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STEAM教育中协作学习活动的设计与应用毕业论文

 2020-02-15 06:02  

摘 要 STEAM教育是融合了科学、技术、工程、艺术、数学五门学科的综合教育,注重培养学生利用多门学科知识解决真实情境中的问题的能力,反映了以学生为中心的教育理念。目前多数STEAM教师习惯性使用传统教学方法进行授课,不能有效地激发出学生创意和灵感,无法凸显STEAM教育的特点和价值。协作学习在培养学生的创新思维、促进学生知识的迁移等方面有明显优势,而目前已有的协作学习活动模式不能满足STEAM教育中真实情境问题的创设、教学评价方面的需求,因此研究STEAM教育中协作学习活动的设计与应用对突破STEAM教学中的瓶颈有一定的帮助。 STEAM教育中协作学习活动的设计是以STEAM教育本身的特点、协作学习理论、建构主义学习理论和基于项目的学习理论为基础的,同时也是针对当前STEAM课堂教学中的实际问题而提出的解决方案。《小小建筑师》一课根据STEAM教育中协作学习活动的设计、研究对象的知识水平和实践地点的教学环境,综合了科学、技术、工程、艺术、数学五门学科的知识,创设了一个真实情境的问题,并被应用到实际的中学STEAM课堂中以收集教学数据。 研究结果表明:在STEAM课堂中应用协作学习时的教学情况良好,这种教学方法能够被学生接受并适应,同时也提高了学生的合作意识、信息素养和利用跨学科知识解决真实情境问题的能力,但也出现了学生互相推辞、少数学生离群的情况。针对研究结果对相关研究方向提出了四个方面的策略建议,对国内STEAM教育发展提供了参考价值。 关键词:STEAM教育;课堂教学;协作学习活动;教学评价 Abstract STEAM education is a comprehensive education that integrates science, technology, engineering, art, and mathematics. It focuses on cultivating students' ability to use multiple subject knowledge to solve problems in real situations, reflecting the student-centered educational philosophy. At present, most STEAM teachers habitually use traditional teaching methods to teach, which can not effectively stimulate students' creativity and inspiration, and can not highlight the characteristics and value of STEAM education. Collaborative learning has obvious advantages in cultivating students' innovative thinking and promoting the transfer of students' knowledge. However, the existing collaborative learning activity model can not meet the needs of the creation and teaching evaluation of real situation problems in STEAM education. Therefore, research on STEAM education The design and application of collaborative learning activities in China can help to break through the bottleneck in STEAM teaching. The design of collaborative learning activities in STEAM education is based on the characteristics of STEAM education itself, collaborative learning theory, constructivist learning theory and project-based learning theory. It is also a solution to the practical problems in current STEAM classroom teaching. . The lesson of "Little Architects" is based on the design of collaborative learning activities in STEAM education, the knowledge