香港的常识科课程是如何设计STEM活动?

原标题:香港的常识科课程是如何设计STEM活动?

来源:本文节选自香港教育局《小學常識科課程指引》

在香港现行课程中,STEM教育是透过科学、科技及数学教育推动。常识科的学习内容,包含了科学与科技教育的基础知识。

在课程设计上,学校有计划地联系相关的学习元素,提供实践机会,让学生就着日常生活问题,设计和拟定具体及有创意的解决方案。

在规划和统筹与STEM相关的学习活动方面,统筹主课、常识科与计算机课的课程教师仍须加强协作,以进一步提升学与教的效能。

STEM活动的设计须知

☆ 维持学生对了解自然与科学的学习动机和好奇心;

☆ 加强学生对生活的理解,发展他们综合和应用知识与技能的能力;

☆ 培养学生坚毅精神与决策能力,以诚信面对挑战与解决疑难;

☆ 鼓励学生善用设计循环,培养他们在研习过程中发挥创意与创新精神。

课程设计模式(一)

科本的STEM教育

常识科的学习范畴,涵盖科学教育与科技教育学习领域的基础知识,当核心学习元素与生活配合,让学生更加关注自然世界与周遭生活环境中每天发生的事情。

以常识科课程内的科学概念为切入点,让学生首先在「日常生活中的科学与科技」学习范畴中,透过手脑并用的科学探究活动,发展科学过程技能。学校继而在相关的生活化课题中,设计STEM活动,让学生有机会综合和运用知识与技能。

在课程规划上,学校可引导教师从常识科的学习主题中,提取相关的科学与科技元素,协助学生用以解决日常生活中的问题。

教师鼓励学生有目的地应用知识、技能及经验,运用资源创制产品,以满足生活需要。

要完成这项任务,学生需要掌握设计循环的理念,运用思考、解难、测试、覆核与改良等科技学习能力,通过不断改善的设计过程,使得制成品得以改良,兼具创意。

▍设计循环的理念

在学习过程中,学生运用所学的数学概念和能力,发展按数据作出决定的分析与推理能力,会令解难的过程更具说服力。

▍数学能力举隅

在策划课程时,教师应注意学习内容及STEM活动是否配合学生的能力及与生活相关。教师可透过不同的学习主题,为学生提供手脑并用的研习机会,加强学生综合和应用知识与技能的能力。

教师可策划不同学习阶段的STEM活动,以螺旋发展方式,有系统地深化学生的科学概念,并引入科技的知识与技能,让学生在多元化的学习活动中,透过设计循环,提升学习动机与探究的毅力。

例子(一):物料的特性

在第一学习阶段,学生在学习有关天气与生活的主题时,可先认识不同物料的特性(例如:防水能力),然后应用相关的知识,选取合适的物料以设计及制作房屋屋顶。

在第二学习阶段,学生在学习有关声音的主题时,会认识到声音的传播特性及不同物料的隔音效能。教师可安排学生分组制作隔音屏障,综合及应用所学。

例子(二):力

在第一学习阶段「善用余暇」的主题中,学生认识到力的例子(例如:拉力及推力),可尝试应用相关的知识制作玩具,发挥创意。

在第二学习阶段,学生认识力的例子(例如:磁力、摩擦力)及其与运动的相关现象,可应用「设计循环」,综合和应用相关的知识与技能,尝试制作「磁浮列车」模型。

透过联系学习范畴内科学与科技的学习元素,STEM活动可在各个学习主题中实践,如学习「中华文化」时,学生可运用中国古代建筑的榫卯原理制作模型;学习「人与环境」时,学生可配合环保生活概念设计及制作风力发电机、环保花洒头。

这些例子皆是联系常识科不同学习范畴而构思的STEM活动。

课程设计模式(二)

跨科的STEM教育

1.专题研习

学校可鼓励科目间的联系与协作,让具不同学科专长的教师参与STEM活动的设计。

透过专题研习,学校提供机会,让学生综合不同学习领域的相关学习元素,应用于具挑战的生活议题中。

例子(一)

课题:力与简单机械第二学习阶段

学习目的:

  • 认识磁力和平均数的概念。
  • 培养学生协作式解决问题的能力。
  • 善用设计循环的理念,制作具创意的模型。
  • 培养学生探究学习的兴趣,提升学习成就感。

情境:

从生活经验中,知道磁浮列车能提高行车的速度,缩短运输时间。由此引发学生的好奇心来研制快速而稳定性高的列车模型。

方法:

认识有关磁力的科学概念,在过程中发展科学过程技能。

设计:

学生须掌握有关磁力的概念,以制作稳定性高的列车模型。(科学概念)透过数次的测试,学生能理解以多次测试的平均值作为测量结果,以减低实验的误差。(数学概念)

实践:

学生可参考和模仿不同组别的设计,找出局限模型车速的因素。在设计循环的过程中,学生发挥创意、共同克服难点。例如:学生发现流线型车身能有效减少列车与空气所产生的摩擦力,加快列车行车速度。

反思:

  • 「制作磁浮列车」是STEM教育活动,从基本的科学概念到完成设计,是专题研习的课题。在设定教学时数方面,学校/常识科主任会如何调适?
  • 考虑因素:正规课时的百分比与弹性时间的运用
  • 「制作磁浮列车」在学与教的安排上,教师与学生的角色是甚么?
  • 考虑因素:教师主导/教师引导;学生主导/学生自学
  • 在STEM教学中,小组学习的好处是甚么?
  • 考虑因素:聆听、分享;分工、合作;讨论、推论

例子(二)

课题制作飞机

第一学习阶段:学生以小组协作方式,尝试设计及制作飞机玩具。研习目标是制作出飞行最稳定/飞行距离最长的飞机。研习过程中,学生需要组合和测试不同物料,以了解它们的特性(例如:轻/重?实心/空心?)及用途、量度飞行距离,设计及改良产品。

第二学习阶段:学生可尝试自行设计机翼的形状,使机身成为流线形,以减低飞行时的空气摩擦力,并更改飞机翼在主轴的位置,达至「力的平衡」。

通过以上简单的探索活动,学生能应用设计循环,了解飞机的形状与飞行特性之间的关系。

2.编程的应用

这一代的孩子生于数码年代,自小接触不同的信息科技产品和互联网,是「数码原生代」。他们与新科技「互动」之余,亦需培养「创造」新科技的能力。

小学常识科课程为学生提供多元化的学习经历,以奠定科学教育、科技教育和个人、社会及人文教育学习领域的知识基础、价值观和态度与共通能力。编程的学习与应用,也是衔接科技教育学习领域的基础技能。学校可参考香港教育局编制的《计算思维─编码教育》补充文件,选取合适的模式,配合《计算机认知单元课程》的建议,推动编程教育。学校亦可鼓励任教不同科目的教师共同合作,编订科本或跨科的学习活动,提供机会让学生学习和应用编程,发展计算思维。

学校可鼓励常识科、数学科与计算机课的教师共同策划STEM活动,提供机会让学生学习与应用编程,展示学习成果。

例子(第二学习阶段):

从机械制作走向机械编程创作

学校首先循科学探究的模式引入STEM活动,让学生利用简单的机械原理,设计及制作一具能步行的机械人。

研习过程中,学生须掌握接驳闭合电路的技巧与及运用杠杆及斜面的机械原理,制作以摩打驱动的机械人。学生运用不同的物料设计和制作模型,测试所制成模型的功能及特性。同时,他们探究组件的组合和装置对机械人运作的影响,应用设计循环解决问题。

(取材自香港教育局(2009)机械斗一番)

注 意

机械制作可以专题研习方式进行活动。学校可考虑使用弹性学习时间(总课时的19%),进行机械制作的活动。

计算机课的教师可参考香港教育局编订的「计算机认知单元课程」,选用包括Scratch和AppInventor的程序语言及工具,让学生掌握基本编程技巧。常识科教师可把机械制作与编程结合,推动STEM教育的发展。

学校可鼓励学生多观察身边的事物,运用机械制作和编程知识设计合适工具,以创意解决日常生活中的难题,并发展计算思维。

学校以什么方式推动跨学科的编程与机械制作?需要学校领导按校本的考虑,顺应校本需要和情况,进行讨论与分享,以达成共识。

可推广的活动方式

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