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【改革参考】共同参与、关注创新、专业引导,美国steam实验室构建创造力空间

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作为STEAM教育的重要支持,美国STEAM实验室在社会力量的凝聚与应用、设备资源的建设与更新、项目的设计与开发和人员的配置与培养等方面具备成熟的经验。


今天我们将通过分析美国典型的STEAM实验室案例,得出其较为显著的特征

共同参与的学习方式

丰富的资源设备支持

创新思维的引导

持续完善的分级项目

配置STEAM实验室协调员


创新实验室可以为学生实现跨学科学习和STEAM教育提供实践的物理场所和设施支持,让他们基于兴趣进行跨学科的创新活动和学习。我们应该借鉴国外创新实验室设施与资源建设理念,结合我国实际情况,进一步建设和完善我国创新实验室。


以往,学科越分越细,学科内的知识逐渐丰富。但实际上,这个世界不是按照学科分的,它是综合的。未来的世界复杂多变,很多新的学术发现和突破恰恰发生在学科交错的边界。


STEAM教育具有依托新技术转变教学理念和教学模式的诸多优势对于提升科技水平和保障国家战略发展具有重要作用。美国STEAM实验室通过提供充分的教学设施与完善的教学资源,成为教师和学生开展STEAM创新学习与研究的重要支持。


目前国内STEAM教育的研究由观摩学习转向理论构建与实践应用,但对STEAM实验室的研究与建设相对较少。



何谓STEAM实验室?


美国STEAM实验室根据STEAM教育理念,设计基于项目、活动以及问题的学习情境,让学生在实践操作过程中进行产品的研究、设计和开发,不断提高学生STEAM素养和解决复杂问题的能力


根据所属部门性质的不同,美国STEAM实验室针对学生、教师、家庭和公众等服务群体的差异,设计明确的教育目标,开设不同的项目实践,组织多种形式的创新活动


美国有代表性的STEAM实验室分别为波士顿艺术学院STEAM实验室、曼哈顿儿童博物馆STEAM实验室、新罕布什州儿童博物馆STEAM创新实验室、贝尔沃堡小学STEAM儿童实验室、格林威治学院STEAM实验室以及提顿县学区数字制造实验室,其简介和特点如下。

表1  美国六个典型STEAM实验室案例的简介和特点

名称STEAM实验室简介特点
波士顿艺术学院STEAM实验室

1.所属部门:艺术学院

2.愿景:将波士顿艺术学院的STEAM倡议提升到新的高度,塑造新型STEAM教学空间;将实验室打造成为学生玩耍、思考和创造的地方,为学生项目实践活动提供资源、工具和指导。

3.典型活动:视觉活动、3D打印、激光切割、电子纺织物和3D模型设计。

4.活动形式:合作、小组互动或独立学习;

5.特色:支持学生从所处环境中发现材料,并与新技术结合起来创建自己的项目。

为学生提供丰富的资源、工具和设施,支持STEAM课程学习
曼哈顿儿童博物馆STEAM实验室

1.所属部门:博物馆

2.愿景:专注于科学、技术、工程、艺术、数学以及21世纪技能的融合。

3.典型活动:机器人设计、创建电路、做电子元件上的建模试验、运用VHS制成大型艺术装置、创建建筑结构和设计壁画。

4.活动形式:支持儿童和家长共同参与实践活动;举办手工制作坊,让儿童与科学家、工程师或艺术家一起进行发明创造。

为学生提供与科学家工程师或艺术家共同设计创造作品的机会,使他们感知真实的创造过程。
新罕布什州儿童博物馆STEAM创新实验室

1.所属部门:博物馆

2.愿景:为学生提供聚焦科学、技术、工程、艺术和数学的新型学习空间和高科技设备;为教育者提供需求分析和培训支持;面向家庭教育设计STEAM实践。

3.典型活动:3D打印、细胞成像、设计APP、雕塑、创建电路、提取DNA、插图制作、音乐等

4.活动形式:学生、教师、家长共同参与;参观博物馆等公共设施

5.特色:父母儿童共同参与项目;在预订时间每周向所有人员开放实验室

教师、儿童和家庭共同参与主题研究,提供实地考察机会,满足学生社会学习需要;发挥博物馆的开放优势,面向公众提供丰富的学习体验机会。
贝尔沃堡小学STEAM儿童实验室

