STEM跨学科视域下美国科...ding(Science)_张四方.pdf

*中央电教馆“基于和悦智慧课堂的教学实践与评价研究”(教电(2 0 2 1)0 1-0 0 3号);安徽省质量工程研究项目“高校 中学”协同一体化教师教育实践能力培养的研究与实践”(2 0 2 0 j y x m 0 6 7 9);安徽师范大学“基于“高校 中学”协同模式下的本科生社会实践课程体系建设与实践”;安徽师范大学“学科教学论(化学)”课程思政项目;安徽师范大学“化学史与方法论”研究生课程思政项目;芜湖市教育规划课题“基于文化认同下的校区融合实践研究”(J K 2 1 0 1 5)*通信联系人,E-m a i l:z h f o r f i n e 1 2 6.c o m课程教材评价S T EM跨学科视域下美国科学课程资源建设的分析与启示*美国科学读本A m e r i c a n T e x t b o o k R e a d i n g(S c i e n c e)张四方1,2*周辰爽1 黄盼盼1 陶 宇1 李孝男1(1.安徽师范大学化学教育研究所 安徽芜湖 2 4 1 0 0 0;2.安徽师范大学附属萃文中学 安徽芜湖 2 4 1 0 0 0)摘要 为探究美国科学课程以及课程资源建设特点,以S T EM教育为理论基础,基于G.Y a k m a n提出的S T M金字塔结构框架,整合N G S S核心概念,获得S T EM核心概念编码表,并采用内容分析法,对美国科学读本A m e r i c a n T e x t b o o k R e a d i n g(S c i e n c e)和配套视频进行定量定性分析。从读本知识点的整体分布、栏目探究以及使用方式等方面展开分析,结合已有研究,得出此课外读本特点:以科普内容为起点,贯彻核心概念,通过跨学科、线上线下多种理念教学,以促进学生科学素养发展、科学本质聚焦以及科学课程资源多元化。关键词 科学教育 课程资源建设 美国科学读本 S T EM 核心概念D O I:1 0.1 3 8 8 4/j.1 0 0 3-3 8 0 7 h x j y.2 0 2 2 0 4 0 2 4 7 S T EM教育作为一种重要的科学教育理念,强调以跨学科的整合教育打破学科壁垒,以真实情境重构学科面向世界,着力培养学生问题解决能力,是其要义之一。2 0 1 3年美国颁布的 新一代科学教育标准(N e x t G e n e r a t i o n S c i e n c e S t a n d a r d s,简称N G S S)将科学学习划分为学科核心观念(D i s c i p l i n a r y C o r e I d e a s)、跨 学 科 核 心 概 念(C r o s s c u t t i n g C o n c e p t s)、科学与工程实践(S c i-e n c e a n d E n g i n e e r i n g P r a c t i c e s)等3个维度1,以帮助学生建构日益连贯的科学理解(C o h e s i v e U n d e r s t a n d i n g)2。2 0 1 6年 教育信息化“十三五”规划对当代科学教育提出新要求“积极探索信息技术在跨学科学习(S T E AM教育)等新的教育模式中的应用,着力提升学生的信息素养、创新意识和创新能力,促进学生的全面发展”3,这与当代科学教育发展所呈现的国际新趋势不谋而合。义务教育科学课程标准(2 0 2 2年版)4提出,“科学课程资源指有助于进行科学教学活动的各种资源”“学校应尽可能配备内容丰富、形式多样的科技图书”。近年来,全世界范围内综合科学课程一直在持续迅速增长5,均强调科学教育应强化科学知识整合,正式学习与非正式学习一体化,多元化科学课程资源,从而提高学生科学素养6。而目前,我国科学教育依然以分科课程为主,综合科学教育还处在政策呼吁和少数科学教师的初步实践探索阶段7,课外优质青少年科学教育资源和产品供给相对不足8。因此本研究以S T E M跨学科视域对A m e r i c a n T e x t b o o k R e a d i n g(S c i e n c e)(简称 美国科学读本)进行内容、教学视频分析,以小见大,总结读本特点,以期对我国课外科学课程资源建设以及综合科学课程学习有所启示。1 研究设计1.1 研究问题S T EM教育注重学科间的联系与整合9,本研究基于S T EM结构框架对科学读本的知识点按具体学科编码,将学科知识量化,并在此基础上对读本进行质性分析,探究 美国科学读本如何以S T EM教育理念呈现学科知识核心概念,构建跨学科学习方式,通过非正式学习促进综合科学教育,从而提高学生的科学素养。1.2 研究对象本研究对象为 美国科学读本,此读本为美4化 学 教 育(中英文)(h t t p:/w w w.h x j y.c h e m s o c.o r g.c n)2 0 2 3年第4 4卷第1 3期国中小学精选课外科学课程资源的相关读物,该读本一共4本书,每本书分为物质科学(P h y s i c a l S c i e n c e)、生命科学(L i f e S c i e n c e)以及地球科学(E a r t h S c i e n c e)3大模块,1 5个科学主题单元。以(K 1 2)年级科学教育框架(以下简称新 框架)和N G S S为标准,按照S E TM科学模块精选课程内容1 0,聚焦核心概念,整合跨学科内容,以文本阅读与线上视频相结合的方式进行教学,实现学生科学素养的内化。1.3 研究工具与方法S T M金字塔结构框架(图1)以S T EM教育为基础,解释了如何整合传统的科学、技术、工程、艺术和数学学科等,以此制定课程计划。G.Y a k m a n首先对这些学科进行研究,并对它们做出界定,并确定S,T,E,M,A等5个元学科(M e t a-d i s c i p l i n e)分别包含的具体学科。