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《抛石机攻城》：一个STEM项目 ——以深度学习的视角来浅析: 热度 1 wangxianbang 2018-12-24 23:09; 《抛石机攻城》：一个 STEM 项目 ——以深度学习的视角来浅析王鹏引言：深度学习的基本特质有：一是深层动机；二是切身体验-高阶思维；三是深度理解-实践创新。本文利用文字、图片和视频等回顾了《抛石机攻城》项目的整个教学过程，尝试与深度学习的特征对接以期带来一些教学启示与实践反思。关键词：深度学习；抛石机；教学启示；实践反思 \0 “ 趣味科技探究”兴趣选修课上，我给学生的项目任务是制作完成一个具有一定发射远度和精度的抛石机。目标是将子弹（螺母）发射出去，击倒对面桌子上代表不同分值的小兵偶。为获得高分，学生需要设计一定的瞄准装置，同时运用战术策略来出奇制胜。当然，由于存在一枚子弹连击的情况，让比赛充满了变数与惊险。完成这个小工程的过程中，学生在科学（Science）、技术(Technology)、工程(Engineering)和数学(Mathematics)等方面都有所发展，教师的角色也在发生着变化。本文将回顾自己在小学阶段对此项目的实施过程，尽管教学实践并不完美，但希望能以深度学习的视角来浅析这一项目的教学过程，以期对读者有借鉴意义，为更多想进行综合实践性课程开发的老师带来参考。教学过程：这个活动来源于“兴华国际青少年科技运动会”中的一个竞技项目，要求选手利用一次性筷子、塑料小勺、螺母、钩码、棉线、小纸杯等材料以及尖嘴钳、剪刀、热熔胶枪和胶棒等工具来制作抛石机。原本对筷子的数量和装置的空间大小等有一定要求，但现在的小孩儿都是有想法的一代，虽然只是四年级和五年级的小学生。为了让他们能尽情施展想象力，满足其创作欲望，在开始制作活动后，我没有再提这些限制，给他们一次学习的自主权。第一次课上，让学生观看了阿基米德保卫西西里岛时使用抛石机的卡通片（或者新版《杨家将》中的片断）后，我对这项活动进行了介绍，并让其观看了兴华科技运动会几届比赛中的精彩场面。特别值得一提的是，广西师大附属外国语学校的周晓庆老师录制的情节跌宕起伏的《抛石机经典对决——东梧大战》，让学生们看得情绪高涨，个个摩拳擦掌，跃跃欲试。（后附视频链接） https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzU0NDY2NjczOA%3D%3Didx=1mid=2247483655sn=247be6820e2ce71877a669dcb0e5d5ae 随后，我让学生对照着 PPT 中的几个样本进行组内讨论和设计。他们就开始了头脑风暴，讨论起自己小组的设计。据家长的反馈，许多学生回到家中就开始了制作。看来，项目本身蕴含着魔力，能让学生内在的深层学习动机迸发出来！图 1. 学生在家中设计与制作第二次兴趣课上，就已经有小组带来了作品。下面是两件作品图 2. 学生在课前的制作左边的主创者是一位五年级的女生，右侧的主人是四年级的男生。对比来看，女生的作品在结构上更有对称性，底座上还画有线条，可见其规范细致。而男生的略显粗糙，能看出有些地方是边制作边改动，增加筷子的数量来换取稳定性的提高。他们试图以高度获利，但没有想到重物下落的甩动空间却减小了。尽管模仿视屏中的作品，增加了红光瞄准器，但可惜的是，不加思考地将其固定在了转动杆上。各小组的组长领了材料与工具后，大家就热火朝天地行动起来。这之后，我就不再干涉他们的活动，而更多地像是一个服务者的角色。