1.所属部门:学校

2.愿景:为儿童和六年级以下学生提供分年级的试验活动,给学生提供基于真实情境的动手操作挑战

3.典型活动:水实验、植物培养、天气预报、声学实验、环境考察、设计机器人、计算机编码3D打印与素描等

4.活动形式:到大学实地考察

根据不同年龄、年级学生的认知和学习水平,设计不同的STEAM项目活动,以符合学生的个别化学习需求。
格林威治学院STEAM实验室

1.所属部门:学校

2.愿景:为K-12学生开发完全集成的STEAM实验室,从空间、工具、机器和教师等方面,支持开展跨学科的学习。

3.典型活动:3D扫描与打印、数控机器、激光切割、软性电路设计、RGB夜灯、木材加工等。

4.活动形式:工作坊或独立制作

5.特色:灵活布局的物理空间;STEAM协调员提供项目活动的辅助作用;学生可以成为实验室的助理或助教。

营造教师、家长和校友共同参与开发的工作坊;设计分级项目课程。
提顿县学区数学制造实验室

1.所属部门:学校

2.愿景:综合运用软件和硬件,将艺术融入项目学习中,为社区内成年人和其他学习者提供晚上和校外学习机会

3.典型活动:绝缘体与导体的区别、LED制作、激光雕刻、3D打印、木工、首饰设计、缝纫与纺织

4.活动形式:小组活动,学生、教师和社区成员共同参与

5.特色:设计评价量规,提供教学反思。

提供丰富的数字制造设备和材料,将设计思维融入创作过程,并以小组项目的形式鼓励学生开展协同学习。


美国STEAM实验室成为学生创新学习的实践空间、教师提升教学技能的孵化器、家庭融入学生学习的良好途径以及社会公众提升鉴赏能力的重要场所。


在STEAM实验室中,学生、教师和家长可以模仿科学家、工程师或艺术家设计机器人、创建电路和制作工艺品等,甚至可以与科学家、工程师和艺术家一起探索现实问题。此外,美国STEAM实验室积极寻求与教育部门进入企业合作,得到资金补助或者赞助,更好地为学生创新学习提供基础设施和优质资源。


STEAM实验室活动模式


  • 工作坊

根据任务需要灵活的摆放课桌,让学生自由分组讨论,并集中精力思考创新的解决方案。


  • 合作探究

针对全班的课程,将学生分为两组,把学生的电脑连接到系统的数据接口,两组的内容即可在白板上进行交互讨论。


  • 分组实验

将学生分组,系统为每组学生提供实验所需的电、气和水等媒质。享受令人激动的实验。


  • 讲座与授课

当需要进行传统授课或讲座时,实验室可变身为普通课室,而设施依然可以让每个位置连接到多媒体网络。



STEAM实验室的特征何在?


作为STEAM教育的重要支持,美国STEAM实验室将跨学科的学习理念和项目实践学习结合起来,吸引社会(教育部门、企业、学校、社区和家长等)的支持,为学生提供丰富的资源工具,设计满足学生需求的项目活动来培养学生的创造能力。


  • 营造共同参与的学习方式


美国STEAM实验室将学生置身于真实的综合活动实践中,让他们在实践中学习知识和获得创新能力。STEAM实验室借助学生、教师、家长和社会公众的帮助,营造共同参与的学习方式,不断发挥支持STEAM教育的作用。


学生为STEAM实验室的最大受益者。学生在STEAM实验室进行团队活动、分享想法和头脑风暴,通过设计思维进行发散创新。


当然,学生也可以发挥自身优势为STEAM实验室做出贡献。例如,在格林威治学院STEAM实验室中,部分学生通过培训后如果可以独立进行激光器和数控的操作,则能够成为实验室的助教或者助理。


其次,教师是STEAM实验室项目课程的设计者、学生项目活动的引导者。教师在餐桌上、教师休息室和大厅等地方定期进行教学研讨会和跨学科的项目活动设计。


家长与公众对STEAM实验室有不同程度的促进作用。美国新罕布什尔州儿童博物馆STEAM创新实验室为家长设计丰富的STEAM实践经历,并每周定期为公众开放。家长在STEAM实验室项目中,通过设计机器人和创建电路等参与学生的创新学习活动。


家长和公众成为STEAM实验室的“早期使用者”,同教师一起开展工作坊,开发项目活动。此外,公众与家长是STEAM实验室的重要资金支持者,如格林威治学院家长协会(GAPA)是格林威治学院STEAM实验室机器制造项目活动的主要资金支持者。


