科学工程实践、跨学科概念与学科核心知识的整合——从《下一代科学教育标准》视角看WISE项目

美国《下一代科学教育标准》(NGSS)已成为美国乃至全球科学教育改革的最新里程碑。"基于网络的科学探究"(WISE)项目则是加州大学伯克利分校Marcia C.Linn教授主持开发的学术研究成果,也是国际学习科学领域的前沿性研究成果。NGSS强调通过表现期望,实现科学工程实践、跨学科概念与学科核心知识的整合;WISE项目则以科学工程实践为依托实现了三者的整合。WISE和NGSS具有较高的吻合度,作为WISE理论基础的知识整合教学理论与NGSS蕴含的整合思想相一致:二者都强调以科学工程实践作为整合的主要依托,都高度突出模型在科学探究中的作用,WISE项目的探究路线图和嵌入式评价,很好地体现了NGSS提出的学习进阶思想。我国科学教育应实现由知识吸入取向到知识整合取向的转变,科学探究学习的有效开展需要借助可视化技术和虚拟仿真模型,要充分发挥网络学习平台的整合优势,并为学生设计适度的脚手架。

学生主体精神的水平建构与应用研究--以科学与工程实践活动分析为例

学生主体精神是未来教育发展的关键因素,而合作学习活动中的学生主体精神对个人、团队发展都起着重要作用。通过课堂观察法、认知网络分析探究科学与工程实践活动中学生主体精神的特征与水平,反思现状并提出参考建议,以期促进学生主体精神发展,更好发挥科学与工程实践的育人作用。

工程认证视角下材料科学与工程专业开放型实践平台建设

随着我国高校大规模地开展本科高等学校工程专业认证,当代大学生实践能力的培养被各高校列为重中之重。文章结合佳木斯大学材料科学与工程专业学生自身的特点,贯彻以学生为中心的工程认证理念,指出以培养学生创新精神和实践能力为核心,通过对实验室硬件设备的搭建,实践教学环节的改革、实验师资队伍的建设以及管理制度的改革,将金属耐磨材料及表面技术研究中心建设成特色鲜明、具有引领和示范作用的开放型实践平台。

以“互联网+”双创大赛促材料科学与工程专业实践教学改革的探索

材料科学与工程专业实践教学改革是材料科学与工程专业教学改革的重要组成部分。文章结合怀化学院化学与材料工程学院以往"互联网+"双创大赛的实际,参考国内同类院校材料科学与工程专业实践教学改革的特色,探索以"互联网+"双创大赛促进怀化学院材料科学与工程专业实践教学改革的新路径,为相关专业教学改革的稳步推进提供参考。

基于展品资源的科学与工程实践——馆校结合STEM活动设计思路分析

针对我国馆校结合STEM教育项目中以"实践"取代"探究"的错误认识与"伪探究"问题,本文尝试从科学与工程实践和探究式学习、馆校结合STEM教育、科技馆资源之间的联系出发,对馆校结合STEM教育进行再认识,提出基于科学与工程实践的馆校结合STEM教育项目的基本特征为"聚焦《课标》重点科学概念,以科技馆实物展品为教学资源,还原科学家或工程师的工作环境,促使学生浸入故事情境,在‘问题’‘兴趣’双重动力的驱动下,开展科学研究或工程设计,从而获得‘直接经验’的跨学科探究式学习",并在此基础上提出了馆校结合STEM教育项目的设计原则。

科学与工程实践:内容、途径与方法

美国发布的《下一代国家科学标准》(Next Generation Science Standards,NGSS)将科学与工程实践分为提出问题及界定问题、开发与使用模型等八个方面,且根据内容及学生年龄特征,将科学与工程实践全面融合在了表现预期、基础框及联系框中,对K-12的科学与工程实践提出了具体的要求。它以多维的"实践"取代了单纯的"探究",以"科学探究"与"工程设计"为核心,统整了科学、技术、数学与工程等多个学科。借鉴NGSS,我们需明确科学与工程实践的内容,强化教师实践意识,从科学探究转向"科学与工程实践",关注科学技术与生活的联结点,以科学探究为切入点,工程项目为载体,以人类共同问题为导向,并通过融入真实情境或模拟实践情境的方式,积极探索多样化的科学与工程实践。

