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跨学科中的工程素养培育——记科技创新备课组公开教研展示
发布时间:2019-10-08 09:33:24   发布人:学校发展中心  信息来源:暂无  点击次数:617

2019年9月27日,我校科技创新备课组在崇思楼小礼堂举行以“跨学科中的工程素养培育"为主题的公开教研展示活动,活动由科技创新备课组长张德贵主持,6位跨学科教师代表现场教研,全体教职工出席观摩。

本次公开教研展示分为两个环节,第一个环节由6位教师代表依次进行跨学科课程实践的演讲,第二个环节由7位教师围绕跨学科实践中的核心问题以现场访谈的形式开展研讨。

张德贵老师首先介绍了本次教研主题与未来阶段科技创新备课组的教研方向。目前,学校教学的主要形式还是分科教学,但如果学科之间过于割裂,学生则通常难以理解各个学科之间是如何联系的。而生活中遇到的实际问题大多是无法通过单学科知识解决的,需要跨学科综合分析。比如很平常的事:买衣服,可能就要考虑衣服样式(美学)、材料舒适度(材料化学)、价格性价比(经济学),明星代言、限量款等等因素,无形中已经运用了跨学科思维,日常平凡的事尚且如此,何况学生未来面对一些更复杂更大的挑战。如果学校教育大多是学科分割缺乏对学生跨学科整体思维能力培养的话,那么对于学生未来长期发展,面对真实生活问题显然是不利的。因此,科技创新备课组将围绕“观念更新”、“体系建设”、“项目学习”和“真实情境”这四个核心问题开展下一阶段的“跨学科中的工程素养培育"教研工作。

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资深教师代表林芳老师在演讲中提出,跨学科教学一定要树立一个“大观念”。杜威曾经说过,知识不再是稳定的固体,已然液态化。跨学科就是打破学科硬壳,把所学的各科知识和技能有机地融合在一起,从而能够更好的应对未来复杂环境对知识技能的要求。无论是教学还是科研,跨学科教学要有三个大:走近“大概念”课程 , 以“大问题”为主线, 以“大活动”为重心。

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青年教师代表王舟舟老师结合“水下机器人”课程实践随后发表了自己的看法,水下机器人课程遵循理论与实践相结合的方式,主张将课堂充分地留给学生,给学生最大程度上的课堂自由,自主实践,发现问题并且能够主动思考,解决问题。课堂通常划分为两个部分,前半部分由教师介绍本课程设计的主要知识理论和器械操作方法,后半部分则是学生主动动手实践。基于问题的学习(PBL)和项目制学习(PJBL)都是强调学生合作的学习方法,所以这两种教学法都适合于提高学生的跨学科能力。

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轨交工程实验室代表姚智伟老师结合“高铁调度”特色课程实践分享了他的想法,高铁项目是一个综合度很高的跨学科大项目。高铁线路的建设、列车的控制和调度涉及很多方面。比如,列车运行时刻图,是数学上的直角坐标系;列车的运行和控制,属于物理学科内容;列车通讯,属于信息学科;高铁线路的铺设,属于地理学科等等。跨学科课程的教学特点有整体性、实践性、开放性、生成性和自主性这些方面。通过跨学科教学,可以提升学生的综合能力和工程素养。包括提升跨学科整体意识,获得多种学科知识和技能,促进综合分析能力,提高反思和批判能力。

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“双新课程”教师代表王肖莲老师结合“Arduino程序控制”课程实践,认为随着课程的改进与发展,跨学科的问题逐渐显现:2017年课程有了校本学材、固定的教学内容与教学模式,2018年在课题实施中遇到棘手的跨学科的问题,唤醒了我们研究跨学科的意识,随即便开始尝试进行跨学科的教学探索。跨学科项目的实施采用明确的、整合的研究方法。跨学科的课程设计还需要有很多工作需要做,比如选题上要注重现实情境下真实问题的研究与解决、内容上要注重学科核心概念及学科间的大概念、设计上要注重学生高阶思维能力的培养等。