level of research objects and the teaching environment of practice sites. It combines the knowledge of science, technology, engineering, art and mathematics to create a knowledge. Real-world situations are applied to actual secondary STEAM classes to collect instructional data. Teaching in the STEAM classroom that applied collaborative learning is good. This teaching method can be accepted and adapted by students. It also improves students' sense of cooperation, information literacy and the ability to use interdisciplinary knowledge to solve real-world problems, but it also appears. The situation in which students refrain from each other and a small number of students are out of the group. According to the research results, four strategic suggestions are proposed for the relevant research directions, which provide reference value for the development of domestic STEAM education. Keywords: STEAM education; classroom teaching; collaborative learning activities; teaching evaluation 目 录 第1章 绪论... 1 1.1研究背景与问题提出... 1 1.1.1研究背景... 1 1.1.2问题提出... 2 1.2国内外相关研究现状... 3 1.2.1 STEAM教育的研究现状... 3 1.2.2协作学习研究现状... 5 1.2.3 STEAM教育中的协作学习活动研究现状... 6 1.3研究目的和意义... 7 1.4研究内容及方法... 7 1.4.1研究内容... 7 1.4.2研究方法... 8 第2章 STEAM教育中协作学习活动的研究基础... 9 2.1 STEAM教育概述... 9 2.1.1 STEAM教育的基本概念... 9 2.1.2 STEAM教育的特点... 9 2.2 STEAM教育现状... 10 2.2.1美国的STEAM教育... 10 2.2.2英国的STEAM教育... 11 2.2.3我国的STEAM教育... 11 2.3 STEAM教育中协作学习活动设计的相关理论... 11 2.3.1协作学习理论... 11 2.3.2建构主义学习理论... 12 2.3.3基于项目的学习(PBL)... 12 第3章STEAM教育中协作学习活动的设计... 15 3.1特点分析... 15 3.2实施过程中的主要环节分析... 15 3.3流程设计... 16 3.4评价设计... 18 第4章 STEAM教育中协作学习活动应用案例... 19 4.1教学内容的选择和教学设计... 19 4.2教学过程... 21 4.3数据采集... 22 4.4数据分析... 22 4.5结论... 30 第5章 研究结论及改进方向... 32 5.1 研究总结... 32 5.2 改进方向... 32 参考文献... 34 附录A.. 36 附录B.. 38 附录C.. 41 附录D.. 42 附录E.. 44 附录F. 46 致谢... 48 第1章 绪论 STEAM教育的提出对教育领域带了较为深刻的影响, “以学生为中心”的协作学习的教育理念也得到了大多数国内外学者所认可,其对此进行了多次研究。随着STEAM教育的热度不断上涨,我国在实践STEAM教育时也出现了一些问题,应用何种教学模式进行STEAM的教学、如何提高STEAM的教学效果是STEAM教育研究者和STEAM教师共同关心的话题。本章分析了研究问题的背景、研究目的和意义、国内外的研究现状,并梳理出了研究的内容和方法。 1.1研究背景与问题提出 1.1.1研究背景 1.STEAM教育迅速发展 “STEM”第一次出现是在1986年的美国的《本科的科学、数学‌和工程教育》这个报告中,它的含义是科学(Science)、‌技术(Technology)、工程(Engineering)和数学(Mathematics)四个首字母的缩写。STEM鼓励学生利用跨‌学科思维解决实际问题,这种教育理念很快被多个国家‌接纳并推广。