材料科学与工程实践学习对虚拟实验平台的需求

现代信息技术在材料科学与工程实践专业中的融入,为材料科学与工程实践专业学习提供了材料网上虚拟实验室。借助此实验室可以更为形象直观的虚拟出材料科学与工程实践实验过程,进而更为准确科学的展示材料科学与工程实践专业相关知识的实际应用效果。文中以材料科学与工程实践学习对虚拟实验平台的需求为分析对象,探讨虚拟实验平台对打破实体实验室资源局限的作用与意义。

三坐标测量技术实践教学的课程思政探索与实践

三坐标测量技术是实践类课程的重要组成部分,也是学生思想品德塑造的主要依托。文章就三坐标测量技术教学过程中,如何发掘课程思政元素,实现学生价值塑造和技能操作知识培训有机融合做了一些有益的探索。使学生在学习知识技能的同时,潜移默化地建立起正确的情感态度和价值观,从而成为又红又专的新型人才。

从科学与工程教育看美国新科学教育标准

美国《新一代科学教育标准》将科学与工程学实践、学科核心概念和跨学科共同概念进行了有效整合,组成了由学习进阶贯穿始终的三维框架体系。从科学与工程学实践的角度来看新标准的实施,使我们看到了美国科学教育的转变。其中最大的改变是提升了对于工程学概念的理解,将工程设计与科学探究放在同等重要的位置,通过工程设计与技术应用来强调核心概念的学习。其设计理念为我国理科实践类课程的开展提供了重要启示:凸显物理学科核心概念;加强跨学科概念间的联系;渗透科学与工程学实践。

小组合作学习中群体认知冲突管理对协同知识整合水平的影响研究

以中学科学与工程实践为研究对象,运用内容分析法和滞后序列分析法,对合作学习小组中群体认知冲突管理、协同知识整合以及二者关系进行分析。结果表明,科学与工程实践中的群体认知冲突多与工程任务相关,知识理解型冲突较少,冲突管理方式以协商-非协商行为混合型为主,倾向于触发中水平的协同知识整合。此外,还刻画了三种协同知识整合水平下存在显著意义的冲突管理行为路径,为促进基础教育阶段科学与工程实践活动的改进和优化提供借鉴和参考。

开启新一代的科学教育——美国《K-12年级科学教育框架》述评

美国国家研究理事会于2011年7月发布了《K-12年级科学教育框架》，为开启美国新一代的科学教育奠定基础。《框架》采用“核心学科概念”“交叉观念”和“科学与工程实践”3大维度来建构其结构，将“工程与技术、科学应用”纳入核心学科领域，突出科学的实践本质，并通过“学习进程”来描述科学学习的发展过程。通过对《框架》的解读，开拓我国科学教育改革的视野。

美国《新一代科学教育标准》的设计理念及启示

美国《新一代科学教育标准》为全美未来的科学教育指明了方向。该标准以课程愿景为基点,以学生在实践中的具体表现为评价取向,分单元目标和具体目标两个层次表述学习目标。在结构上,每个单元包括单元目标框、三个维度的具体目标框和联系框三部分。课程内容聚焦有限的核心概念,以"学习进阶"为导航,整合实践和跨学科概念来系统化设计。其设计理念对我国科学课程的设计和科学教学的实施具有借鉴价值。

体现科学与工程实践的“流体压强与流速的关系”教学设计

“流体压强与流速的关系”是初中物理中联系生活应用的重要内容,也很好地体现了“科学与工程实践”这一当前科学教育改革的方向。通过“参与—探索—解释—工程—深化—评价”将科学探究与工程设计有效体现于“流体压强与流速的关系”这节课的教学设计与实践中,以促进学生科学素养与工程实践的能力提升。

