论文总字数：45062字

摘 要

近年来，由于STEM教育的跨学科、注重实践应用的特点以及它对于学生学习兴趣、创新精神以及动手操作能力所起的作用，它逐渐成为科学教育的趋势。技术与工程领域是STEM教育的重要领域，同时解决工程设计过程可以显着提高学生解决问题的能力。我国初中阶段的科学教育主要是分科性的教学，不利于学生进行跨学科的知识融合和应用，因此，本文的研究目标是基于初中学生的课程标准和学业知识水平制定一套具有可行性的的STEM课程设计方案，达到整合教育的目标。

本文是在建构主义学习理论及教育心理学原理的指导下，采用了文献法、案例分析法以及基于设计的研究方法进行研究。笔者通过对科学教育相关文献的阅读和整理以及对我国课程标准以及国内外中小学科学教材的解读和分析，总结出制定STEM课程的基本标准，并在此基础上以工程问题——桥为案例构建了一份适合我国学生的课程设计方案，并进行模型的搭建与课程内容的修订。课程设计结束后，利用问卷法对该课程设计方案的满意度进行调查，据此分析了本次设计是否达到了预期的设计目标以及存在怎样的缺陷。

本研究得出的成果是一套包含教师手册和学生手册的共计13个课时的STEM系列课程。研究结果表明，该课程的设计具有合理性和可行性，符合我国课标对于科学教育的要求，有利于学生的知识整合、知识应用、合作与交流等能力的提高。本研究的成果为今后我国初中阶段的STEM工程课程设计提供了参考。

关键词：科学教育，STEM教育，课程设计，技术与工程

Abstract

In recent years, STEM education has been becoming a trend of science education due to its interdisciplinary, practical and application-oriented features and the role its played in students’ interest in learning, creativity, and hands-on ability. Technology and Engineer is two important areas of STEM education. At the same time, it has been proved that solving the engineering design problem can significantly improve students' ability to solve problems. Science education in junior high school in China is mainly conducted in separate subjects, which is not conducive to help students to integrate and apply interdisciplinary knowledge. Therefore, the research goal of this paper is to set a series of STEM curriculum based on the Chinese curriculum standards and academic knowledge level of junior high school students to achieve the goal of integrated education.

This paper is based on the principles of Constructivism Learning Theory and Principles of Educational Psychology and use the documentary research, case analysis method and design-based research method. The author summarizes the basic standards for designing STEM courses by reading and collating scientific education-related documents, and analyzing Chinese curriculum standards and science textbooks at home and abroad. On the basis of this, an engineering problem—Bridge is used as a case to construct a curriculum design program suitable for Chinese students. Then the construction of the model and the revision of the curriculum content was carried out. After the design was completed, the questionnaire survey was used to investigate the satisfaction of the curriculum design and whether the design achieved the design goals. The results of the survey were analyzed to find out whether the curriculum meets the goals and the lack of design.

The achievement of this study is a 13-lesson STEM course that includes a teacher's manual and student handbook. The research result shows that the design of the course is reasonable and feasible, and meets the requirements of science education in Chinese curriculum standards. It is conducive to the improvement of students' ability of knowledge integration, knowledge application, cooperation and communication. The results of this study provide a reference for future STEM curriculum design in junior high school in China.

KEY WORDS: science education, STEM education, course design, technology and engineer

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 研究背景 1

1.1.1 STEM教育综述 1

1.1.2 我国课程改革中的科学教育 1

1.1.3 技术与工程领域是STEM中的重要领域 2

1.2 研究意义 2

1.2.1 理论意义 2

1.2.2 实践意义 2

1.3 研究内容与创新 3

1.3.1 研究内容 3

1.3.2 研究创新 3

1.4 研究思路与方法 4

1.3.1 研究思路 4

1.3.2 研究方法 6

第二章 STEM教育国内外研究现状及发展分析与总结 7

2.1 STEM教育理论研究综述 7

2.1.1 国外STEM教育理论研究 7

2.1.2 国内STEM教育理论研究 9

2.2 STEM教学模式研究综述 11

2.1.1 国外STEM教学模式研究 11

2.1.2 国内STEM教学模式研究 11

第三章 基于STEM的工程课程案例分析 13

3.1 STEM工程课程案例 13

3.1.1 国外STEM工程课程案例 13

3.1.2 国外STEM工程课程案例在我国的本土化 15

3.1.3 国内STEM工程课程设计案例 15

3.2 STEM案例分析 16

3.2.1 教学目标 16

3.2.2 教学内容 17

3.2.3 教学模式的应用 17

3.2.4 教学评价方式 18

第四章 STEM工程课程设计的理论依据、原则、目标、教学模式、内容选择、评价方法及课程设计案例 19

4.1 STEM工程课程设计的理论依据 19

4.1.1 建构主义学习理论 19

4.1.2 教育心理学原理 19

4.1.3 “做中学”理论 19

4.1.4 我国课程标准中对于科学教育的要求 20

4.1.5 工程设计的特征 20

4.2 STEM工程课程设计的原则 22

4.3 STEM工程课程设计的目标 23

4.3.1 知识目标 23

4.3.2 能力目标 23

4.4 STEM工程课程设计的教学模式 23

4.5 STEM工程课程设计的内容选择 23

4.6 STEM工程课程设计的评价方法 23

4.6.1 形成性评价 23

4.6.2 总结性评价 24

4.7 课程设计案例举例 26

4.7.1 教师手册内容 26

4.7.2 学生手册内容 36

第五章 课程设计评价 41

5.1 课程设计评价方法 41

5.2 课程设计评价结果 41

5.3 课程设计改进建议 46

第六章 结语 47

致谢 49

参考文献 50

附录A 51

1. 绪论

研究背景

STEM教育综述

（1）STEM教育成为全世界科学教育的发展方向

在当代社会，由于对科技创新的迫切需要，对技术性人才的需求不断上升，学科之间的整合和知识的综合应用已经成为一个科学教育的一大趋势。此外，不论是对于发达国家还是发展中国家，科学与技术的发展都是经济发展的重要推动力，因此科学教育得到了越来越多的重视。STEM教育是基于科学（Science）、技术（Technology）、工程（Engineering）和数学（Mathematics）四门学科所形成的跨学科教育理念，强调学科之间知识的互相融合和多学科知识的综合运用以及实践操作能力的提升。STEM教育的概念是1986年在美国被首次提出的，是由于美国毕业于这些学科相关的专业性技术人才不断减少而发起的教育理念，在美国的发展已经较为成熟，有一些STEM的课程项目取得了相当明显的成效，显著提高了学生对于STEM相关领域的兴趣、学习探究和解决问题的能力、创新的思维、相关的知识水平以及加强了学生之间的交流和协作。由于STEM教育在创新技术型人才的培育和学生科学素养的提高展现出的显著效果，全世界各个国家都在大力发展STEM教育，STEM教育已经成为全世界科学教育的主要发展方向和发展趋势。

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