文章目录

一、相关研究综述

1. 计算思维相关研究

2. STEM教育与计算思维能力培养

3. STEM态度与计算思维

二、整合计算思维的STEM工程设计教学模式

三、以“植物工厂”为例的STEM课程教学设计与实施

1. 学习者分析

2. 教学环境分析

3. 教学目标分析

4. 教学实施

    (1）界定问题——确定植物工厂自动化的工程情境，初步将问题抽象与模块化

    (2）提出解决方案——习得软硬件知识，绘制工程设计图，将问题进行增量与迭代

    (3）构建和测试模型——构建植物工厂装置原型，并对原型进行测试和调试

    (4）优化方案——观察检测数据，迭代测试功能，提供试错与反思的机会

    (5）评价——分享反思模型，进一步测试和调试完成植物工厂装置

四、教学效果测评

1. 数据收集

2. 数据分析

    (1）学生的STEM态度

    (2）学生的计算思维

    (3）学生STEM态度对计算思维的影响

五、结论与讨论

1. 主要研究结论

    第一，STEM工程设计活动在“需要知道”和“需要做”的循环中与数学、科学、技术学科进行了跨学科整合。

    第二，STEM教育和计算思维实践可以相互促进。

    第三，改善学生STEM态度有助于提升学生的计算思维。

2. 讨论与思考

    第一，未来通过STEM教育发展计算思维将成为一种跨学科的思维实践。

    第二，基于证据的多元评价方式有利于STEM教育中计算思维能力的培养。

文章摘要:计算思维是STEM问题解决中的一项关键能力,培养学生的计算思维已逐渐成为STEM教育的重要目标。然而当前如何在STEM工程设计教学中培养学生的计算思维,还有待深入探索。面向计算思维培养的STEM工程设计教学模式以计算思维、STEM学科内容知识以及教学法的整合为核心,通过工程设计发挥"系统流程"优势,将科学、技术与数学相关活动整合在一起,让学生在"需要知道"和"需要做"的循环过程中感知情境性问题,解决挑战性任务。该模式在STEM课程"植物工厂"中的教学应用表明:将计算思维的概念与实践融入STEM工程设计的各个环节,能显著提升学生的STEM态度和计算思维能力,并且STEM态度对计算思维具有预测作用。未来,通过STEM教育发展计算思维将成为一种跨学科的思维实践,基于证据的多元评价方式将有利于STEM教育中计算思维的培养。

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