比如，给各个小组调配一下筷子、吸管、剪刀、尖嘴钳、尺子、钩码；监督他们安全地使用热熔胶枪；应他们的要求，将 PPT 翻到他们需要看的图片或视频；偶尔也会讲“可能会选拔表现好的同学参加兴华科技运动会”的比赛之类的话来激励一下，提升小组成员的参与度。因此，除了巡视和提醒安全事项之外，我的指导更多只是守在讲台上，看着学生安全地使用胶枪。看着学生们投入的样子，我感到自己好像是撒了一把种子到田野里，他们就各自竞相疯狂生长！图 3. 学生加工每个组的设计重点与作品质量显然是有差别的。有的设计想以高度取胜，但实际测试时子弹却高高越过对岸敌军阵地；有的稳固是靠底盘厚重，而有的则是在结构对称上面下功夫，却没考虑重物落下的空间；有的安装好了，准备试射时才发现勺子安反了…… 冠军作品亚军作品第三次课，在给了二十分钟的加工制作时间后，我安排一些已经初步完成作品的小组在教室里或走廊里进行轮流测试，要求至少2米的射程（约四块地板砖的距离）。在学生测试出现问题时，我才开始适当地指导学生注意诸如结构的稳定性、转轴滑动的影响、重物的下降空间、配重与射程的关系、子弹出射角度、角速度与线速度的关系、子弹的弹道轨迹弧线与落点关系等问题，提醒他们要考虑作品的整体性结构设计，同时开始设计瞄准装置。这次，我允许学生进行组间交流观摩，吸收别的小组好的方法。比如，第一小组用到的筷子数量少，但是稳固，因为结构对称，多处三角形结构的运用恰到好处；第五组高大，射程已经不是问题；第七组作品虽然不高大，但阻力臂（勺子端）长度大于动力臂（配重端），提高了发射时的速度（同轴转动，半径越大，线速度越大），依然射得远；第九组在结构的中间部位放置了一个胶带，似乎有瞄准器的意味…… 相互参观完，多数小组都重新进行了设计。第四次课，各个组基本上都完成了作品。在二十分钟的最后一次集中加工之后，开始了第一轮选拔赛。总共有九组，我进行了这样的安排： 1. 各个小组发射十发子弹，击中2米外（约四块地板砖的距离）的桌面上的小兵偶。以击中次数排名选出前六名。 2. 各组出一名裁判，进行交叉记录。（下面为裁判记录单）参赛小组：第组裁判员：总成绩：投射次数 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 发射次序（击中则打对勾为记） 3 ．如果不足六组，则余下的小组重新比赛，竞争入选名额。第一轮选拔赛第一轮选拔赛视频： https://v.qq.com/x/page/p08052130dv.html 果然不出所料，第一轮选拔后，只有三个组打中了小兵偶，从而直接晋级，其他均打空。余下六个组又进行了一次比赛，才又有一个小组晋级。 3. 进入下一轮比赛的小组，下节课将进行“对攻赛”，对手通过抽签产生。而余下的小组，为了不打击学生的活动的积极性，也安排进行一次友谊性质的“对攻体验赛”。第五次课，友谊体验赛与前四排名赛。为了能让晋级小组表现更好，我将友谊体验赛安排在前面。在被淘汰组进行比赛时，四强小组在走廊里进行模拟训练。一次课的时间只有60分钟，为节省时间，友谊赛只打一局（这些组战绩不佳，能打倒一个兵偶已属不易）。这次的兵偶数量增加到三个：桌面倒扣水槽作为障碍物。一侧的大兵偶为一分，另一侧一个小兵偶为2分，在水槽后面只露出上半身的大兵偶也为2分。一颗子弹连续地击中兵偶算分，但水槽或桌面振动导致兵偶倒下则不算得分（这就为比赛带来了一定的悬念：选手需要打中的同时，也要考虑战术选则，反败为胜也是有可能）。每局的发射次数也增加到20次。友谊赛结束，开始了前四名的排位赛。排名将决定决赛对手是谁。由于时间紧，只进行了一局。最后的结果是以打倒小兵偶的分值确定了前二名（下节课进行冠亚军决赛），后两名争夺第三名。第六次课，三四名争夺与冠亚军之争。三四名由于双方选手及作品水平不太好，只进行了一局。更多时间还是留给了后面的压轴大赛。果然，这两个组没有让我们失望:三局打平后，只好以类似点球大战的方式决战——谁先打中小人谁胜出。