STEAM教育理念下初中数学融合编程大单元教学设计实践研究 研究方案

作者:户佳页 时间:2024-03-08 点击数:

1.课题提出的背景与所要解决的主要问题

1)课题提出的背景

政策持续支持使得各省市中小学对STEAM教育的认知普及度持续提升。同时应试教育体制改革力度也在加大,部分省市已将其纳入教学实践中江苏目前有部分中小学校STEAM教育纳入课程,充分说明了应试教育所需要改进的方。同时,随着人工智能发展写入国家发展规划,STEAM教育作为培养高素质技能人才的入口级教育模式,能够培养复合型人才,推广力度将进一步增强。

2021年7月,中共中央办公厅、国务院办公厅印发了《关于进一步减轻义务教育阶段学生作业负担和校外培训负担的意见》,标志着“双减”政策正式落地。大单元整体式教学模式将分散的课程内容整合为一个系统,以教材为基础,以板块化、专题化、章节化,结合学情对教材内容或知识、方法进行整体性、系统性、综合性的优化组合设计,具有很强的“减负”性。通过“大单元”教学可以有效激发学生学习的内驱动力,提高学习效率,帮助学生加深对知识的理解,发展思维能力,减轻过重的学习负担,提升学科素养。

2)所要解决的主要问题

随着信息技术的广泛应用学生已经不习惯课本的静态知识这些课本概念让他们感觉枯燥无味学习兴趣无法提高课堂效率低下难以达到理想的教学效果STEAM教育理念下合理应用信息技术例如编程可以让课本知识活起来最大限度激发学生的学习兴趣实现更好的课堂效果。同时,开展大单元设计与教学、学习与策略方面的研究,力求能结合学生的学情,着眼于学生的思维发展、能力提升和数学学科素养的形成,并且与减负增效、学生创新精神和实践能力的培养结合起来,达到有效提高学生的学习效率,提升学生的数学核心素养的目的。

2.本课题在国内外同一研究领域的现状与趋势分析

1)国内外同一研究领域的现状与趋势分析

①本课题国外研究现状

STEAM教育的推行源自于美国政府所提出的一项教育倡议,目标是加强对美国青少年关于科学、技术、工程、艺术以及数学的领域知识教育,全方位培养美国“未来式青少年”。在STEAM教育的号召下,结合其内涵的教育方式开始源源不断地显现出来。从美国总统奥巴马身先士卒加入了学写程序,编写代码到机器人技术、3D打印技术机等科技类领域知识引入了美国课堂帮助孩子们学习数学、科学等学识。STEAM教育发展潜力可谓是日益壮大。同样在英国,机器人教育首次被引进中小课堂。这也意味着不仅只有美国,整个世界对于STEAM教育的关注程度之高成为了时下趋势。

20世纪初,美国教育家杜威主张实用主义的单元教学,提出了单元教学的教学模式,其基本程序为“设置问题情境、确定问题与课题、拟定解决课题的方案 、执行计划、总结与评价”,他的学生克伯屈在此基础上开创“设计教学法”。主张“学习大单元”——取消分科教学和教材,不设置固定的课程内容,学习单元的安排应该以学生的活动为主要依据。这引起了世界教育界的轰动,他被称为“设计教学法之父”。19世纪末到20世纪初新教育运动的领军人物、比利时教育家德克乐利,在布鲁塞尔的学校中推行以“整体化”和“兴趣中心”为原则的“德克乐利教学法”。1931年美国教育心理学家莫里逊提出了“五步单元教学法”即“探索——提示——自学——系统化——复述”,让学生在几天或一周时间内学习教材上某个专题或解决一个问题。“五步单元教学法”理论对现在的单元教学仍然具有指导性和操作性。

