基於項目的STEM學習：一種整閤科學、技術、工程和數學的學習方式 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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[美] 羅伯特·M·卡普拉羅，[美] 瑪麗·瑪格麗特·卡普拉羅，[美] 詹姆斯·R·摩根 編，王雪華，屈梅 譯，趙中建 注

齣版社： 上海科技教育齣版社

ISBN：9787542863560

版次：1

商品編碼：11873108

包裝：平裝

叢書名： 中小學STEM教育叢書

開本：16開

齣版時間：2016-01-01

用紙：純質紙

頁數：275

字數：310000

正文語種：中文

編輯推薦

適讀人群 ：中小學教師、課程改革及教學研究人員、教育管理人員
　　本書是以基於項目的STEM學習為主題理論研究，三位編者均為得州農工大學的教師和Aggie STEM團隊的成員，長期從事中小學STEM教育的理論與實踐研究，本書輯錄的14篇論文分彆從理論和實踐層麵“基於項目的STEM學習”的曆史淵源，理論架構，探究特質，跨學科性，與技術、虛擬世界、社會科的關係，課堂實施策略，對特殊學生的影響，等等，書後的附錄為教師提供瞭開展項目學習的素材、針對學生和教師的評價錶、小組閤作公約、責任記錄、個人反思錶，等，對希望係統瞭解基於項目的STEM學習或STEM學習課堂實施的教育研究者、教育行政管理人員和一綫教師，都有很強的藉鑒意義。

內容簡介

　　本書創造性地提齣瞭如何通過項目式學習法來完成科學、技術、工程、數學（STEM）的學習。我們把“基於項目的STEM學習（STEMPBL）”定義為“在一個明確目標下的模糊定義的任務”，這個定義與我們的工程設計思想一脈相承，同時強調瞭在基於標準環境下的教學考核製。這個模式注重逆嚮設計，由一個明確定義的目標啓動，通過嚮老師提供當地、州，或者國傢的教育標準體係，指導學生完成模糊定義的任務，包括設計、解決問題或者完成製作。這本書主要為中學教師編寫，特彆是那些有誌於提高學生參與，以及為學生提供情境化學習的教師。不過，書中14篇論文的性質和範圍也適用於教師崗前培訓，以及研究生的方法論課程。相較於上個版本，這版修訂、擴展瞭基於項目的STEM學習的內容，包括針對英語學習者如何操作基於項目的STEM學習，以及在基於項目的STEM學習中技術的使用。本書還附有許多新的有助於教師使用的錶單，包括設計科學的錶格、基於項目的STEM學習的小組閤作公約，以及關於基於項目學習的更大篇幅的評價錶。

目錄

前言…1
第一章 基於項目的STEM學習介紹
——為什麼要采用PBL?為什麼要開展STEM教育?
為什麼是現在? … 5
第二章 項目方法的曆史背景…13
第三章 設計基於項目的STEM學習:理論框架 … 27
第四章 用工程學思想提升項目質量 … 48
第五章 基於項目的STEM學習三問:人物、 時間、 地點 … 63
第六章 跨學科的基於項目的STEM學習 … 77
第七章 基於項目的STEM學習： 基於探究的學習的特殊形式…89
第八章 基於項目的STEM學習中的技術 …99
第九章 支持基於項目的STEM學習的虛擬世界之啓示 …115
第十章 針對特殊學生的基於項目的STEM學習與教學…125
第十一章 課堂管理方麵的考慮： 實施基於項目的STEM學習…145
第十二章 基於項目的STEM學習之評價的觀念轉變…158
第十三章 英語語言學習者和基於項目的學習 …173
第十四章 基於項目的學習： 一種整閤社會科和STEM的
跨學科方法…189
附錄
附錄A 非牛頓流體力學… 204
企業項目通告1 … 211
企業項目通告2… 213
企業項目通告3 … 216
企業項目通告4 … 219
附錄B 理想的評價量規 …222
附錄C 口頭演示評價量規…224
附錄D 個人演示評價量規… 226
附錄E 團隊演示評價量規 … 228
附錄F 基於項目的STEM學習中故事闆編製指南 … 229
附錄G 跨過峽榖： 在 “明確的結果和模糊的任務” 理念指導下
用棒冰棍搭橋… 231
工程和設計： 橋梁最終效率等級評價量規 … 237
工程和設計： 橋梁最終設計筆記評價量規 … 238
附錄H 為基於項目的STEM學習建立協作的組織行為和規範…239
附錄I 組建高質量的團隊 … 241
附錄J 個人責任和時間管理報告 …243
附錄K 責任記錄… 244
附錄L 同伴評價材料 …246
附錄M 領導力/努力加分錶 … 247
附錄N 簡單的小組公約… 249
附錄O 小組公約樣本… 250
附錄P 團隊公約… 252
附錄Q 個人反思…254
附錄R 團隊閤作反思… 255
附錄S 基於項目的STEM學習的教師互評錶 … 256
附錄T 項目學習觀察記錄 … 259
附錄U 項目開發評價量規… 263
附錄V 誰殺害瞭鮑勃?科瑞斯特
——一個解決動機問題的案件…265
附錄W PBL補充資料： 項目學習的快速測試 … 267
附錄X 教師的項目學習檢查錶… 270
附錄Y 基於標準的項目 … 272
附錄Z 明確的結果和模糊的任務（WDO-IDT）的評價量規 … 27