所以，比赛的结果是没有失败者，学生们都很高兴！冠亚军决赛视频： https://v.qq.com/x/page/b0800wfo2vc.html 第三名获奖第三名分享经验——结构改进与发射效果 https://v.qq.com/x/page/s0817kxoruz.html 亚军获奖亚军分享经验：比较腼腆的小组 https://v.qq.com/x/page/e0817tlwa4l.html 冠军获奖冠军经验分享 https://v.qq.com/x/page/i08170s4vj0.html 讨论与反思：从 STEM 方面讲，在这个教学活动以让学生利用筷子完成一个古代兵器——抛石机作为工程目标。前期学生进行了图纸的粗略设计（包括实践中的改进），实施过程中熟练使用了工具，灵活利用了材料的特性，这些是技术的核心（设计与操作）。重量（质量）、碰撞、能量、速度、重心、结构稳定性等，这些是科学概念（尽管学生尚处于经验层面，但他们能理解这些术语的含义）。底面积、半径、转动角度、抛物线、三角形稳定性等，都是数学工具性的体现。而在指导学生使用热熔胶时如何美观、整体结构要对称而非盲目堆砌等等，一定程度上也涉及到了艺术的美感培养。在项目实施过程中，我们并没有刻意去做出这样的划分，但其实这就是在真实任务完成（或问题解决）情境中的自然融合。我们从深度学习的视角来审视这个项目教学活动。我国学者李松林等将“深度学习”界定为“借助具有整合作用的实际问题激活深层动机，展开切身体验和高阶思维，促进深度理解和实践创新，进而对学习者产生深远影响的学习样态”。他们认为，深度学习的内涵是指触及心灵深处的学习、是深入知识内核的学习、是展开问题解决的学习。而展开问题解决的学习有两种方式：课题研究式学习与项目创作式学习。（《抛石机攻城》项目显然属于后一种方式。）深度学习的几个基本特质是：一是深层动机；二是切身体验-高阶思维；三是深度理解-实践创新。（李松林贺慧张燕 2018）我们的教学活动属于项目创作式学习，可以依据深度学习的三个特质来对照分析一下。学生的学习动机有没有被激活呢？从学生的课堂参与程度以及课后在家主动制作作品的行为来看，确实激发起了内心的欢喜。学生学习的动机类型是内在的，是源于对动手实践的自然渴望，而外部的激励只是教师给定的一个小目标。有效学习的前提就是学习者感兴趣，愿意参与进来。学生是否有切身体验？是否进行了高阶思维？显而易见，教学活动就是以学生为中心来展开的，特别是以动手实践与合作学习为主。教学活动体现了阶段性特点。首先，要保证开放性。不过多添加教师的指令，留出更多时间给学生自主活动，这是对学生自主性和创造力的尊重。其次，要体现生成性。把握好师生交流与教师集中指导的时机。先给学生一些经历（包括犯错的机会），问题的呈现与解决办法的提出才更显自然和真实。再者，教师的角色发生转换。在这个项目教学中，学生是中心，教师提供给学生创作所需要的心理安全环境，成为教学活动的组织者，学习进度的促进者、筹备各种资源的服务者……在这个项目教学活动中，教师不再是高高在上的权威，而仅是平等的首席参与者。从结果上看，这项小工程带给这些小制作者们快乐，让他们学会了合作、专注，体验了从设计到作品的完整流程。因此，学生的切身体验是充分的，在时间和空间上以及教师的管理上都得到了保证。什么是高阶思维？所谓高阶思维，是指发生在较高认知水平层次上的心智活动或认知能力。新版的布鲁姆教育目标分类学的框架中将学习的认知过程维度分为六个层级：记忆/回忆、理解、应用、分析、评价、创造等。后面三种认知方式属于高层次的心智活动，运用这样的方式进行的学习可以称之为高阶思维。因为授课对象是小学生，我们在教学活动中并没有过分强调知识的记忆与理解。