近年来,对于单元教学的研究逐渐具体化,从大教育角度逐渐进入学科范围,在数学学科范围内,阿德尔卡里姆(Abdelkarim R),阿布亚达(Abuiyada R)两位学者(2016)提出单元教学方式的实施对于学生数学成绩具有较大的影响。两位学者将32名大学数学与科学系的学生分为两组,除实验变量外其他一切条件都做相同的控制,最终实验数据表明:实验组使用单元教学方法的学生数学成绩相较于对照组使用常规数学教学方法的学生成绩较高,推动了单元教学在数学学科教学的发展。

本课题国研究现状

五四运动后,单元教学传入我国,并发轫于梁启超(1922)所倡议的“分组比较”教学法,他首次提出“不能篇篇文章地讲,须一组组地讲”的教学观点,强调教科书的完整性和系统性。教育部(1923)颁发了《新学制课程标准纲要》,单元型教材诞生,典型代表是1932年-1935年,夏丐尊、叶圣陶编著的《国文百八课》,正式形成了以单元教学为手段的授课方式。杜威来华访问后,加速了实用主义的单元教学理论在我国的传播。该理论首先推动了我国教科书编写的单元化。近年来,华东师范大学崔允漷教授提出:大单元是融合了目标、内容、教学与评价的“课程细胞”。

2015年9月教育部《关于“十三五”期间全面深入推进教育信息化工作的指导意见<征求意见稿>》首次明确提出STEAM教育,将STEAM教育科目列入教学、考试体系,把“软任务”升级“硬指标”,成为必修课,同步辅助应试教育的K12+教育新赛道诞生。与此同时,中国的基础教育课程改革也正在向纵深推进,旨在通过改革来重建课程文化、知识体系和教学模式,以全面提升教育质量,加快创新型人才培养步伐。

2022《义务教育数学课程标准(2022年版)》颁布在课程理念中指出设计体现结构化特征的课程内容,促进信息技术与数学课程融合。对内容进行结构化整合,探索发展学生核心素养的路径;注重数学知识与方法的层次性和多样性,适当考虑跨学科主题学习;合理利用现代信息技术,提供丰富的学习资源,设计生动的教学活动,促进数学教学方式方法的变革。

2)本课题与之区别与联系

①本课题以初中数学“大单元教学设计”为出发点,突出STEAM教育理念下从学生的角度思考大单元、设计大单元,坚持以生为本,注重融合创新

②本课题以“大单元”为研究载体,数学融合编程旨在激发学生的学习兴趣提高课堂学习效率培养学科核心素养与能力,具有明确的研究方向。

3. 课题研究的实践意义、理论价值和创新之处

1)实践意义

目前,应试教育体制改革力度在加大,素质教育的需求日益提高,基于STEAM教育理念的教育方式能够很好的拓展学生的思维逻辑能力,从小培养学生的创新创造能力,更好地贯彻素质教育。基于大单元的教学设计为初中数学融合编程的跨学科课程培养学生核心素养提供了新的教学设计形式,为深化课程改革下的初中数学教学提供借鉴。

2)理论价值

本课题将初中数学与编程融合开启大单元教学新视角,丰富了初中数学与信息科技学科核心素养的理论体系。通过探究STEAM教育与大单元教学的概念内涵,探索大单元概念下跨学科教学的实现方式以期提升大单元教学质量以及学生综合素质,为跨学科课程开展提供参考与借鉴。

3)创新之处

课题不仅涵盖创新课程而且与传统应试课程结合起来,为未来的初高中科目学习奠定基础。跨学科的教学内容有利于打破不同学科的界限,增强他们之前的联系以形成完整的体系注重培养孩子理性思维的同时也注重提升他们的艺术素养和人文素养,便于培养多方面综合型人才。大单元模式下的教学设计有利于提高孩子在课程中的参与度,增强他们的实践探索能力,培养其创新意识,提升他们学习的兴趣。

4.完成课题的可行性分析

1)学校支持

学校有较为完善的课题研究管理制度,为课题研究的顺利实施提供有力保障。我校图书馆有中国期刊网全文数据库和“E学”以及智慧教育云服务平台,校园网覆盖各班各室,可以随时满足教师信息搜集的需要。学校良好的信息化环境,便捷高效的办公系统,综合性的信息查询系统等条件为课题完成提供了硬件设施和软件开发的保证。

