STEM教育的教学法案例（一）

向世清中国青少年科技教育工作者协会

【专栏作者】

向世清

博士，中国科学院上海光学精密机械研究所研究员。长期从事激光物理与工程技术的前沿研发，是参与产业经济战略与决策咨询、基础教育改革咨询、科技创新中心发展战略设计等多领域战略专家，也是上海市最为活跃的科技创新教育专家之一。

为了大家能够更好地体会九步法和加深对其的理解和应用，采用一个与九步法直接对照说明的清晰案例过程是最好的方式。所以，我们首先认识一下九步法框架（如图1）。

▲图1 STEM教学所遵循的基本方式与过程——九步法

以下典型案例的叙述便是直接对照这一确定的框架，清晰但简明扼要地给出教学设计和过程。这里要特别说明，在学习这些案例时，请大家更为侧重关注方法步骤的一一对照，并在有疑问和困惑的时候返回去再读我们前面各讲所解读的各步骤的对应内容。

也特别强调，这里给出案例的最主要目的，更是想以具体的内容但从不同的另外角度，进一步促进大家对STEM教学过程的熟悉和理解，使大家可自己“依葫芦画瓢”式地设计自己的教学方案。

所以，请大家更为注重方法论，以掌握方法为第一目的，而不是只关注案例本身的具体内容。因为就算是会了这几个案例，也不一定能实现真正的学会和掌握。我们要的是举一反三和触类旁通，最后实现一会百会。

大家也还要建立一个概念，这里即将给出的所谓几种不同的案例类型，主要是指的针对问题或主题的类型，这是以便大家在自己的教学方案设计中更好地掌握不同类型教学情况下的应对策略和方法。

案例类型一

知识概念学习型

知识概念是在教育中最为基本的逐渐递进的教学内容，这在各个学科的知识教学中都是一样的要求。学生在学习过程中，经过学习前人对自然界和社会中的各种事物、现象的认知性总结提炼所形成的各种描述性和界定性的概念，就能够逐渐建立起单个学科乃至众多学科的知识体系，然后一边循序渐进，一边建立知识之间的联系并融会贯通，直至慢慢建立其个人的知识总集，然后再应用和实践中进一步增进、拓展和创新知识。

所以，我们首先给出一个基于概念学习的案例。为了特别典型化，这里我们选择浮力的概念设计第一个教学案例。也为了更多的导师或教师可以在不同知识程度水平上都能理解案例，这里特别选择简单水平能级、直接针对小学生高年级学习的教案予以呈现。

浮力是一个物理学的知识概念，也是一个生活中最为常见的现象（如图2）。所以选择浮力作为案例对于绝大多数教师而言，都可以很容易理解，就算不教物理，也是很容易得到认识的。

▲图2 基于STEM教学九步法设计浮力概念教学案例

凡是学过物理的人，甚至只要是有一定知识及生活常识的人，都知道浸在流体内的物体受到流体竖直向上托起的作用力叫作浮力。虽然这看起来极其简单，但这是对成年人而言。对于一个刚刚开始接触到浮力的初学者小学生或孩子，要想让其更为准确地学到、理解和掌握这个概念，其实存在着难度，也存在着更好的入门教学方式和过程选择。

我们现在经常发现，常见的书本式物理课中的教学效果都不理想，很多学生最后是“知其然而不知其所以然”，能记住概念，能考高分，但却可能一辈子没有真正理解其概念的准确意义和内涵。

那么，STEM教育怎么实现这个概念的教学并突破认知难题呢？以下，我们按照九步法简明地给出“教案”，见表1。

总体来说，对于概念的教学设计，应围绕概念的各种生活应用内涵与延伸展开。其中，对于前人在科技发展中如何提出概念等过程应该加以引导学习。过程中更应该特别注意以合适的实验或实践方案承载概念的教学。教师的作用必须按照前述各阶段要求，最终予以优化实施。最后特别强调，概念的理解是无止境的，因此教学设计中的时间概念要尽可能放宽，不必按照当前教学进度方式考虑和要求。

（来源：《中国科技教育》2020年第7期“专栏”栏目，作者向世清，有删减。中国青辅协会员可点击“阅读原文”登录杂志官网免费浏览全文。）

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