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基础型课程教师代表曹骏骅老师则介绍了在地理教学中的一些跨学科思考与实践。跨学科教学能促进学生的全面发展,地理课堂教学有机渗透其他学科知识,能促使学生从整体上认识人类世界,有利于素质的全面提高。跨学科教学能够提升教师的综合素养,多年来中学教学一直是分科进行的,教师的角色一旦确定,不少教师便画地为牢,把自己禁锢在学科壁垒之中,不再涉猎其他学科的知识。教师的专业知识过分窄化,大大地制约了课堂教学应有的活力。而科际联系对于改变这一弊端能起到很好的作用。首先可以克服学科间“各自封闭”互不联系或很少联系的现象;其次可以增强师生之间,教师之间的互动关系,师生互动产生的新知识比重将大大增加。比如,在讲解“月相的地理意义”前,可用历史素材夏商周断代工程作为导入的素材。把一系列夏商周年代简表及其断代的实物依据等图片构建出一个情境。在“潮汐”的学习中,大多数学生是弄不清为什么地球反垂点处也是高潮的问题,这时候只有运用物理中力的分解与合成来介绍引潮力,解决学生的疑惑。又比如讲水循环时用“黄河之水天上来,奔流到海不复回”;讲季风与非季风界线时用“羌笛何须怨杨柳,春风不度玉门关”;讲三峡宏伟的水利工程时用“更立西江石壁,截断巫山云雨,高峡出平湖。” 等。使用语文中的这些诗词,使地理课堂更增添了一番风味。

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活动第一个环节在曹老师生动幽默的案例演讲中结束了。第二个环节,张德贵老师发现刚才5位老师的演讲都不约而同的聚焦到了一个关键词上:“项目学习”。因此,便提议围绕“如何引导学生运用跨学科知识开展工程素养项目探究?”这个问题展开第二环节的访谈,6位参与研讨的老师围绕这个核心问题进行了更深入地现场交流。

林芳:“工程素养项目研究,就是要突出项目。运用跨学科知识开展工程素养项目研究我认为:一、要有好的项目。选择富有时代性、综合性强和学生感兴趣的项目。跨学科项目让学生了解很多事物不是孤立的,是综合的、需要用到各科知识去解决;又因为这些项目牵涉到各门学科,更为立体,学习的过程也不显得单调;项目有趣味性、能满足学生需求,也使学生能积极主动地参与学习过程,并且持久坚持研究学习活动。二、基础性课程中的跨学科课程可以有侧重,可以基于本学科,渗透、融入其他学科内容;拓展性和研究性课程跨学科可以少一些限制,多一些融合、整合。三、建立系统,就是多元思维模型。通过跨学科学习,养成多元思维习惯,将不同学科的思维模式融会贯通,这样有助于思维品质提升,可以提高学生思维的创新性、深刻性、灵活性;在工程素养项目研究中有助于问题的解决。四、重视实践与团队合作。在项目化学习中,综合、灵活运用各种知识和技能,提升实践品质。在项目化学习活动中,通过团队合作实现优势互补,促进学习能力提升和社会性培养,工程素养项目研究是一个综合性、复杂的过程,需要多元化的实践活动和团队合作来突破和实施。”

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王舟舟:“其实刚才我也提到了水下机器人这门课程,授课的关键在于问题和项目。就好比当我们提出了水下机器人到底是怎么用遥控去控制它运动的?那么学生就会带着这样的问题去了解操控背后的原理。当然,这些原理就会涉及到各个学科,比如物理学、计算机、美术等学科知识的支撑。在探索的过程当中,他们将会以工程项目为载体。着手尝试用用编程的形式。通过操作界面的美化设计,scratch的编写去实现他最初想要控制水下机器人的这样一个目的。课程的最后生成了看得见的且可操控的产物,完成了这节课的项目。学生们从提出问题-理解问题-方案设计-项目制作-最后的优化改进,那么这整一个工程实现过程,都是以强大的跨学科知识融合为基础。那么在这个过程当中,教师的巧妙引导就能挖掘出学生潜在的实践操作能力和创新能力,这两点恰恰是工程素养中非常重要的。所以不管是我作为一名英语老师也好,还是袁策老师作为一名体育老师也好。我们的关键不是把知识全都丢给学生,而是把课堂让给学生,让他们做主人。”

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袁策(临时受邀上台):“就像王老师所讲的一样,我们在《水下机器人》这门课程中在主要通过“问题”和“项目”两方面入手,运用跨学科知识开展工程素养项目探究。本身我作为一名体育教师,王老师作为一名英语教师,我们在工程类专业知识方面存在很大的缺陷。为了上好《水下机器人》这门课程进行了许多专业知识上的学习,例如我们在向学生介绍编程之前,我跟王老师前前后后学习和尝试了很多次编程知识和技巧;还有关于电磁知识、计算机知识还有美术排版等等……。《水下机器人》课程本身就一门跨学科的课程,当然我校开展的其他特色课程也多是跨学科课程。像这种跨学科的课程,想要引导学生开展工程素养项目的研究。我认为可以通过课上向学生介绍基础原理和知识之后,再向学生提出一些深层次的问题(例如,学生在学习掌握自主编程控制机器人做简单前后运动之后,向学生提出“如何实现通过编程控制机器人下潜到指定深度?”),通过问题引导学生将解决问题的过程具体化为一个项目,在这个项目中学生想要解决问题就必须要用到跨学科知识,编程需要计算机知识、水下定位需要数学知识、确保机器正常运行又需要电磁知识。这样的教学过程,既符合学生的学习实际情况,又能达到引导学生运用跨学科知识进行工程素养项目研究的目的。”