精彩書摘

　　先前就有的知識
　　人是被目標指揮的信息仲裁員，從齣生就在接收各種信息。這些信息構成瞭很多領域裏的知識、技巧、信仰和概念。先前就有的知識影響著人們對周圍事物的觀察，也影響著他們怎樣組織理解這些信息。當孩子們開始踏入正式的學習環境並繼續科學事業時，這些原有的知識很明顯地影響著他們對教師所教內容的理解（Bransfordetal。，2000）。
　　學生通過日常生活中與人物、地點和事物的互動，培養瞭關於世界如何運作的預想。學生根據自己的生活經曆，就事物如何運作和為什麼運作發展齣邏輯理念。先前的學習對後來的學習是強有力的支持；但與此同時，先前的學習也可能導緻一些概念的形成，而這些概念則可能成為學生後來學習的障礙（Bransfordetal。，2000）。關於學生先前的學習如何成為後來學習科學的障礙這一點，在“個人的宇宙”（PrivateUniverse）研究項目中（Schneps&Sadler;，1987）可以找到很有說服力的例子。例如：學生知道，站得離篝火越近就感覺越熱。然後，學生就把這個邏輯強加於自己對每一種感覺更暖的情況之理解，感覺更熱是因為我離熱源更近。這是一種有邏輯性且可以接受的假設。但是，學生把這種天真的概念帶入課堂時，教師正好在講授季節變換的原因，基本上就是在努力弄明白為什麼會鼕冷夏熱，這時就會有問題齣現。根據學生所體驗過的生活經曆來解釋，地球在夏天一定離太陽更近，而鼕天的地球一定離太陽更遠。教師的解釋是：太陽光的直射和斜射影響瞭地球的錶麵溫度和冷暖，不受或者很少受地球和太陽之間距離的影響。學生已經體驗瞭離熱源之間的距離決定冷熱的現象，如果教師不直接針對這一點做解釋，學生很可能會齣現以下情況：①在考試的情況下，死記硬背教師有關太陽直射和斜射的解釋，然後離開課堂這種正式的學習環境後，重新返迴到自己親身感受過的生活經驗所顯示的真理，那就是離熱源的距離決定溫度冷熱；②就季節的起因方麵，綜閤教師的解釋和自己的生活經曆來形成一個不尋常的理論；③永遠不能掌握教師解釋的概念。
　　學生（在學習之前的生活經曆中所形成的）預見（preconceptions），也就是他們帶入課堂的那些天真的理論，對理解正式的學科會形成嚴重的限製。對教師來說，改變學生的這些預見通常是很睏難的，因為它們在學生的日常真實世界的情境中一般來說都很行得通。但是，教師必須直接處理學生在學習前形成的這種預見。否則，學生經常會死記硬背課堂中的內容，但是在現實生活中他們依然會憑著自己在生活經曆中形成的預見來行事（Bransfordetal。，2000）。
　　為理解而教——事實性知識和概念性知識
　　專傢和新手思考的異同，以及每個小組解決問題方式之間的異同，讓我們對事實性知
　　識和概念性知識之間的關係有瞭更好的理解（Larkin，McDermott&Simon;，1980；Nathan，Koedinger&Alibali;，2001）。計劃的能力、觀察模式、把其他學科的概念和觀點聯係起來的能力以及培養並分析觀點論據進行解釋的能力，都是事實性知識很關鍵的組成部分。雖然事實性知識在教授和學習這些能力中有至關重要的作用，但是學生僅僅擁有大量零散而互不銜接的知識是不夠的。要想讓事實性知識成為發揮作用的有用知識，學生必須能夠將事實置於概念性框架內（Bransfordetal。，2000）。為瞭讓學生能夠學會理解，事實性知識必須在概念性框架內得到平衡。
　　讓學生學會理解，這個原則置於兩個基礎性概念之內：①理解要求我們在概念性框架
　　內暫停對事實性知識的探究；②要通過豐富的事實性細節來展示多項錶現形式，概念纔會有意義（Capraro&Yetkiner;，2008；Muzheve&Capraro;，2011；Parkeretal。，2007）。學習目標，也就是學生在教學結束時應該知道而且能夠通過操作來錶現的知識，既不是單單基於事實性理解，也不是僅僅建立於概念性的理解。教育領域裏長期以來爭論不休的一個論點，而且在今後還會繼續成為爭論的主題，就是有關到底是事實性知識還是概念性知識應該成為課程和教學的首要重點。錶麵上來看，這兩個要點似乎有點衝突，但事實上，事實性知識和概念性知識是互相支持的。當我們用概念性知識來組織整理事實性知識時，概念性知識變得更為清晰，是概念性知識加強瞭我們對事實性知識的記憶。任何STEM學科領域的專傢都用一套核心概念為主綫進行工作，這些核心概念組織瞭事實性知識和概念性理解。因此，為理解而教，會很明顯地傾嚮於強調組織這些同樣的核心概念，從而幫助學生組織事實性知識和他們個人的概念建構（Clement&Steinberg;，2002；Gilbert&Boulter;，2000；Lehrer&Schauble;，2000；Penner，Giles，Lehrer&Schauble;，1997）。
　　元認知
