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方法 | 美国STEM课堂如何把数学与工程融合?

 雨阳2019 2021-05-26
 看点    工程思维是一种孩子通过动手参与工程活动而发展出来的思维能力。工程能够培养多种习惯,其中最有促进作用的,当属运用数学知识来解决问题的能力和意识。
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美国通识教育核心课程的数学标准让老师不得不反思:该如何教好数学课,怎么做才能让学生在学会加减乘除基本技能外,还能建立对数学概念的深层次理解。

工程与数学结合正是解决这些问题的不二选择。

运用数学知识是工程思维的习惯

近年,我们一直探索“工程思维”这一概念。

工程思维是一种孩子通过动手参与工程活动而发展出来的思维能力。

工程能够培养多种习惯,其中最有促进作用的,当属运用数学知识来解决问题的能力和意识。

每个孩子都爱敲敲打打,都有创造热情,而工程课正好迎合了孩子们的这一天性。

工程思维




培养孩子以下能力:
  1. 思考并分步骤解决问题
  2. 基于背景综合思考问题
  3. 构思多种解决方案
  4. 流程创新、方法创新、设计创新
  5. 在保持标准与条件限制之间保持平衡
  6. 全局思考
  7. 运用数学知识解决问题
  8. 运用科学知识解决问题
  9. 对材料的性质和使用进行研究
  10. 构建模型和原型
  11. 以事实为依据做决策
  12. 永不言败,且能在失败中吸取教训
  13. 对可能的解决方案进行评估
  14. 与团队高效协作
  15. 沟通能力强
  16. 把自己看成工程师的一员
发现测量背后的意义

这个短片,可以让你看看工程课堂上,孩子们设计、制作和测试降落伞的情况。

从中可以明显的感受到,动手参与工程任务可以激发孩子的数学技能,锻炼他们解决问题的能力,并接触真实世界的问题。

视频中,老师和孩子们讨论两种测量的量:降落伞的伞盖直径和伞绳的长度。这与通识教育核心课程标准中“测量与数据”部分刚好契合。例如,二年级标准中要求学生能学会用尺子等工具进行正确的测量。

传统的课堂教学中,教师会让孩子在教室内随意测量一些物品。为了测量而测量的学习太过于抽象,孩子们无法理解你为什么非要测量鞋、黑板或是课桌。

工程让数学贴近现实世界

在现实世界中,精确测量是工程师日常工作。

在上面的视频中,孩子们作为航空工程师参与到“长距离投送:设计降落伞”的课程当中。

他们在设计、制作和测试降落伞的过程中,有着清晰的目标:制作一顶降落伞,尽可能地和缓投放载荷。

课堂配备有故事书“保罗的空投任务”,将课堂挑战与现实发生的事件紧密地联系起来。比如,NASA让科学仪器安全着陆行星和小行星的事件,包括著名的火星漫游者探测器等。

在改进设计的过程中,孩子需要反复测量降落伞盖的直径和伞绳的长度。

这不但强化了孩子的测量技能,也让孩子们获得了大量运用数学知识的机会,并在此过程中达到通识教育的标准。


例如,孩子们通过计算“打包指标”来判断降落伞够不够小巧,能否塞进航天器;他们用秒表测量降落伞的滞空时间,进而计算“平均下落速度”。

在获取这些结果的过程中,孩子都需要用到十进制知识储备。

我国著名的数学家陈省声曾经说:“我们每个人一生都花了很多时间来数学,但我们其实只是学会了计算,而不是数学。”

的确,现在对于很多国内的学生来说,数学意味着公式和精密的计算,那些藏在数字背后的逻辑反而无人问津。

而STEM教育,就是寓教于乐,以解决实际问题出发,让孩子参与其中,真正学习到数学的实际应用层面。

来源:科技学堂,
来源:科技学堂,作者:Cynthia Berger

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