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姚智伟:“跨学科的工程项目探究 ,不是简单地将科工程、数学、物理、信息等单独学科知识简单组合起来,而是通过项目学习形成连贯有组织的课程结构,学生的认知与学习发生在完成任务和解决问题的过程中。教学设计环节,教师需要根据教学目标、教学内容、教学情境灵活选择和设计学生活动,创设真实情境,让学生通过参与活动进行学习,促进知识的内化,真正提高学生的学习效率,促进学生学习的发生。在备课和教学过程中,我觉得需要注意以下几点:(一) 跨学科知识进行有效整合。要把与工程项目有关的交叉学科知识进行汇总,形成交叉学科知识点的集合,并与其他学科相关知识点进行有效整合,各学科知识要进行有效衔接,避免知识盲区的出现。例如,在讲列车运行图或者速度时间图像、位移时间图像时,要给学生简要回顾、复习斜率相关内容。整合后的内容对于学生来说,更具知识的系统性与条理性,拓宽知识吸收的途径,达到深入理解的目的。(二)教学设计、教学内容需要结合跨学科知识。教学过程中有些知识点是多学科交叉,因此在对这些内容进行教学设计的时候需要和其他学科教师共同探讨,根据学科特点、学生情况进行教学设计,最大限度地利用各种教学资源,有助于学生更好地认识、掌握和理解知识点。学生更好地掌握本学科知识点的同时,也会更深入地了解相关交叉学科内容。(三)引导学生运用跨学科知识进行全面思考。在教学中注意培养学生的综合能力。首先就要提醒学生开阔思维,不要局限于某个单一学科知识。要引导学生认识到各学科知识和方法的融会贯通。引导学生应用学科知识解决问题时要具备跨学科意识,借鉴其他学科方法与知识。对于学生在学习过程中遇到的交叉学科的知识点,可以引导学生查阅资料,做好标记,等到各学科涉及到相关内容再进行回顾,总结知识点,构建跨学科的知识网络。”

王肖莲:“1.对课题项目有一个完整的认识,精益求精的实现产品的设计与制作。因为在一个完整的产品中必然存在多个学科知识的融合的应用。例如智能风扇,如果仅仅从功能上实现,那它就是电机。但是电机等于风扇吗?它有叶片的设计,叶片是3片还是5片,叶片的幅度如何?还应该有外壳,这部分需要定制,那就需要使用3D建模来实现。所以智能风扇这个项目中,体现了人类改造自然的能力,设计的思想,是一个很好的跨学科融合项目。2.锻炼学生坚韧的品格和执行力。有很多学生在课题研究的过程中知难而退,例如,有同学做小车地盘的设计,他要去研究怎么样的地盘稳定,荷载量要大,又不能影响转向的灵活性,他就退缩了,时间上不够,能力不够等等。这个时候教师就应及时的帮助学生,解决技术上的难题,相信度过这个难关,不仅学生会从情感上非常感激老师,而且对增强自信心和对课题继续做下去的信念。坚韧的品格和执行力,在课题研究过程中会得到很好的锻炼。”

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汪洋(临时受邀上台):“第一学期由学生分别在3D打印和阿迪诺进行单一学科的理论学习和方法训练,通过由易到难的实践项目培养学生在3D打印的作图设计、制作、阿迪诺软件编程、功能设计的能力。第一学期末,由3D打印班级和阿迪诺编程班级学生相互组队,对第二学期的跨学科项目进行构思和探讨,并在第二学期初给出方案初稿,由教师给出创新性、可行性修改意见。3D能够培养的工程素养的点:3D打印本身是一门非常综合的实践学科,通过将物理学、平面和立体设计等理论通过设计软件做出设计图纸,经3D打印机制作成品,根据制作过程中出现的问题,不断调整原设计方案,通过理论和实践的碰撞激发学生对工程的认知、培养其通过工程方法实现项目的能力。通过一学期在各自领域的专业学习和实践探索,对两个学科领域有初步了解和实践经验后,第二学期,通过将阿迪诺能够实现的软件功能和3D打印的个性化设计优势相互结合,指导学生针对一个具体项目自主探索实现路径,在设计、实践和调整过程中培养其工程素养。”