随后,STEAM教育理念的提出者、弗吉尼亚科技大学学者Georgette Yakman提出将艺术(Art)加入到STEM中去,并在2006年提出了STEAM教育理念,艺术并不仅仅指美术、音乐,还包括语言艺术、社会人文等。 随着就业市场对拥有解决复杂能力和社交技能人才需求的不断增加, STEAM教育的热度逐渐增加。美国、英国、德国、韩国等国家的STEAM教育课程和关于STEAM教育的研究也不断增加,我国也越来越重视STEAM教育,例如在《“十三五”期间教育信息化指导意见》中指出了“有条件的地区要有效利用‌信息技术推进众创空间的创设,探索创客教育、STEAM教育等新教育模式”。2018年1月,教育部颁发了《普通高中信息技术课程标准(2017年版)》,这份课程标准针对学习‌基础、升学需要、个人兴趣发‌展类课程设计了必修、选择性选修和选修三类课程结构体系,其中个人兴趣发‌展类课程‌和校本课程提及了STEAM教育,并且对这两类课程中的STEAM教育制订了标准。由于有国家政策的大力支持,一些中小学开设了机器人课程、Scratch编程课程、3D打印课程等。此外,一些培训机构也加入到STEAM教育的行列,如VEX学苑、托马斯教育等。 2.协作学习具有诸多优势 协作学习是指学习者以小组或团队的形式,在共同的目标和一定的激励机制下,为获得最大的个人、小组学习成果而进行合作互助的一切相关行为[1],同时协作学习也被理解为一种学习方式或策略。 19世纪90年代末,美国的Triplctt和德国的Mayer最早开始研究协作学习,他们做了一系列的有关竞争的相关因素的研究,所有的研究表明,协作学习比独立学习和竞争性学习具有更多的优势,它不仅能够发展高阶思维能力,而且有利于培养学习者的创新思维,从而在学习过程中带来新的思想或解决方案,以及带来更佳思维知识迁移效果[2]。 由于协作学习在教学活动中显现出诸多优势,教师也积极参与协作学习的教学实践。研究发现,学生的协作学习活动培养了学生的思维能力和交流能力,并且学生能够适应每个学生之间的差异。此外,协作学习对提高学生的表现、培养学生的批判性思维和创新思维、培养对学术和学校的积极态度、团体和个人以及自尊和个人管理相互尊重的关系具有明显的积极作用[3]。 1.1.2问题提出 目前我国的STEAM教育还存在以下问题: (1)STEAM教育延续传统的教学模式。 就笔者所观察到的VEX学苑和武汉市一所中学的STEAM教学情况来看,STEAM教育一般都按照传统的“老师讲,学生听,学生完成作业”的方式进行教学,教师也没有对自己的角色进行良好定位,VEX学苑的老师认为自己陪着学生一起玩从而创造出和谐友爱的课堂氛围就可以让学生获取知识,中学的STEAM教师则认为自己不对学生的学习过程进行干预则可以让学生通过自己的努力更好地获取知识和经验,即便学生在课堂中开小差。学生也没有体会到上课的乐趣,他们认为该课程是学校或家长安排给他们的任务,没有任何意义,完成老师布置的任务只是为了“好交差”,这并不符合STEAM教育的初衷。 (2)STEAM实际教学没有体现出STEAM教育的特点和价值。 STEAM教育希望学生使用跨学科的知识培养学生解决真实情境中实际问题的能力、社交能力、快速转变思维的能力等,旨在培养复合型人才来满足社会的需求。而现实中STEAM教育却忽略了STEAM教育的初衷,过分强调培养学生的动手能力,认为STEAM教育就是为了解决应试教育中学生动手能力差的问题,这种认知偏差阻碍了STEAM教育的发展。 关于为何要在STEAM教育中引入协作学习,是因为: (1)STEAM教育的研究问题往往是复杂多变的,很难仅靠一人之力解决问题,因此它在教学过程中强调学生进行协作学习,相互帮助、协同进步; (2)目前较为成熟的协作学习活动模式不符合STEAM教育的特点,不能照搬硬套。 因此,为了改变STEAM实际课堂的教学现状,体现STEAM教育在人才培养方面的优点,本文欲对STEAM教育中的协作学习活动的设计和应用进行研究。 1.2国内外相关研究现状 1.2.1 STEAM教育的研究现状 1.国外研究现状 国外的STEAM教育研究开始较早,目前已经取得了许多研究成果,单从百度学术以“STEM Education”为关键词进行搜索,时间设置为2009至2019,领域设置为“教育学”,共搜索到6230篇相关文章。国外的STEAM研究主要关注“实施STEAM教育所需要考虑哪些因素”和“如何有效开展STEAM教育”两方面的内容[4]。 Michan Stohlmann等人提出的STEAM因素模型中解答了“实施STEAM教育所需要考虑哪些因素”这个问题,该模型认为STEAM教育的开展需要考虑支持、教学、效能和材料这四个因素[5]。 而就如何有效开展STEAM教育这个问题,Amanda·Roberts从课程教学模式出发,设计了STEAM学习单元,他认为STEAM的教学过程应该是:选择、联系、支持、教学、参与、故障排除、评价和呈现[6];美国马里兰大学的Herschbach教授提出了相关课程模式和广域课程模式[7],这二者的区别在于是否保留独立学科,共同点在于注重多学科内容的整合,采用相关课程模式的STEAM教育评价大多数直接以科学、数学等学科的课程标准为参考,而采用广域课程模式的STEAM教育的教学评价目前没有统一标准可供参考,但一些学者认为通过建立整合的STEAM教育评价标准可以对广域课程模式进行评价,例如Emily Saxton提出建立K-12阶段的STEM教育通用评估体系,该体系包括从学生学习到教师实践,从专业发展到学校级变量的结构[8]。 