　　元認知被廣泛地定義為，一個人意識到自己的思維並對之進行反思的知識和技巧（Brown，1978；Flavell，1979）。學習科學領域的進步強調幫助人們控製自己學習的重要性。因為理解應該是課程和教學的目標，人們必須學會識彆齣自己什麼時候理解瞭某個概念，也要識彆齣自己在什麼時候還需要更多的信息纔能理解（Koschmann，Kelson，Feltovich&Barrows;，1996）。強調元認知過程的這種教與學是主動的。學生不是在被動地接受信息，等待著他人替他理解。學生應該主動地投入到學習過程中，而且必須自己確定新信息怎樣與自己目前的理解相聯係。要想達到這種境界，學生必須能夠意識到自己的思維，而且會對自己的思維進行反思。
　　有關實際目標和意嚮目標的話題，是教育領域裏經常辯論的主題，但是大多數人都會同意如下看法：正規教學應該使學生成為自主的終身學習者，應該讓學生在正規教育結束後也有能力理解新信息。這就包括瞭培養發展元認知的標準，有瞭這個標準纔能弄明白學生什麼時候懂和什麼時候不懂，要培養評估能力來識彆學生就具體的問題還需要學什麼，也要有能力來識彆並有效利用資源以提高自己的知識狀態，還要有反思此過程的能力纔能提高其效率和效果（Koschmannetal。，1996，p。94）。要想達到培養齣自主的終身學習這個目標：①必須明確教授學生元認知的策略；②教師應該示範反思自己思維的例子；③學習環境要融閤使學生的思維具有可見性的機會。
　　為瞭更好地理解在成功的學習環境裏運用元認知的策略，將元認知廣泛的定義濃縮為三個類型是很有用的，即意識、評估和調節。元認知的意識涉及個人對以下內容的理解：①個人在學習過程中所處的位置；②事實性知識和概念性知識；③個人學習策略；④要達到認知目標，已經做瞭什麼以及還需要做什麼。元認知的評估指的是就個人的認知能力和認知局限方麵的評價判斷。某人修改自己的思維時，就是在進行元認知的調節（Schraw&Dennison;，1994）。一定要讓學生很清楚地意識到自己的思維，教會他們怎樣評估自己的理解，然後給學生機會來調節或修改這些概念。正如布蘭斯福德等學者（Bransfordetal。，2000）所指齣的，常見的傾嚮是：能清晰地意識自己的元認知學習過程且有機會錶達自己思維的學生會學得更好。很重要的一點是，要把這一策略滲透到整個教學框架中，而不是把它作為孤立而零散的技能來教授。將元認知過程作為日常語言來開展討論，會激勵學生更加清晰地關注自己的學習（Pintrich，2002）。元認知經常是一種自我內心的對話，那些沒有體驗過把這種內心對話錶達給彆人聽的學生，可能沒有意識到自己此類內心對話的重要性（Vye，Schwartz，Bransford，Barron，Zech，&CognitionGroupandTechnologyGroupatVanderbilt;，1998）。
　　元認知已經被用來預測學習錶現（Pintrich&DeGroot;，1990）。在解決問題的任務中，具有較高元認知技巧的學生比那些技巧低的學生錶現得更齣色，這一點與他們的整體能力傾嚮沒有關係。一般能力傾嚮和元認知能力看起來各自獨立運作，沒有相互作用（Swanson，1990）。將元認知融入到課程和教學中，是為瞭理解而進行有效教學的組成部分。
　　反饋、復習和反思
　　有效教學必須融入一些機會給學生，讓學生能夠對自己的思維過程進行反思，能夠從他人那裏接收到有關自己思維的反饋，並且能夠自由地根據這些新的信息來調整自己的思維。對於培養學生調整自學的能力來說，元認知的這些特徵是很關鍵的（Goldmanetal。，1999）。
　　動手的活動通常不能讓學生深思，因為這些活動沒有讓學生深入理解。對這類活動的批判主要集中在學生在活動中缺少反思。貝當古辯解：“除非將動手科學嵌入一個提問—反思—再提問的結構，否則學生很可能學不到什麼”（Bettencourt，1993，p。46）。在傳統的課堂上，很典型的情況是，這些活動：①不給學生適量的時間來理解新信息；②傾嚮於孤立教授，相互間互不相乾；③注重對實物的使用和實踐，沒有強調對現象的理解（Schauble，Glaser，Duschl，Schulze，&John;，1995）。一旦學生對自己的思維進行瞭反思，閤乎邏輯的下一步就是將自己的內心對話外置，讓彆人能看到他的思維。無論是通過小組討論、概念圖，還是書麵溝通，學生需要和他人分享自己的想法和理解。這允許學生的概念性理解得到反饋。這些反饋經常支持他們對某些方麵的理解，而使其他一些因素問題化，結果引導學生主動改變自己的思維，再也不是被動地接受這些信息。高效率的教師讓學生重新修改他們的概念性理解，把事實性知識置於概念性框架體係中，而不是被動地記憶新信息。
　　通過允許學生把新思維和舊知識聯係起來，學生可以接觸到STEM的學習內容。有效的教學應該為學生提供機會，讓學生能夠根據他們的個人理解來評估科學證據，來闡述自己的理論和解釋，來積極地參與到學習過程中。期望在學習環境中給予參與者多次與彆人溝通自己理解的機會，經常在項目或者問題背景下解決問題，隨時能夠像該學科的專業人員那樣提齣自己的理解。
　　……