“科学与工程实践”视角下美国各州科学课程标准比较研究

自《新一代科学标准》发布起,美国科学教育的重点开始转向"科学与工程实践",此后各州先后对本州的科学课程进行改革。研究以2013年至2020年间美国50个州颁布的科学课程标准为对象,以"科学与工程实践"为视角进行对比研究,分析其在各州科学课程标准中的内容及呈现方式,探讨实践的可能途径。研究发现,绝大多数州的科学课程标准都突出了"科学与工程实践"的理念;"科学与工程实践"的内涵丰富,包括二元活动观,支持学习的技术观、工具观和方法观。各州在实践活动的要素和进阶设计等多个方面既有共性也存在差异,由此体现不同州对于"科学与工程实践"的独特理解和多元化的实践价值取向。

理解科学事业:科学教育学科实践的内涵与教学

从科学探究的本义及其不同方式的理解中,分析科学教育教与学“讲授-探究-实践”嬗变的意蘊。从实践的“认知-改造-融入”行为特性中,梳理出实践的内容、内涵及分学科教学跨学科实践的含义,提出以研究和设计为中心实施学科实践的“体验-实践-抽象”三环节的路径。

在学科教学中开展STEM教育的有效策略

学科教学是中小学教学的主要形式,也是开展STEM教育的基本途径。在学科教学中实施STEM教育,不仅需要在教学目标上聚焦于学生的STEM学科整合(融合)能力、解决真实问题能力和创新实践能力,在课程内容上关注STEM相关学科之间的联系、真实问题及学生兴趣,更需要在教学过程中注重加强科学与工程实践教学,同时借助于一些表现性任务来评价学生综合运用STEM学科知识与方法创造性解决真实问题的能力。STEM教育的真正落地,对教师的STEM教育意识和教育能力也提出了更高的要求。

重视核心概念 发展实践能力——《美国新一代科学教育标准》的分析及启示

《美国新一代科学教育标准》提出了三维整合的框架体系，即将科学与工程学实践、学科核心概念和跨学科共同概念进行有效整合。学科核心概念是三维目标的核心，科学与工程学实践和跨学科共同概念一方面强化了学科核心概念，增强了学生的理解能力，另一方面也加强了学生的实践能力。这些理念对于我国高中生物学课程标准的修订、生物学课程的设计和教师的教学都具有重要的参考价值。

美国科学实践评估任务模板的特点及对深化科学课程改革的启示

ISPAT模板是美国国家科学基金会资助的"研究+实践合作实验室"为评估学生是否掌握NGSS的三维内容及帮助教师开展STEM教学而开发的评估工具。该模板秉承FKSE和NGSS的要求,呈现出提供灵活的实践评估路径、落实学习进阶理论、检测三维目标和STEM素养的特点。ISPAT模板的产生背景、内容特点及应用案例启示着我国在深化科学课程改革时不仅应研发贯彻实施科学课程标准的评估方案以促使标准落地,还应关注科学教育实践共同体的构建以促进科学教师专业发展,而科学教育实践的评估也应得到重视以提高学生的问题解决能力。

美国核心素养对我国中小学教育的启示

近年来世界各国教育界开始研讨适应21世纪发展需求的核心素养,美国的"21世纪技能"探索了未来21世纪学生适应社会发展所必备的关键能力,而"新一代科学标准"则制定了发展学生核心素养的科学学科的课程标准。美国的这两个项目不仅在理论设计上更加适应了时代发展要求,也在教育教学实践中发挥了重要作用。文章在评介二者的基础上,从强调科学本质在教学实践中的渗透、重视科学与工程实践、遵循认知规律体现整合与进阶、侧重创新意识与合作精神的培养等几方面提出了对中国基础教育的借鉴意义。

NGSS对我国中学物理课程改革的影响及启示研究

美国《新一代科学教育标准》(NGSS)作为科学教育领域具有里程碑意义的文件,对我国当前正在进行的中学物理课程改革具有重要的参考价值。文章在对NGSS沿革述评的基础上分析了NGSS"物理科学"的内容与特点,并从物理科学内容的构成与衔接、科学&技术&工程和数学(STEM)的融合、物理课程框架的设置等方面对我国中学物理课程改革提出了具体建议。