但肯定他们会应用已经有的经验来创作，如杠杆原理的应用、数学课上学习过的三角形的稳定性等；分析问题的难度与突破的办法，如小兵偶的距离不同，发射时拉下的勺子的角度不同、瞄准装置或参考物设计、子弹盒的设计；在分享环节可以看到他们是如何评价自己作品以及参考对手作品来改进；有些小组增加了瞄准装置、有些设计出了角度控制以及不断总结出自己的射击操作妙招，有些则在比赛过程中学会主动更改策略……这些都体现了学生的创造性。因此，问题解决始终牵引着学生发挥主动性，让思维处于高层次，不断进行着实践创新。学生的学习有深度理解吗？他们的学习是否深入知识内核？这个项目的核心知识块是“杠杆原理”。在苏教版小学科学的编排中，这一知识的教学是在五年级下册。兴趣班里的学生都是四、五年级的孩子，大多数还没有接触过这个概念。那是否就意味着要等到五年级学完杠杆原理再开展这个项目的呢？显然，这即是所谓的先学后教，教学思想的出发点是理论先于实践。然而，在依据课程标准而编写的不同版本的小学科学教材中，这一内容的编排位置是很不同的。广东省的一个版本就将其编写在了六年级上册。从这一点说明，杠杆原理的知识教学呈现与思维能力阶段性匹配并没有得到论证。另一方面讲，学生并不是脑袋空空来到教室，他们有过玩跷跷板的经历尽管这并不能对本次任务挑战带来多大帮助，但至少是教学的一个基点。因此，我们可以尝试“提前”教学。实践与理论并没有优先级之分，甚至可以说实践应当在理论之前才更符合人的认知心理过程。同时，我们一直在反思“知识”的本源问题。知识的产生源于人类解决生产生活中的问题，知识及知识体系的建构也是在切身实践与理论总结中完成的。如果学生仅仅是学习书本上抽象化后的符号概念以及以缺少真实情境的习题演算来完成知识的获得，显然是无法深刻理解知识的内核并实现灵活应用，单调的教学形式也让知识的学习变得枯燥无味。当我们的学生在把杠杆两端调整比例或者与别的小组作品比照时，他们可能发现效果的大不同；当他们把“子弹”射出时，也许明白了杠杆的实际用途；当他们为了精准打击“兵偶”而不断调节配重、发射角度或是研究“子弹”落地点与飞行弧线轨迹关系时……我们可以设想，在学生眼里杠杆已经不再只是一架装置，而是一套涉及多方面因素的工程体系。就是在这样的实践操作与不断反思调试中，学生可以体悟到力矩、半径与转动角度、发射点出射速度与射出角度的关系，也能理解能量的转换、结构稳定性与重心的关系等。这样建构的知识是生动的，更是源于实践的。（当然，我们也得承认在实际的教学中不能保证所有的学生都能学习到这些或全部理解到位。但我们应当相信，活动体验必然为学生将来学习那些定义完整的概念打下了情境基础。）结语：最后，尽管小学生的作品大多不美观，但就像爱因斯坦的小板凳，我们不可小觑其中所蕴藏的潜力。麦克斯韦曾说，实验的教育价值与仪器的复杂性成反比。融合式的 STEM 课程能带给学生制作这些“小板凳”的机会，更真实地促进学生发展。因此，我们更应当关注的是这些作品背后的课程价值，教与学的过程让学生成长了什么。当然，在本项目的教学中，很多方面还很不到位，比如原本想增设学生反思与相互评价的环节，但发觉学生的兴致已过，而且项目开展的时间过长，也就只能简单完结，期待下次活动设计中能把创作与反思穿插进行，使教学环节能更紧凑与合理。如何具体设计，就需要我们在课程设计与教学实施中多去思考、提炼和实践创新！李松林，贺慧，张燕.深度学习究竟是什么样的学习 .教育科学研究，2018，（10）. Lorin W.Anderson 等编著，蒋小平，张琴美，罗晶晶等译，罗星凯审校. 《布卢姆教育目标分类学——分类学视野下的学与教及其测评（完整版）》【M】.北京：外语教学与研究出版社,2009. 李松林，贺慧，张燕. 深度学习究竟是什么样的学习 .教育科学研究，2018，（10）. Lorin W.Anderson 等著，蒋小平，张琴美，罗晶晶等译，罗星凯审校 . 《布卢姆教育目标分类学——分类学视野下的学与教及其测评（完整版）》【 M 】 . 北京：外语教学与研究出版社 ,2009.; 个人分类: 科技教育|9195 次阅读|3 个评论