除了上述两个方面,以美国为代表的一些国家还十分关注教育公平和教育的可持续发展问题,例如Adamuti-Trache等对加拿大的不列颠哥伦比亚省的大约44000名高中生做了一项有关STEAM教育中种族语言和性别差异对高中生选修课的影响的调查。调查的近44000名的学生中,学生母语为非英语的人数占比大于27%,该项研究结果表明:与数学、科学类相关的课程和种族类别相关度较高[9]。 此外,STEAM教育的效果和影响也是学者们较为关注的方面,例如韩国济州国立大学的Yilip Kim 和 Namje Park发表的文章中论述了鲁布·戈德堡机械的优势和教育影响,学生通过团队合作,设计并开发鲁布·戈德堡机械,有利于提升学生的创造力[10]。另外,一项关于南韩地区教师对STEAM教育的态度的调查报告显示:大部分教师对STEAM教育持积极态度,经验越丰富的老师更加支持开展STEAM教育,但目前还缺少政府在政策和资金上的支持,这和目前我国STEAM教育的开展情况有些相似[11]。 2.国内研究现状 我国的STEAM教育还处于发展初期,单从核心期刊和CSSCI期刊中关于STEAM教育的文章数量来看,关注该领域的学者较少,且研究机构多为高校。在STEAM教育内容方面,高频词显示,我国的研究主要关注于STEM 教育、STEM、STEAM 教育、创客、创客教育、核心素养、实施策略、评价和课程改革等内容[12]。 关于创客教育的内容,北京师范大学的傅骞老师较关注创客和STEAM教育二者的融合,他认为创客对STEAM教育起到优化作用,并指出当前我国创客教育存在缺乏健全的教学设计模式、教育创客人员、完善的校内创客空间等问题[13]。 关于STEAM的实施策略的内容,南京邮电大学的叶天萍学者根据实际教学情况,提出了5种教学策略:针对学习兴趣,要先玩后做,注重体验;针对个体差异,要有效助学,满足需求,其认为“卡片式导学”可以满足学生的个性化学习和自主学习;针对思维发展,由点到面,激活思维,教师在教学中要引导学生用几个点子解决问题;针对综合能力,要梳理目标,学科衔接;针对个性发展,载录轨迹,创意表达,即可以指导学生采用学习日志的方式,载录成长轨迹、培育学生的创意表达能力[14]。 针对STEAM课程知识体系不严谨的情况,胡卫平等人参照国外STEAM教育的实施情况、理论观点,结合我国STEAM教育的发展情况,并对我国的STEAM教育提出了制定STEAM教育政策、加强STEAM教育学科渗透等七点建议[15]。 西南大学的彭敏学者和朱德权学者,以美国STEAM教师的视角,提出了以真实问题的解决为重要导向、以得当的学科整合为基本依托、以必需技能的‌‌培养为实践重点、是以艺术的深度‌融合为发展趋势、以公平的‌教学参与为根本原则这五个STEAM 有效教学的关键特征,并提出了STEAM有效教学的四条实施路径,即精心准备‌‌教学设计,充分利用教学资源,灵活开展‌‌教学评价,积极参加专业培训,提升STEAM ‌‌教学能力[16]。 1.2.2协作学习研究现状 1.国外研究现状 国外协作学习的发展较为成熟,国外学者对协作学习进行一系列的教学实践后,并基于理论基础提出了协作学习的教学模式。目前较为成熟的教学模式有美国约翰逊·霍普金斯大学的Slavin提出的小组成绩分工法(STAD)、Devries和Slavin提出的小组-游戏-竞赛法(TGT)、Aroson提出的切块拼接法(Jigsaw)、美国明尼苏达大学的David和Roger Johnson提出的共学式(LT)以及小组调查法(LT)[17]。 土耳其库库罗瓦大学的Kamuran Tarim和Fikri Akdeniz使用个性化团队辅助(TAI)和小组成绩分工法(STAD)对土耳其一所初级学校的七个班级进行数学教学实验研究,其中两个为TAI实验组,两个为STAD实验组,其余三个为对照组。研究结果表明,TAI和STAD有助于提高学生的成绩[18]。 Ataman Karacop研究使用切块拼接法(Jigsaw)对科学教学实验室实践课程中的未来物理教师的影响。该研究采用实验分析出在Jigsaw方法的教学下,物理教师获得的成就更高[19]。 2.国内研究现状 我国协作学习的研究开始于20世纪80年代末、90年代初,研究协作学习的重要人物有北京师范大学的‌黄荣怀教授、华南师范大学的赵建华教授等。早在2000年,赵建华和李克东对协作学习的基本概念、基本要素和基本模式进行了论述[20],对国内关于协作学习的研究提供了指导。黄荣怀教授和余亮学者在阐述协作学习活动结构设计的流程和原则基础之上,系统建构了协作学习活动结构设计的任务分析、时序排列、角色定义和资源分配4 种策略,并分析了协作学习活动结构化的局限[21]。随后,二人又基于对活动理论的论述提出了活动理论下协作学习活动的六要素,即主体、客体、工具和标记、共同体、规则和劳动分工[22]。