第 1 章 緒論

在當今全球范圍內，科學技術的進步推動了社會的急速發(fā)展，各個國家都把先進的科學知識與技能放在了核心的發(fā)展地位，知識型人才也成為了經濟發(fā)展的一個決定性因素，數(shù)學、科學、工程、技術（STEM）學科也顯示出對經濟社會的巨大推動作用。進入 21 世紀，美國針對 STEM 教育的改革做的風生水起，其目的是培養(yǎng)更具創(chuàng)新性的人才；我國的 STEM 教育近幾年也是迅猛發(fā)展，教育領域人士不斷的進行探索和研究，希望提出適宜我國學情的方針政策、教學模式等。同時，在當今這個大眾創(chuàng)新的時代，工程思維不再局限在所謂的理工科領域，而是被視為創(chuàng)新必備的思維能力。但是現(xiàn)在大家都比較強調高中生、大學生的工程思維能力的培養(yǎng)，有些人甚至忽略小學生，認為他們還不具備這種工程思維能力或者是還不需要培養(yǎng)工程思維。其實從教育的角度而言，工程思維應該覆蓋到每一個教育階段，不應該“脫節(jié)”，應該從小進行有意識的培養(yǎng)和構建，幫助學生從小就理解和體會工程對個人、事件、社會的影響，對學生進行工程思維的培養(yǎng)，有助于學生解決復雜的各種問題和挑戰(zhàn)。這不僅僅是社會發(fā)展的需要、也是培養(yǎng)全面發(fā)展的人的需要。目前，在國內，還沒有專門針對小學生工程思維培養(yǎng)的方法和策略的研究論述，在這樣的研究背景下，筆者提出小學 STEM 課程中小學工程思維培養(yǎng)的教學設計研究。
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第 2 章 研究綜述及理論基礎

2.1 國內外研究現(xiàn)狀

同一年，《巧妙選擇教學方法 培養(yǎng)學生工程設計思維》（沈超穎，2006）中闡述在《制藥化工過程及設備》課程理論教學中講解抽象理論的方法，以及如何通過實驗教學培養(yǎng)學生工程設計思維，提高課程教學效果。2010 年 6 月 23 日，教育部在天津大學啟動“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”，其主要目標是培養(yǎng)造就一大批創(chuàng)新能力強、適應經濟社會發(fā)展需要的高質量各類型工程技術人才，為建設創(chuàng)新型國家、完成工業(yè)化和現(xiàn)代化奠定堅實的人力資源優(yōu)勢增強我國的核心競爭力和綜合國力�！缎畔⒓夹g課程之工程思維辨析》（王榮良，2012）中運用"科學—技術—工程"三元論考察工程與科學、技術的關系，闡述工程思維的特征，從工程思維視角分析信息技術課程發(fā)展和教學內容，并提出通過中小學信息技術課程培養(yǎng)學生的工程思維。

2.2 理論基礎

建構主義者認為，知識不是通過教師傳授所得，而是學習者在一定的社會文化背景下，通過其他人的輔助，借助相關的學習資料，通過建構的方式來獲得的。因此建構主義者認為學習需要有“情境”“協(xié)作”“會話”“意義建構”四個要素構成�！扒榫场笔墙虒W設計最重要的內容之一，在建構主義學習環(huán)境中，不僅僅是簡簡單單對教學目標進行分析，還要使所設置的情境必須要有利于學習者對所學內容進行建構�！皡f(xié)作”發(fā)生在整個教學過程中，在問題分析、資料搜集、評價交流中都有至關重要的作用�！皶挕迸c“協(xié)作”密不可分，也貫穿于整個教學過程中，學習者在“會話”過程中將想法相互共享，大大促進了學習者對新知識的建構。

第 3 章 小學 STEM 課程中培養(yǎng)工程思維的教學模型設計...............11

3.1 克羅多納的基于設計的科學探究學習循環(huán)模型.................11
3.2 工程設計過程 .........11
3.3 LBD 教學理論 .........13
3.4 小學 STEM 課程中工程思維培養(yǎng)的教學模型設計................14
第 4 章 小學 STEM 課程中工程思維培養(yǎng)的教學設計與實施.............17
4.1 研究過程與數(shù)據收集方法.....17 
4.2 第一輪課程實施............18 
4.3 第二輪課程實施..........28
第 5 章 研究總結與反思展望..........39
5.1 研究總結.........39
5.2 反思展望..........39

