；“云“(降下)“雨”；“云”(含有)“水”；“雨”(汇流成)“河”。其它答案。没有作答。聚合交叉 协同创新含有以下组合题以下组合题(概念图概念图)修改自修改自 NAEP 2009 样本试题样本试题按以下步骤太阳水云雨水蒸气照射转化为形成降下河汇流成谢 谢