新罕布什尔州儿童博物馆STEAM实验室


STEAM实验室


  • 丰富的设备资源支持


丰富的设备与教学资源为教师提供技术资源支持,为学生提供个性化学习环境配置。美国STEAM实验室在引进项目设备和材料时,注重发现生活中的材料,并与新技术进行结合。


基于项目活动的STEAM实验室设备和资源主要分为电子产品制作和手工艺制作两大类。普遍存在于STEAM实验室的设备工具有3D打印机、激光切割机、大型或者小型镂铣机(铣床)、数控机床、音乐设备、传感器、智能电视、电脑、扬声器、IPAD、细胞成像系统、木工工具、缝纫机、锤子和锯等,材料包括LED、电线、金属涂料、钉子、胶带、线、织物、石墨、木材、复写纸和植物种子等。其中,某些资源来源于现实生活,有些甚至是被二次利用的材料。


在STEAM实验室中,桌椅被灵活摆放,并配有空间脚轮、可调整高度的桌子、圆形实验桌等,以便学生进行团队合作和交流互动。某些缺少空间的学校选择创建“移动STEAM实验室”,将3D打印机、积木、模块化电子元件和机器原件等放进小推车,根据需要将其推进不同教室,以灵活便捷的方式支持学生的实践创作。


STEAM实验室与博物馆、艺术学院等非营利艺术机构建立资源共享关系,既降低了经济成本,又加强了资源建设


  • 关注创新思维的引导


在STEAM实验室中,培养学生创新思维,为学生营造机会体验真实的创作过程尤为重要


美国STEAM实验室将专业艺术家创作作品的过程引入实验室项目活动中,引导学生的创作思路。艺术家走进STEAM实验室展示STEAM教育的作用,为学生营造了多种形式的探究、合作和沟通的机会,促进学生进行深度学习,提升他们判断和创造性思维的水平。


专业人士已经成为STEAM实验室项目活动中学生创新思维的引导者,为学生带来真实创作过程的示范。科学家、工程师和艺术家共同创作的活动,使得学生能够像专家面对现实问题一样进行设计和创作,开展接近真实世界的体验学习。美国STEAM实验室面向学生的未来职业选择,凭借专家示范作用引导学生的实践活动,提升学生的创新思维能力。


  • 持续完善的分级项目


美国STEAM实验室依据学生年龄的情况,设计分级的项目活动


STEAM实验室项目注重根据K1~12中不同年级学生的接受情况和学生认知情况与动手操作能力的不断变化情况来设计项目活动。


2013~2014年度与2014~2015年度格林威治学院STEAM实验室

K12项目活动对比

年级2013--2014年度项目示例表2014--2015年度新项目计划样本表
PS木材加工
1航拍照片
2恐龙探究(科学)汽车设计/工程(艺术、科学)
4梦想屋(计算机)
5发明创造会(科学)3D打印名称图章(汉语)
6展示蓝图(艺术、计算机、历史)
7软性电路(科学)用Skype进行虎鲸研究/真人大小的尾鳍制造(科学)、LED灯构成(舞蹈、科学)、软性电路与可穿戴设备(艺术、科学)
83D扫描与打印(艺术)合成实验室(艺术、电子学)、计算机建造(数学、计算机)
9纸电路(艺术)编码与可穿戴设备(数学、计算机)
10

Iphone放大器(艺术)、RGB夜

灯(艺术、科学、计算机)

12

故事编造

者(英语、体系结构)

US制造四轴飞行器(STEAM小组)、Arduino取样时准(E+D工程与设计)


在时间方面,STEAM实验室中的项目根据学生年龄不断完善。2013~2014年度项目示例表中涉及项目门类多集中于计算机、科学、艺术等学科,而2014~2015年度则增加了工程、电子学、汉语、舞蹈和数学等学科。2013~2014年度的项目多针对单个学科门类来设计,而2014~2015年度的新项目计划则更多基于多学科开展活动。


在年级比较上,低年级到高年级的项目活动逐渐由手工操作为主转向技术实践作为主。如1~6年级的项目活动以手工制作为主,7~12年级的项目活动则以计算机以及电子设备的项目设计为主。



  • 发挥实验室协调员的作用


不同于一般的教育管理者,人们对STEAM协调员有更多的期望与要求——他们应当对设计、编码、数字媒体和修补设备等工作具备比较深入的了解,同时帮助学校实现STEAM项目的愿景,承担教师、家长、董事会以及社区的协调与沟通任务