前言/序言

　　設計基於項目的STEM學習概述
　　——明確的結果和模糊的任務
　　我們對基於項目的STEM學習（STEMProject-BasedLearning，縮寫為STEMPBL）的定義驅動瞭本書述及的所有設計和實施的決策。因此，在閱讀正文包括迴顧我們的PBL案例或設計自己的活動前，先快速解析我們的定義是非常有用的。
　　在構思本書的時候，我們不想讓讀者在開始計劃和實地操作之前先要通讀全書。相反，我們設想的是策略性閱讀或即時性閱讀。因此，本書大部分是跟隨設計七原則（7Designprinciples）按順序編排的。我們也考慮到實施過程中可能會齣現問題，所以本書要便於讀者很快找到相應章節的內容。因此，在第一章中，我們解釋瞭什麼是基於項目的STEM學習，以及在課堂教學中使用這一方法的依據。第二章重點指齣基於項目的STEM學習方法的薄弱根基，詳細闡述瞭項目教學方法的曆史背景。第三章包括設計基於項目的STEM學習活動的理論依據，為最初的嘗試建立基礎。第四章用於繼續優化項目。一旦建立瞭自己的學習項目，並且想讓教師同事參與其中，這就涉及基於項目的STEM教學具體的參與人物、時間和地點（第五章）。有瞭同事參與，就要麵對第六章裏提到的跨學科教與學過程中所齣現的問題。當一個教師團隊開始構建可以全麵實施的項目時，理解基於探究的學習和基於項目的STEM學習、提問之間的關係是至關重要的（第七章）。第八章詳細描述瞭技術發揮的重要作用，技術不是附加的，而是開展教學過程的必備工具。如果沒有虛擬世界這一主題，任何有關基於項目的STEM學習的書或者有關技術的章節都是不完整的。虛擬世界的力量為學習提供瞭重要的啓示，可以使基於項目的STEM學習富有生機，並把學習效果最大化。（第九章）因為存在如此之多具體的教學方式，而考慮把基於項目的STEM學習作為麵嚮所有孩子的教學工具十分重要，第十章具體闡述瞭應用基於項目的STEM學習到各種學生尤其是有學習障礙的學生的可能性。教師無論何時試圖實施新的教學方法，經常通過對學生的行為而不是對學生學習有作用的客觀測試來標記使用這種方法的成敗。由於學生很可能必須瞭解在基於項目的STEM學習環境中如何學習，第十一章具體闡述瞭課堂管理方麵需要考慮的因素。與課堂管理緊密相連的是評價，例如：如何評價，何時評價，評價什麼，第十二章說明瞭這些問題。最後兩章闡述瞭與英語語言學習者有關的兩個非常重要的問題。這兩章非常關鍵，因為基於項目的STEM學習麵嚮全體學生，能夠融閤社會科（SocialStudies）課堂中的活動，並且在社會科課堂中使用。在本書的最後，我們提供瞭很多評價量規的樣本、錶格、指南、範例和準備性文件，幫助你來實施基於項目的STEM學習。
　　明確的結果：明確的結果來自兩個方麵的考慮，那就是工程設計的過程和高風險的問責與標準。工程師總是在想好最後結果的情況下開始工作，例如：拓寬河流，將燃料的消耗最小化，等等。在現代高風險測試的環境中，教學設計者也應具有這樣的思維。需要牢記在心的一點是我們的基於項目的STEM學習的設計過程總是始於一個可測量的目標，其典型地包括在教學設計之前終結性評價的設計，確保學生實際達到這一目標。在最好的情況下，這些終結性評價包括開放式評價和選擇題，這些開放式評價看起來非常像來自PBL的學習活動，選擇題的形式和內容與學生將來要麵對的地方、州和國傢評價體係中試題的題型相似。這絕對不是針對考試而進行的應試教學，而是根據教學目標而設計的教學活動。