第 4 章 小學 STEM 課程中工程思維培養(yǎng)的教學設計與實施

4.1 研究過程與數(shù)據收集方法

本研究主要采用教師評分表、學生自評表來收集數(shù)據。并根據在教學實施后收集到的數(shù)據分析本環(huán)節(jié)存在的問題，反思問題出現(xiàn)的原因，并對教學方案進行改進與完善，進行下一輪研究。1. 教師評分表。本研究根據前人對學生工程思維的評價量表（王穎，2014）、STEM 評價的特點及工程思維的一般評價標準制訂了教師課堂評價表，分別從工程決策思維、工程設計思維、工程實施思維三個方面來評價學生整個課堂中的表現(xiàn)，以此來反映教學設計中的不足，便于后期對教學模型進行改進。教師評價表參見附件。2. 學生自評表工程思維是一種過程性、連續(xù)性的思維方式，需要在工程的整個完成過程中形成和發(fā)展。培養(yǎng)學生的工程思維，需要從工程思考，方案設計，結構把握，實施及完善等方面進行分析，筆者把以上方面匯總為三個部分，分別從工程決策思維、工程設計思維和工程實施思維三方面統(tǒng)計學生工程思維的整體發(fā)展情況，其中 A 代表完全可以、B 代表基本可以、C 代表少數(shù)可以、D 代表基本不可以。學生自評表參見附件。

4.2 第一輪課程實施

教師創(chuàng)設以下情境，老師想要用手機看一個《超級演說家》的視頻，可是一直拿在手中看會非常的累，同學們有什么解決辦法？通過同學們的回答，引出可以通過手機支架來解決。然后展示已有的手機支架，讓同學們回想一下有沒有見過手機支架？見過的手機支架是什么樣子的？有什么作用？讓同學們選擇一個印象最深的手機支架描述一下，并且利用教師現(xiàn)有的手機支架體驗手機支架帶來的便利，激發(fā)學生學習的積極性，促使學生對問題“手機支架為什么可以支撐手機？它利用了什么樣的原理？”有了解欲望，，教師總結本節(jié)課的任務為設計手機支架，并介紹工程設計的過程——澄清問題、設計規(guī)范也約束、生成概念、分析概念、實驗、評價與記錄工程日志的方法。

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第 5 章 研究總結與反思展望

5.1 研究總結

本論文是在 STEM 教育背景下對學生工程思維培養(yǎng)的一次實踐探索。筆者通過文獻閱讀研究對 STEM 和工程思維進行了界定，并且在此基礎上借鑒國內外STEM 教育的教學模型，構建 STEM 課程下學生工程思維培養(yǎng)的教學模型，探索STEM 培養(yǎng)的新模式�；仡櫿麄�研究，主要的研究成果有以下幾點：1. STEM 在美國和歐洲國家的迅速發(fā)展，給國內外教育帶來了新的變革與機遇，本文通過文獻研究，梳理了國內外在 STEM 中的常見的克羅多納的科學探究模型、LBD 教學模型以及工程設計過程的相關理論，筆者在參與學校 STEM 課程的教研與實施過程中，發(fā)現(xiàn)了培養(yǎng)學生能夠立足實際情境解決問題的需求，在此基礎上結合筆者在上海世界外國語中學及 CidLab 教育實驗室的教學實踐，設計了學生工程思維的教學模型，為以后培養(yǎng)小學生工程思維教學設計提供了參考。

5.2 反思展望

目前 STEM 教育在國內剛剛起步，對國內教育和課程改革的影響也會隨著研究的深入而不斷發(fā)展，而工程思維作為 STEM 教育中重要的組成部分，一直被國內外專家學者重點研究。本論文只是分析了國內外現(xiàn)有的模型，結合自己的教育實踐進行改進，因此不夠全面和具體。其次，本研究針對的是四年級 3D 打印這一門課程，對其他的科目和年級探索不足。另外，本研究在教學方案設計上雖然不斷改進，解決了教學中出現(xiàn)的一些問題，但是仍然有些問題沒能很好的解決，對以后提供了研究的空間�；谝陨喜蛔愕姆治�，希望以后能夠繼續(xù)在其他的 STEM 課程和年級中開展研究與探索，并根據實際效果反饋不斷修正完善自己的教學設計模型。

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參考文獻（略）

本文編號：169372