2)课题承担者的科研水平与能力

本课题研究由太仓市实验中学数学组和信息组内教师组成,无论是敬业精神,还是教学能力和科研意识,都是出类拔萃的。参与研究的教师教学基本功扎实,有较强的教育科研意识和丰富的教育科研经验,取得过可喜的研究成果,为课题研究的顺利进行和取得预期成果奠定了基础。

3)课题研究基础

课题组对该项研究已做了一定的前期准备工作,调阅了大量文献资料,包括与课题相关的大量本著作和论文,并完成了相关的前期调研工作。每周的集体备课都有关于大单元教学及学习任务设计方面的研讨。课题组成员有大单元教学设计与实践的经验,也开展过steam课程教学,有比较丰富的项目式教学的经验,因此,本课题有很好的研究基础。

三、课题研究设计报告

1.核心概念的界定

1)STEAM教育理念STEAM教育最早由美国政府提出,旨在用跨学科的方法教授学生各方面知识,培养解决问题的能力。STEAM代表科学(Science),技术(Technology),工程(Engineering),艺术(Arts),数学(Mathematics),STEAM教育就是集科学技术工程艺术数学多领域融合的综合教育。

2)初中数学融合编程大单元教学大单元教学是具有特定的素养目标,拥有相对完整的教学内容、议题,有着特定活动方式的课程实施方式。大单元教学倡导大概念、大情境、大任务与大问题。本课题所指的大单元教学是以初中数学教材为主,以本校学生为本,结合学情融合编程教材内容、学习知识与方法进行整合重组明确的主题任务进行优化设计让学生在真实问题解决的学习情境中进行探究学习,以此培养学生的学科核心素养。

3)STEAM教育理念下初中数学融合编程大单元教学设计的实践研究:本课题基于STEAM教育理念,以建构主义理论、主体教育论、系统性理论、课程标准为指导,以培养学生核心素养为导向,以初中数学融合编程为主要途径,通过课堂教学的实践研究,探索大单元教学和设计策略,激发学生的学习兴趣,帮助学生拓展数学思维、跨学科解决实际问题能力等综合素养。

2. 支撑性理论

1)建构主义理论

建构主义理论强调了在教学过程中教师对学生的引导作用,指导学生进行思考与讨论,进而进行意义的建构。

学习观

建构主义理论的学习观强调以学生为中心,学生通过教师的指导和现有知识体系主动对知识进行意义的建构,形成自己的知识体系,在学习过程中呈现主体地位建构主义理论学习观的四大要素包括情境、协作、会话和建构。情境要求创建出能够激发学生知识建构兴趣的教学模式协作要求学生在互动过程中能够对于信息进行收集与归纳;会话则是协作中的交流,能够更好地丰富学生的知识体系;建构则是指在经过情景、协作、会话之后,学生对知识进行意义建构。

教学观

建构主义理论的教学观要求教师作为学生的引导者,尊重并发挥学生的主体作 用,在教学过程中采用合适的教学方法让学生达到对知识意义建构的目的。在教学过程中,教师和学生之间的协作与会话是重要的研究课题。建构主义教学观既要求教师能够单纯地传授知识,又要求基于实际意义,调动学生学习动机,处理他们在学习过程中发生的困难。教学效果也不能简单地用成绩来衡量,而是要让学生成为一个真正独立的学习者,在学习中反省、总结,并建构知识体系

2)主体教育论

主体教育是一种基于主体哲学对教育培养什么样的人以及教育活动的认识,是一种教育的观念或教育哲学思想,它相对于依附性教育或客体教育而言。其基本观点是:人是教育的出发点,人的价值是教育的最高价值;培育和完善人的主体性,使之成为时代需要的社会历史活动的主体,是教育的根本目的;主体教育的过程必须把受教育者当作主体,唤起受教育者的主体意向,激发受教育者主体的自主性、能动性和创造性,使教育成为主体的内在需要,成为主体自主建构的实践活动。