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曹骏骅:“首先,项目案例的选择十分重要。既然是促进跨学科学习能力的培养,那么这一项目应该是多学科交叉的问题。如城市的环境问题是一个多学科都涉及的热点问题。化学课可从化学原理和化学技术的层面探讨如何实施无废料排放、如何防治水污染和水环境的恶化;生物课可以从生态原理的角度,从生态链、生态系统的角度探讨问题。政治课可从公民如何养成良好的垃圾分类习惯,政府颁布了什么相关的环保法律等角度探讨。地理课可以从地理环境的容量、不同区域气候和地貌对城市环境的影响、区域环境与城市产业布局等角度探讨。其次,我们需要对这个项目进行“鲜活”加工,例如在情境材料中降低学术门槛,减少学术味道,增加生活气息,这样能够引起学生的探究兴趣;项目的探究阶段可以设计学生动手实验、野外考察、社会调查等实践活动,提高学生的实践能力。最后,跨学科教学的局限在于所跨学科的知识学生是否熟练掌握。如果学生对相关学科的知识不熟悉、未理解透彻,那么会成为他们开展跨学科学习的障碍。但反过来想,项目探究可能也会促进他们对基础课程知识的复习、巩固和应用。”

张晨:“我觉得引导学生解决生活中的实际问题是培养学生工程素养的一个很好切入口,因为要解决一个实际问题需要涉及方方面面很多学科,把解决这个问题的过程和得到的结论以课题的形式呈现,通过课题研究的形式对学生进行工程素养的培养,那么我们如何指导学生做课题呢?1.引导学生发现问题,这个问题是实际生活中真正需要解决的问题。2.在跨学科课程的实施过程中,帮助学生掌握必要的基础工具和研究方法,使学生做好深度学习的准备,使学生在高中阶段独立完成一项课题研究、参加一次头脑奥林匹克竞赛;体验一个项目活动,甚至能找到志同道合的朋友。以己绵薄之力做到立德树人,为学生打造具有全球视野的专业素养。一个问题的解决先搭建一个涉及各个学科老师的学生指导平台,从课题研究基本能力培养、工科素养培育,生物信息软件学习、社会调查研究方法等方面入手,在科学研究过程中发现问题,提出假设,设计实验,获得数据,解释数据,获得结论、反馈修正的的思维模式,都是指导学生解决实际问题的有效工具。”

经过深入的现场访谈,参与研讨的教师虽拥有不同的学科背景,但都形成了两点共识:1.课程实践已经证明跨学科是有价值有意义并且值得在我校推广的。2.项目学习是跨学科工程素养培育的良好载体,关键是带着学生做真研究!

科技创新备课组目前有35名教师,本次公开教研展示因场地和时间等因素仅邀请了6位不同课程类型的教师代表参与,组长张德贵老师表示接下来也会组织范围更广、主题更丰富的教研活动,也期待有很多的教师加入到跨学科工程素养培育的团队中来。

科研与课程发展中心主任、正高级、特级教师史莉莉对本次教研展示进行了点评:“今年,我校成为上海市教研室首批跨学科学习项目和工程学项目实验校。刚刚看到老师热烈研讨,我也很激动。老师们说得都很好,有想法真实践,跨學科就是綜合创新,教師是复合型教師,这才有可能成为创新型教師。跨学科项目给老师带来更大视野和相互学习的平台,有问题不可怕,发现问题关键是能解决问题,在修炼中不断成长,超越自我!成为创新型教师!

    9月22日。我校种子课程高二和高三学生参加市里推优项目答辩81人,是市里推优总人数的三分之一,感谢老师们的辛勤指导,记得16年初开设种子课程的时候,我们老师也才能读懂课程内容的20%。但不畏难,勇专研!他們是科技創新教育先鋒队,种子课程参与老师个个都成为了市级专家,并参与市里教材撰写。张德贵依托种子课程——多彩的功能膜,获得上海市拓展型课程教学评比一等奖第一名。胡闵爱获得种子课程教师教学经验交流研讨会征文一等奖。朱颖妍、王肖莲、张德贵通过种子课程实践教学,在全国名师孵化决赛中获奖。这两年,我校高三的综评成绩越来越好!工程素养培育科技获奖级别和数量创历史新高!

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跨學科教育从我做起,人人做起,做创新教育的促進者、實施者、研究者、評價者!

徐以成己 汇则达人!徐以兴学 汇则兴邦! ”

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(撰稿:张德贵  摄影:陆舟斌  责编:史莉莉)

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