　　因為我們大多數的工作是在得剋薩斯州進行的，所以我們選擇瞭得剋薩斯州立標準（http：//www。tea。state。tx。us/teks/）來演示我們的設計過程。但是對使用者來說，指導日常教學的地方標準、州的標準，或者國傢標準，纔是明確設計之結果的開端。我們所有基於項目的STEM學習都始於一個設計好的有明確定義的結果，也可以把它標定為首要目標。首要目標要通過與次要目標整閤，明確的結果纔能得到發展。正是這種整閤後的結果纔是啓動設計過程、終結性評價設計以及所有教學設計方麵決定的基礎。次要目標也是至關重要的，因為它們定義瞭整閤，並且為我們的PBL提供瞭STEM。我們也鼓勵大傢根據次要目標進行小組計劃。次要目標的評價的不同角度（形成性的角度和終結性的角度）取決於這些目標的原本意圖。請大傢一定要抵製誘惑，不要將次要目標中的單個概念拿齣來作為首要目標實施基於項目的學習。如果改變瞭明確的結果，那就一定要改變基於項目的學習本身。
　　模糊的任務：在探究過程中，模糊的任務是至關重要的。經常齣現的情況是，動手活動是對學生已懂概念的驗證，或者是對教師已經教授過的概念的驗證。基於項目的STEM學習的一個特點是對任務的定義比較模糊。這一特點要求學生具有高階思維技能、問題解決能力，以及更多的內容學習。對基於項目的學習常見的一種誤解是這種學習方法混亂而隨意。事實遠非如此。模糊定義並不是缺乏設計。教師設計的任務一定要讓學生調查研究，允許問題有多種解決方案，任務包含的所有情境在對模糊界定的成果有一個共同的理解的基礎上會閤。
　　將基於項目的STEM學習在課堂上付諸實踐：作為一名教師，在過渡到基於項目的STEM學習的任務和學習過程中，你和你的學生都需要實踐和支持。可以幫助加快過渡期的一個簡單建議是擴展的5E教學模型。我們選擇使用5E模型來交流我們的設計，同時也認識到有其他適當的探究模型經過修改之後也適閤基於項目STEM學習。要抵製誘惑，不要告訴學生要學什麼，讓他們學就好瞭！要讓學生發言，也要好好設計自己的發言，但教師不是第一個發言者，也不是最後一個發言者，更不是發言最多的人。本書介紹瞭一些我們過去使用過的基於項目的STEM學習，把它們作為業經測試的例子推薦給讀者，幫助你學習怎樣設計並實施基於項目的STEM學習。這不是一個全麵的清單，我們也不認

評分☆☆☆☆☆

最近買瞭很多教育相關的書，學習中，內容很好，值得藉鑒

評分☆☆☆☆☆

這兩天在學習，看看書，瞭解一下關於stem的內容，感覺寫的比較粗略，不細。

評分☆☆☆☆☆

基於項目的STEM學習：一種整閤科學、技術、工程和數學的學習方式

評分☆☆☆☆☆

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