黄荣怀教授和刘黄子玲学者对协作学习的评价方法进行了论述,他们提出,协作学习的评价应该对个人和小组两个方面进行评价,评价的方法有成果评定法、测试法、小组协作学习档案法等[23]。 1.2.3 STEAM教育中的协作学习活动研究现状 关于国外对协作学习应用于STEAM教育的研究现状,笔者在Springer数据库中对关键字“STEM cooperative learning” “STEAM cooperative learning”、 “STEM collaborative learning”、“STEAM collaborative learning”进行搜索,搜索出的相关文献较少,相关性较高的文献有“A Collaborative K-12 STEM Education Framework Using Traffic Flow as a Real-world Challenge Problem”、“Collaborative Creativity in STEAM: Narratives of Art Education Students’ Experiences in Transdisciplinary Spaces”、“iMuSciCA: Interactive Music Science Collaborative Activities for STEAM Learning”等,但在这些文章中并未详细论述STEAM教育中协作学习活动的具体设计。 我国已有学者着眼于研究STEAM教育中协作学习活动的设计,例如,首都师范大学的白伟伟等学者基于STAD理论设计了博弈数学课程的,其教学效果说明了在STAD 型合作学习可以有助于提高提升自身能力的动机,帮助学生清楚地认识到协作和团体的决策,并且锻炼了学生在合作学习中有效沟通和表达的能力。这也可以说明,在STEAM教育中引入协作学习活动是有意义的[24]。 1.3研究目的和意义 为了探究在STEAM教育中如何开展协作学习活动以促进STEAM有效教学,给STEAM教育中开展协作学习活动提供指导和参考,本选题欲通过理论研究和实证调研, 设计出符合STEAM教育特点的协作学习活动,并将其应用于STEAM实际课堂教学中,收集教学数据并分析,判断提出的协作学习活动是否提高学生的学习能力、学习效率、合作意识和解决问题的能力。 在理论层面上,本研究综合使用量化分析和定性研究,通过在研究中识别问题、搜集资料并且分析问题,这将对STEAM教学效果的提高、协作学习应用于STEAM教育理论基础的丰富和完善以及未来我国STEAM教育的发展有着促进意义。 在实际意义上,通过对STEAM教育中协作学习活动的设计与应用,可以为我国从事STEAM教育的教师设计STEAM教学活动模式时提供参考,为开展更有效的STEAM教学提供有益启示,具有重要的实际教学价值。 1.4研究内容及方法 1.4.1研究内容 本研究的研究内容有: (1)国内外STEAM教育、协作学习活动设计的理论观点和研究现状。 查阅相关文献,了解国内外学者在STEAM教育和协作学习活动设计方面的理论依据、基本观点、研究内容、研究方向和研究成果等。 (2)协作学习应用于STEAM教育的现状。 查阅相关文献,了解国内外学者对协作学习应用于STEAM教育的研究成果,并且调研武汉经济技术开发区的VEX学苑机器人教育和该区第一初级中学的STEAM教育的实际教学情况。 (3)提出STEAM教育中协作学习活动的初步设计 充分了解先前的研究成果、了解实际课堂中的资源之后,设计出STEAM教育中协作学习活动。 (4)针对具体STEAM教学内容实际设计和实践协作学习活动,并收集相关教学数据,分析该协作学习活动的教学效果。 选取具体的STEAM教学内容,进行协作学习活动设计,并在实际STEAM教学课堂中进行应用。在教学过程中,观察学生的投入度、学生的操作能力、团队的分工与配合、学生思维的灵活性,收集学生最后的作品成果,收集相关教学数据,分析教学数据得出结论。 (5)对研究进行反思,分析研究的不足和改进方向。 1.4.2研究方法 (1)文献研究法 文献研究法是对文献进行搜集、鉴别、整理的一种科学方法,本研究通过查阅相关的文献,从而了解国内以及国外的STEAM教育、协作学习以及协作学习应用于STEAM教育的理论和现状,并分析STEAM教育中协作学习活动设计所需的理论基础。 (2)访谈法 在本研究中,通过访谈STEAM教育的教师、询问STEAM实际课堂的教学情况,从而了解学生的特征和能力。 (3)行动研究法 本文在文献分析和实地调研的基础上设计出STEAM教育中的协作学习活动,并将设计的协作学习活动应用到实际的STEAM课堂,目的是验证该协作学习活动是否能带来STEAM教育的良好教学效果。 (4)观察法 观察STEAM课堂的一般教学模式中的学生表现情况和应用了协作学习活动中的学生表现情况。 (5)调查法 开发评价量表,将观察到的学生的各种表现对照量表进行打分,通过SPSS和Excel分析数据,判断设计的协作学习活动是否有助于促进STEAM有效教学。 [1] 黄荣怀,计算机支持的协作学习:理论与方法[M].中国人民出版社,2003. 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