3)系统性理论

系统论的基本思想方法,就是把研究和研究对象,当做一个系统,从整体分析构成要素和各个要素之间的关系以及结构和功能,还有系统、组成要素、环境三者的相互关系和变动的规律性,根据分析的结果来调整系统的结构和各要素的关系,选择最佳结合方式,使系统达到整体上的最佳优化目标。

3. 研究目标与研究内容设计(含子课题的设计)

1)研究目标

理论性目标

通过相关文献解读的理论研究,分析STEAM教育理念下初中数学“几何图形”大单元教学与编程进行融合的可行性,调查分析STEAM教育理念下初中数学融合编程大单元教学的实施现状。

实践性目标

提炼STEAM教育理念下初中数学融合编程大单元教学设计的有效策略形成系列的STEAM教育理念下初中数学融合编程大单元教学设计的典型为课堂教学提质增效,促进学生核心素养的形成

2)研究内容

STEAM教育理念下初中数学融合编程大单元教学设计理论研究

通过梳理有关STEAM教育理念下初中数学融合编程大单元教学设计的相关文献与材料,了解国内外研究现状与发展趋势,清现存问题与可行性分析,为后续构建初中数学融合编程大单元教学设计的实践研究奠定理论基础。

STEAM教育理念下初中数学融合编程大单元教学设计的现状调查研究

通过调查分析STEAM教育理念下初中初中数学融合编程大单元教学设计的实施现状,研究当前STEAM教育理念下初中初中数学融合编程大单元教学的意义及存在问题。

STEAM教育理念下初中数学融合编程大单元教学设计策略研究

STEAM教育理念与大单元概念的指引下,以Python turtle画图编程为切入点,整合初中数学几何图形”的平面图形、勾股定理等章节内容,帮助学生打破学科界限,学会进行知识的迁移运用,培养全方面的综合型人才,提升学生数学与信息的学科素养。以大单元教学主题为核心,进行大单元教学设计的优化重组,在此基础上提炼STEAM教育理念下初中数学融合编程大单元教学设计有效策略,并以此为基准进行课题的实践研究活动。

STEAM教育理念下初中数学融合编程大单元教学设计例研究

形成系列的STEAM教育理念下初中数学融合编程大单元教学的设计例。开展初中数学融合编程大单元教学的实证研究,在实践中分析教学过程中所收集到的数据,根据检验结果进行总结与反思,不断修正完善初中数学融合编程大单元教学,形成STEAM教育理念下初中数学融合编程大单元教学设计系列例。

4. 研究思路与研究方法设计(对应研究目标、内容、过程进行某一方法的具体设计)

1)研究思路

从知识、思想、方法等角度对教材进行梳理,提取大单元教学内容,结合STEAM教育理念和编程技术支持确定大单元教学设计主题,建构大单元体系

以融合创新为目的明确大单元教学目标,规范教学模式,细化实施路径,完善评价体系。

2)研究方法

①文献研究法:广泛阅读建构主义理论主体教育论、系统性理论STEAM教育理念、大单元概念等相关理论资料,包括相关研究成果、教学实录、教学设计等文献。

②实验研究法:根据已经掌握的理论经验和设定的研究方案,选择个别班级开展实验教学,并对实验教学进行过程性跟踪,对结果进行数据分析。

③行动研究法:针对“STEAM教育理念下初中数学融合编程大单元教学设计”的实践研究,设计教学活动方案,进行行动研究,做到边实践边研究,边反思边修正,邀请专家对研究的方案及效果进行评价,并不断完善初中数学大单元教学的方案设计。

④调查研究法:通过调查问卷、师生访谈、专家访谈等方式,对实施初中数学融合编程的“大单元”教学任务中的影响因素、教学和学生在“大单元”学习中的变化等进行深入调查研究。