陈啸硕士论文：《留美学生季报》及其科教救国思想的传播: kexuechuanbo 2014-12-4 15:18; 《留美学生季报》及其科教思想的传播分页下载分章下载整本下载在线阅读 CAJViewer下载不支持迅雷等下载工具。免费订阅 RenderYbylHtml(); 【作者】陈啸；【导师】姚远；【作者基本信息】西北大学，传播学， 2013，硕士【摘要】《留美学生季报》作为留美学生会的会刊,是留美学生传播科教思想的重要阵地,而本文的研究目的在于力图透过它找出科教思想在中国传播的新线索。文章主要通过对其编辑出版概况和内容进行分析,归纳与深化其中的观念,以季报中所介绍的两种思想的历史发展脉络为“经”,以同时期其他期刊为“纬”,在比较中探讨《季报》在两种思想的传播过程中所发挥的作用及所处地位。在传播科学救国思想的过程中,《留美学生季报》强调中国科学因“嗣响无人,遂成陈迹”,故无从发展,为中国贫弱之症结；强调科学乃富民强国之利器,与人生、与人之价值、与救国有着密切联系；提出以科学促进兵工农林水利的发展,“以工商业为之辅”,并建立科学的学界,将教育视为救国的重要手段,这是实现科学救国的3个主要途径。而其在传播科学教育思想的过程中介绍了“教育之鹄的科学教育”；指出“科学教育者有干有枝”,实现的途径有“学校之所教授,家庭之所训习”；提出“学会为人才养成之所”、“学术制造之场所”和“民智之促进团”；告知“科学之方法”及“科学方法之唯一精神”。另外,《留美学生季报》中有关留学教育的内容是其一大特色,其专门设有留学生记事栏目,主要登载留美学生会的活动,以... 更多还原 AbstractFilter('ChDivSummary','ChDivSummaryMore','ChDivSummaryReset'); 【关键词】《留美学生季报》；科学救国思想；科学教育思想；留学教育；科学传播；【文内图片】【基金】国家社会科学基; 【网络出版投稿人】西北大学【分类号】G239.29 【下载频次】1 攻读期成果欢迎阅读全文 _留美学生季报_及其科教思想的传播_陈啸.caj.caj; 个人分类: 弟子学位论文|1928 次阅读|0 个评论

最近家长的咨询让我无奈: amisyy 2010-6-3 14:30; 现在有很多家长都非常新机的在孩子四年级时就开始考虑小升初的事情，这也不能怪您，谁让就是这么各大环境呢。很多家长都在问我这个项目有没有特长，那个有没有特长。这让我如何回答您？现在有，明年有没有就不知道了。这也不能怪您，谁让现在小升初就是这么个形式呢。还有很多家长咨询我这个班和那个班相比，哪个更难？哪个更好？这怎么说呢，似乎我也无法回答，只有您的孩子自己才有体会。或许孩子都没有什么体会，只是适合不适合他的问题。因此，在您选择孩子的兴趣班时（只有一小部分的家长是和孩子一起商量选择兴趣班，或者更小部分家长是根据老师选择兴趣班，绝大部分家长是根据能不能有特长来选择的。但是您的孩子是不是这块料？上课的老师是不是适合您的孩子的步调？），不妨就多问问，也多和老师聊一聊。不过请您别再聊特长生的问题了，这是政策，不是老师们说了算的事情。我觉得，您不妨放宽心，目光放长远些，向更多明智的家长一样考虑一下孩子的兴趣成长和全面发展（小学、初中阶段还是不要太偏科的好）。另外，还有一点就是，我的课程不是锻炼小孩的动手能力，很多家长都跟我说想锻炼动手能力所以上乐高课，不知道有哪些地方的乐高课程是以这个为宗旨的，这样肤浅！！！