本研究基于S T M金字塔结构框架,并根据周鹏琴等人1 1设计的S T EM编码表确定了S,T,E,M各学科内容,并在此基础上融入新 框架提出的核心概念,并用新 框架中核心概念字母代码(表1)作为编码符号,构建S T EM知识点与核心概念之间的认知桥梁,最终形成S T EM核心概念编码表(表2)。由于编码表涉及的理论基础扎实,由此得出的编码表具有较好的内在信效度。F i g.1 T h e p y r a m i d f r a m e w o r k o f S T M图1 S T M金字塔框架 本研究基于S T EM核心概念编码表,采用内容分析法,对 美国科学读本进行定量定性分析1 2。将读本依据教学内容划分每个章节的知识点,按照一定的编码方式对各个知识点进行学科编码,内容量化,再利用E x c e l分析软件对知识点数据进行分析,从而得出S T EM各学科(S,T,E,M)的知识点在读本中的分布情况。在定量基础上,本研究对读本进行质性分析,首先对知识点进行核心概念归类,再通过阅读文本内容观看视频资料对读本进行质性分析,得出读本单元栏目以及读本使用方式的特点,从而探究出 美国科学读本如何实现综合科学教育理论落地的方式,以期对科学资源建设有更深刻的理解。1.4 研究过程为了保证本研究的外在信度,研究者A和研究者B共同使用S T EM编码表进行预编码,例如编码S c i e n c e 3第1 2主题单元时,2位编码者先共同确定这一单元知识点分布为2 1个,再分别按照表1逐一进行编码,例如将“c h e m i c a l c h a n g e科普知识”S T EM编码为S 3,核心概念编码为P S 1;将“e v a p o r a t e科普知识”S T EM编码为S1,核心概念编码为P S 3。同时整套书编码完毕后,将2份结果汇总,并进行一致性K a p p a检验,最终K a p p a值为0.8 9 3,一致性良好,具有较高的外在信度。最终确定外在一致性后,编码者再进行编码结果校对,对有不同意见的编码结果进行讨论并确定,结束后对整个编码表进行数据统计和分析。同时,本研究还对读本内容进行质性分析,具体过程为2位研究者结合教学视频对 美国科学读本进行详细阅读学习,并以学习者的角度去体会每个栏目的特色以及学习特点,一周自学后,2位研究者进行阐述并讨论关于 美国科学读本自学的感受,并对读本栏目、学习视频等进行讨论,最终通过总结得出此读本的内容选择编写以及学习方式的特色。最后基于S T EM跨学科的理论基础对研究结果进一步分析,从中得出对我国未来科学教52 0 2 3年第4 4卷第1 3期 化 学 教 育(中英文)(h t t p:/w w w.h x j y.c h e m s o c.o r g.c n)表1 新 框架中核心概念及其细化T a b l e 1 C o r e c o n c e p t s a n d r e f i n e m e n t s i n n e w F r a m e w o r k表2 S T E M核心概念编码表T a b l e 2 C o d i n g t a b l e o f S T E M c o r e c o n c e p t s元学科具体学科编码样例学科核心概念编码科学(S)物理S 1了解光的反射、折射能量P S 3生物S 2掌握植物器官的种类以及其作用遗传:遗传特性与变异L S 3化学S 3通过案例,能区分物理变化和化学变化物质及其相互作用P S 1地理科学S 4认识各种地形地貌地球系统E S S 2空间科学S 5通过观察太阳和月亮位置的图片,学会判断月亮的周期地球与宇宙E S S 1生物化学S 6植物生长过程中,如何利用化学知识促进其生长从分子到生命体:结构与进程L S 1技术(T)医学T 1了解健康生活的方式地球与人类活动E S S 3农业T 2农作物生长所需要的适宜条件生物演化:统一性与多样性L S 4生物技术T 3了解生物培育的过程,以及其中所涉及的一些手段工程、技术、科学和社会的联系E T S 2制造T 4将成品与原材料建立联系,理解物品制造的过程工程设计E T S 1建造T 5了解房屋建造过程中所需要的材料以及施工过程工程设计E T S 1信息T 6能读懂图片所呈现的知识点,并找到对应的文字无无通讯T 7无无无运输T 8学习并掌握国内能源运输的方式工程设计E T S 1电力T 9了解身边供电的方式以及有关家用电器电力的知识波及其在信息传播技术中的应用P S 4能源T 1 0了解太阳能的作用能量P S 3操作T 1 1学会利用天平称量物品运动与稳定性:力与相互作用P S 26化 学 教 育(中英文)(h t t p:/w w w.h x j y.c h e m s o c.o r g.c n)2 0 2 3年第4 4卷第1 3期续表2元学科具体学科编码样例学科核心概念编码工程(E)航空航天E 1了解太阳系相关知识,认识八大行星地球和宇宙E S S 1建筑设计E 2通过观察房屋图片,了解房屋设计的功能及意义工程设计E T S 1农业机械E 3了解农耕是使用的工具工程、技术、科学和社会的联系E T S 2化学制品E 4认识糖类的溶解物质及其相互作用P S 1土木工程E 5了解房屋构造所需的材料以及相关步骤工程设计E T S 1计算机E 6无无无机电E 7无无无环境工程E 8懂得自然资源的重要性并掌握保护资源的具体措施生态系统:相互作用、能量流动和动力学关系L S 2海洋工程E 9无无无工业系统E 1 0通过观察相关图片,了解大型工业的组成以及作用工程、技术、科学和社会的联系E T S 2材料科学E 1 1了解纯金属和矿石等混合金属的区别无无机械E 1 2认识吊车,并明白其中运用的滑轮物理知识工程、技术、科学和社会的联系E T S 2矿业E 1 3认识常见矿石并了解其种类物质及其相互作用P S 1数学(M)数及其运算M 1无无无代数学M 2无无无几何学