⑤比较研究法:在纵向维度上对实施融合编程的“大单元”教学任务前后教师和学生在思想理念、教学行为、学习行为、师生关系等方面进行深入细致的比较,以研究STEAM教育理念“大单元”教学任务带来的过程和结果等内容的转变进行比较。

⑥统计研究法:对问卷中的数据进行统计整理,在定量研究的基础上进行定性分析,使研究做到定量与定性分析相结合。

5. 研究过程设计(阶段时间划分、阶段达成目标、阶段研究内容、阶段成果形式、阶段负责人)

1)第一阶段(准备阶段)(2023.2—2023.6):

确定研究课题,启动课题、成立课题研究小组,召开课题组成员会议,介绍课题研究的目的、意义及研究的基本设想,组织制定课题研究实施方案并开展申报,明确各成员的职责与分工。开展系统的STEAM教育理念和大单元教学理念学习,进行STEAM教育理念下初中数学融合编程大单元教学设计的可行性分析研究,提高课题组成员的统一认识开展初中数学融合编程的大单元教学”的专题培训,制定研究计划,初步分解研究任务。

2)第阶段(研究实施阶段)(2023.7—2024.6):

组织课题组成员搜集、学习相关理论文章,围绕相关理论,着手开展STEAM教育理念下初中数学融合编程大单元教学设计现状调查与分析研究,探索初中数学融合编程的大单元教学设计策略。立足课堂开展教学实践,对实验数据、方式、理念进行研讨、比较、分析、评估,进一步优化、完善STEAM教育理念下初中数学融合编程大单元教学设计策略研究,并在此基础上形成课题的中期报告进行汇报。

3)第阶段(深化研究阶段)(2024.7─2025.6):

根据中期评估的情况,总结经验,调整思路,改进不足,使研究走向深入;深化课题研究的各项工作,总结研究经验,形成STEAM教育理念下初中数学融合编程大单元教学设计系列案例

4)第阶段(研究总结阶段)(2025.7—2025.12):

全面汇总课题组成果材料,撰写课题研究报告,完成课题的结题工作。

6.完成本课题研究任务的保证措施

1)制度保障:学校有较为完善的课题研究管理制度,为课题研究的顺利实施提供有力保障。

2)组织保障:学校成立了课题领导小组,负责课题的管理和实施。校长担任总课题的负责人学校数学与信息科技教师都积极参与到此项目的研究中,在本课题研究之前,各位课题组成员也已经做了大量的资料收集、研究讨论等前期工作。

3)资料保障:我校图书馆有中国期刊网全文数据库和“E学”以及智慧教育云服务平台,校园网覆盖各班各室,可以随时满足教师信息搜集的需要。

5)经费保障:学校设有教科研奖励基金,激励教师积极参加课题研究。

6)技术保障:学校良好的信息化环境,便捷高效的办公系统,综合性的信息查询系统等条件为课题完成提供了硬件设施和软件开发的保证。

7)科研保障:学校成立了教育科研领导小组,教发中心、教育联盟、教研组的信息技术研讨活动定期开展,科研基础有保障。

7.预期研究成果(成果形式及预期完成时间)

 


成果名称

成果形式

完成时间

阶段成果

STEAM教育理念下初中数学融合编程大单元教学设计可行性分析报告

分析报告

2023.05

《初中数学融合编程大单元教学设计调查报告》

调查报告

2023.07

STEAM教育理念下初中数学融合编程大单元教学设计策略》

系列论文

2023.12

STEAM教育理念下初中数学融合编程大单元教学实践与反思》

系列论文

2024.03

STEAM教育理念下初中数学融合编程大单元教学设计的实践研究中期报告》

中期报告

2024.06

 

最终成果

STEAM教育理念下初中数学融合编程大单元教学设计案例集》

案例集

2025.06

STEAM教育理念下初中数学融合编程大单元教学设计的实践研究结题报告》

结题报告

2025.12

 

 

 

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