我的课程设计重在培养孩子在遇到问题时如何解决，能不能采取有效地方式方法解决，然后再看你的思路是不是更好。单独某一个技能的提高和培养在我的课上可能不会得到迅速的提升。这是我给学员发的学习规划。机器人活动的整体学生学习生涯规划是这样的： 5-8 岁以几何变化、简单机械入门为主； 9-14 岁以团队合作、协同竞赛为主； 15-18 岁以个人技术创意实现、特长定向为主。因此，家长可以根据学生的情况安排他的机器人活动。; 个人分类: 校外科技教育|3439 次阅读|0 个评论

总理听课的意义：让中国的课堂教学立于不败之地: panfq 2009-9-8 09:04; 潘发勤上午，温家宝到北京市第三十五中学，听了一上午课，并对所听的五节课一一作了点评。他肯定了数学课运用启发式的教学方法，但也指出内容比较单薄；肯定了语文课的默读和概括故事情节锻炼了学生的阅读和逻辑推理，但缺少介绍作者生平的环节；肯定了研究性学习有利于开阔学生的思维，但希望老师要有广博的知识；他赞成地理课把地理和地质、气候结合起来，也指出了教材中的问题；他说一堂音乐课其实是让孩子们通过唱歌懂得人世间的爱，把音乐课上升到美育的高度。总理到教学第一线听课，其意义何在 ? 总理重视教育，可以简单地讲讲教育、教师对社会的重要意义即可，有必要到课堂第一线吗？我要说，到课堂第一线听课很有必要。百年大计，教育为本；教育大计，教师为本；而发生在教室里的课堂教学，正是教育的核心工作，是教育、教师贡献于社会的主要途径。课堂教学的意义不可小觑。在特定时期，某些国家会把国力强盛同课堂教学联系起来，甚至把教育同国防联系起来。记得 1957 年前苏联第一颗人造地球卫星的成功发射对美国产生了强烈刺激。美国朝野一片哗然，纷纷对空间技术的落后的原因加以检讨。美国于 1958 年派官方考察团访问苏联，考察结果表明美国科技落后的状态是由教育的落后造成的。考察团一位前参议员惊叹：ldquo;俄国的教室、图书馆、实验室和教学方法，对于我们的威胁可能比他们的氢弹还要厉害 ! rdquo;于是，美国人将目光转向了教育，对自己的教育进行反思和改革。甚至把教育提升到国防的高度，颁布一个听起来有点古怪的法律mdash;mdash; 《国防教育法》，加速科技人才的培养。这势必涉及到具体的课程内容和课堂教学方式的改革，于是有了布鲁纳等倡导的学科结构运动。可以看出，科技教育是冷战竞争的又一个战场，甚至在冷战过后 10 年的今天，西方国家只要遇到挑战和危机就会想到要改善数学和科技教育。如果把这段历史跟总理亲临一线了解“中国的课堂教学究竟是什么样子”的行为联系起来，不正说明总理注意到教育这一链条的关键环节，注意到课堂教学对于一国强大起来的历史意义吗？总理此举意味着，要让中国的课堂教学立于不败之地。当然，如果一国政府仅出于国家竞争的需要，就会使教育的天平倾斜而忽略人的和谐发展。冷战时期军备竞赛背后的科学技术较量，使得教育的天平严重倾斜于科技教育，正如今天各国为提高自己的经济实力而使教育严重倾斜于与经济发展比较密切的学科、倾斜于与市场接近的学科一样。总理所听的课程涉及科技和人文，说明我们的学校教育不会仅仅为某些方面的竞争而忽略人本身的，这与我们目前提倡的和谐发展观（例如不为经济实力的提高而破坏自然环境）是一致的。今天刚好是开学后我向师范生所讲《教育学》的第一课，恰逢教师节，我结合总理的讲话向学生讲述了有关教育和教师的话题，课后想到上述内容，是以为记。（作者山东理工大学教科所） pfqn@163.com; 个人分类: 教育评论|1945 次阅读|1 个评论

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