美国STEAM协调员所承担的四部分工作:STEAM教师、STEAM实验室的管理者、课程整合与教师教学的支持者和问题解决中的技术帮助者。


根据工作属性,此时的STEAM协调员被称为STEAM实验室协调员,需要拥有从事STEAM实验室管理与应用方面的复杂技能与综合素养。


美国STEAM教育协调员的工作简介


美国STEAM实验室的启示


作为STEAM教育的重要支持,美国STEAM实验室的建设方式与应用策略相对趋于成熟,而且发挥效果相助,对我国STEAM实验室的建设与应用具有重要的启示作用。


  • 面向现实需求加强社会支持,加大资源设备的建设


STEAM实验室应当将未来真实的职业需求引入实验室,将实验室真实的需求呈现给社会企业、社区、学校以及非营利社会机构等利益相关者,并根据学生需求不断补充资源设备。


STEAM实验室倡导者应积极引起政府的关注,以期获得政策支持;与企业、学校以及公益机构建立合作,谋求资金的支持;寻找博物馆、艺术学院和科技馆等可共享资源的机构,为学生提供举办作品展示的支持。


  • 完善人员配置,培养具备综合素养的实验室协调员


不同于一般的实验室管理员,STEAM实验室协调员必须具备综合素养STEAM实验室协调员在负责计划、开发和维护实验室的设备和材料的同时,还负责三方面的工作:每周讲授STEAM教育的课程;与教师共同整合相关课程,开发STEAM课程;根据问题解决的需要,为师生提供硬件与软件的支持和帮助。


培养STEAM实验室协调员可以从两方面着手:一方面,注重制订实验室协调员的招聘条件,重点招聘对实验室具有一定维护理论知识、对软件和硬件具有技术应用能力的人员;另一方面,STEAM实验室定期对实验室协调员进行理论知识考核与培训,引导他们提升相关知识与所需技能。


  • 基于学生认知与操作水平,不断更新项目活动


STEAM实验室以基础教育阶段学生的认知与操作水平为依据,将学科学习与真实世界结合,根据不同年龄学生的接受能力,不断设计、引入和更新项目活动。例如,项目活动在小学阶段应侧重认知科学和艺术素养的训练,在初中阶段应侧重兴趣与动手能力的培养,在高中阶段应侧重逻辑思维与高阶技能的提升。


在STEAM实验室的初始阶段,项目活动设计是实验室面临的现实问题。教师、家长和STEAM协调员应当通过项目开发的工作坊,调研和分析不同年龄学生的兴趣情况和学习需求,针对设计跨学科的项目活动。此外,STEAM实验室应根据新技术的不断变化,设计包含新技术的项目活动;随着学生年龄的增长,将项目活动类型由观察类、手工类拓展到技术操作类。


  • 发挥STEAM实验室作用,构建学习共同体


发挥学生、教师、家长和公众等不同人员的作用,构建学习共同体,发挥STEAM实验室的作用,支持STEAM教育开展。首先,学生借助实验室的项目、活动(从观察植物的生长、运用积木设计模型等小型实验操作到3D打印、激光切割等),综合运用科学、技术、工程、艺术和数学等不同学科的知识进行创新学习实践。


在某些相关程序操作的环节中,完成效率较高的学生对STEAM实验室学生提供直接帮助,辅助教师引导STEAM实验室学习活动的顺利完成。其次,教师开展学科融合的项目开发研讨会,与STEAM实验室协调员、管理者共同商讨项目活动的设计。教师引导学生关注主题的活动学习,组织学生开展小组协同交流的互动学习,并针对学生作品给予反馈评价。最后,家长和公众成为STEAM实验室的学习者与助建者。


对于低龄学生提供个性化的学习,家长在STEAM实验室与学生一起欣赏作品,实现家庭教育和学校教育的融合。家长和公众参与STEAM实验室的教学活动,对提升自身综合素质也有帮助。


  • 通过真实创作过程,培养学生创新思维


STEAM实验室应当寻求不同的方式,引导学生真实地创作过程体验,将现实世界的科学家、工程师和艺术家等的作品引入实验室,让学生领略到创作源于真实的生活。例如,自然与DIY结合的树轮、声学与海洋生物结合的AR作品等可以帮助学生形成创作灵感。


STEAM实验室的教师不应只局限于学校教师,还可聘请科学家、工程师或艺术家,通过采用夏令营、选修课、博物馆体验等活动形式,为学生演示真实艺术品的创作和电子科技的使用过程。学生与专业人士一起体验真实的创作过程,在交流、协商、设计中培养和提升创新思维。










编辑:校长会(xiaozhangclub)

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