论文总字数：38352字

摘 要

随着科学技术的不断发展，科学素养作为现代公民的基本素养之一，越来越得到人们的重视。因此有助于培养科学思维和创新精神的科学课程，受到了社会各界的广泛关注。本系列课程所运用的STEM教育模式将科学、技术、工程和数学四大领域相融合，为培养学生解决问题的能力提供了新兴的教学方法，在全球范围内得到了广泛应用。同时，水火箭作为一个科技含量较高，可以让学生们动手动脑的科普材料，其设计和发射过程生动有趣、寓教于乐，深受广大学生的喜爱。在这样的背景下，关于水火箭的STEM课程设计应时而生。

本文以基于STEM理念的水火箭工程课程设计为研究内容，主要采用了文献分析法和问卷调查法。通过对相关文献的分析和整理，介绍了国内外STEM教育的发展现状，探究了与STEM课程设计相关的理论依据和课程结构，深入理解了水火箭涉及到的科学知识。运用问卷调查法，对本次课程设计的科学性与可行性进行了调查，通过对调查结果的分析，总结了本次课程设计的经验、优点和不足之处。

通过上述理论研究和科学创设，得出了本次课程设计的研究成果。最终成果包括（1）供教师上课使用的教案手册，其中包括教学目标、教学过程以及活动建议等方面的详细内容；（2）供学生上课或在课下使用的学生手册，通过生动的案例导入问题，启发学生拓展思维，探究工程问题的解决方案；（3）供教师和学生上课使用的材料与水火箭模型。

关键词：STEM，科学教育，课程设计，水火箭

Abstract

With the continuous development of science and technology, scientific literacy, as one of the basic qualities of modern citizens, is gaining more and more attention. Therefore, the science curriculum which helps to cultivate scientific thinking and innovative spirit, has received wide attention from all social circles. The STEM education model used in this series of courses combines the four fields of science, technology, engineering and mathematics. It provides a new teaching method for cultivating students' ability to solve problems and has been widely used in the world. At the same time, water rocket, as a technology material with high scientific and technological content, can encourage student to think more and practice more.. The design and launch process is lively and interesting, and it is very popular with students. Under this background, the design of STEM curriculum for water rocket arises come into being.

The theme of this research is the curriculum design of water rocket engineering based on STEM concept, and the study mainly adopts literature analysis and questionnaire survey.. Through the analysis and collation of relevant literature, the research introduces the development status of STEM education at home and abroad, explores the theoretical basis and curriculum structure related to the design of STEM curriculum, and studies the scientific knowledge involved in the water rocket. By using the method of questionnaire survey, the research investigates the scientificity and feasibility of this course design. And through the analysis of the results of the survey, this research summarizes the experience, advantages and shortcomings of this course design.

Through the research and scientific creation of the above theories, the results of this course design have been obtained. The final results include (1) the teaching handbook for teachers to use in class, including the detailed contents of teaching objectives, teaching processes and activities; (2) the student’s handbook for students to use in class or under class, which introduces problems through vivid cases, expands students thinking, and explores the solution of engineering problems; (3) the materials and water rocket models for teachers and students to use in class.

KEY WORDS:STEM,Science education，Curriculum design,Water rocket,

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 研究背景 1

1.1.1 科学教育愈发受到人们的关注 1

1.1.2 STEM教育模式的广泛运用 1

1.1.3 水火箭设计激发学生兴趣 3

1.1.4 国家有关部门对STEM教育发展的重视 5

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 2

1.3.1 相关概念 2

1.3.2 重点难点 3

1.3.3 具体内容 3

1.4 研究方法 3

1.4.1 文献研究法 3

1.4.2 问卷调查法 3

第二章 理论基据与价值取向 5

2.1 理论依据 5

2.1.1 布鲁纳的认知发现说 5

2.1.2 建构主义学习理论 5

2.1.3 皮亚杰的认知发展阶段理论 6

2.2 价值取向 7

2.2.1 提高创造能力，培养发散思维 7

2.2.2 联系生活实际，解决现实问题 7

2.2.3 鼓励合作学习，共享交流成果 7

第三章 课程设计的原则与策略 8

3.1 课程目标定位 8

3.1.1 课程面向群体 8

3.1.2 课程目标 8

3.2 课程设计原则 8

3.2.1 以学生为主体进行课程设计 8

3.2.2 跨学科整合课程内容 9

3.2.3 重视课程的设计性环节 9

3.2.4 重视课程的实证性环节 9

3.2.5 提高课程的趣味性 9

3.3 课程设计策略 10

3.3.1 遵循探究性活动的八要素 10

3.3.2 遵循工程问题的解决流程 10

3.3.3 重视并运用课程中的评价环节 10

第四章 课程的开发与编写 12

4.1 课程内容 12

4.1.1 课程设计理念 12

4.1.2 课程具体内容 12

4.2 学生活动手册 13

4.2.1 在情境中思考并提出问题 13

4.2.2 探究学习科学理论知识 14

4.2.3 搜集和处理数据信息 15

4.2.4 方案初设计及制作 17

4.2.5 模型测试与再设计 20

4.2.6 模型的总结修改再设计 21

4.2.7 总体方案呈现 22

4.3 教师教案手册 23

4.3.1 课程目标设置 23

4.3.2 教师给予学生引导和帮助 24

4.3.3 教师对学生的评价环节 26

4.3.4 课程活动建议 26

4.5 模型制作 27

第五章 评价课程 28

5.1 样本结果统计 28

5.1.1 教师教育背景 29

5.1.2 课程内容评价 30

5.1.3 存在优势或不足的课程 33

5.2 样本结果分析 34

第六章 结论与建议 35

6.1 研究结论 35

6.1.1 研究成果 35

6.1.2 STEM课程设计的优势 35

6.1.3 STEM课程设计的不足 35

6.2 课程优化建议 35

6.2.1 精简课程内容，提高课程的适应性 35

6.2.2 明确教师角色，发挥教师协同作用 36

6.2.3 坚持学生主体地位，促进学生全面发展 36

致谢 37

参考文献 38

附录 39

第一章 绪论

1.1研究背景

1.1.1科学教育愈发受到人们的关注

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