约 50 万
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环境建构
教学仪器与实验
2016 年第 1 期
（ 二） 实验室的环境构建 基于 STEM 教育的创新实验室是指在教师 指导下开展科学研究的实验室。教师作为引导 者，提出研究任务，并适时为学生提供必要的帮 助。学生进行学习、思考、讨论、设计、制作、总 结及展示。教室可以分为多个区域，如体感教 学区、操作区、展示区等，目的就是更好地实现 教育功能。有效地将科学、技术、工程、数学等 科目学习融合在一起，让学生从解决实际问题 出发，在培养 STEM 思维的同时，不断提升学生 综合素养。
我国的科学教材中，比较注重介绍物理知 识的技术应用，渗透 STS 教育。学生分组实验， 目的是掌握实验的操作技能和巩固学科知识。 在技术和工程方面，让学生亲自制作、自主设计 的活动很少。教材编写往往让学生从理论知识 的角度来看待技术和工程，而难以自觉主动地 应用技术和从工程的角度思考并解决问题。
近几年，我国高等学校和中小学学校开始 重视学科间的联系与整合，重视培养学生的技 术、工程素养。不少学校开展了 STEM 教育活 动，进 行 了 有 益 的 探 索。上 海 STEM 云 中 心 （ www． stemcloud． cn） 打造了 STEM 教育服务平 台，鼓励各中小学在 STEM 方面进行探索和实 践。并提供线下课程培训和室外素质拓展。课 程包括能源怪兽、可穿戴设备、3D 打印等。
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4000
用于 教 学 与 计
1
算等
用于 教 学 与 研
1
究，抓拍
用于 教 学 与 资
1
料
教学用
1
10000 10000 2000 2000
用于 探 索 与 研
2
究
用于学生探索
1
用于教学
1
20000 3000 2000
用于教学
各1
4000
用 于 项 目 的 制 200 作与研究
每个项 目约需 300 元，共 60000
五、课程实施
本课程适合高一（ 下） 和高二年级的学生。 教材内容分成 12 个主题，每个主题 1 ～ 2 个课 时完成，共 18 学时，计 1 个学分。在教学过程 中，教师可按照实际教学选择内容和调整顺序。
教材内容从 12 个不同的题材出发，精心设 计教学流程。主要在《STEM 活动初步》课程专 用教室中进行。每周 1 － 2 课时进行教学，通过 教材、图片展示、视频播出，实践制作等方法，完 成教学任务。
2006 年 1 月，美国总统布什在其国情咨文 中公 布 了 一 项 重 要 计 划———《美 国 竞 争 力 计 划》提出知识经济时代教育目标之一是培养具 有 STEM 素养的人才，并称其为全球竞争力的 关键。由此，美国在 STEM 教育方面不断加大 投入，鼓励学生主修科学、技术、工程和数学，培 养学生的科技理工素养。近年来，美国政府和 众多科研机构、高校、基金会，通过立法、拨款、 专项等方式推动着 STEM 教育不断深化。
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2016 年第 1 期
教学仪器与实验
环境建构
图 1 学生制作的不同类型“最简电动机”
100 名学生应该可以创造出 100 个不同的
“最简电动机”。这就是 STEM 课程的魅力！
名称
四、课 程 资 源 配 备———基 于 STEM 教育的实验室构想
在基于 STEM 教育的教室中，学生可以在 教师的引导下，围绕某一个课题，组建小组，利 用各种前沿技术开展学习和研究。
二、课程目标
（ 1） 以 STEM 教育理念为指导，开发与开 设能够满足学生科学、技术与工程实践为特色 的选修课程学习，为课程改革提供必要的支撑。
（ 2） 以先进技术为支撑，体现技术与学科 教学的深度融合，充分发挥 STEM 创新实验室 的功能，探求培养具有创新性的新一代人才，使 学生具备在 21 世纪技术经济时代成功所必须 的科学、技术、工程和数学技能。
（ 一） 实验室的构成要素 基于 STEM 教育的实验室构建在这样一个 数字地球、智慧地球的基础上，主要采用的技术 和设备包括体感技术、智能眼镜、3D 打印机等。 （ 1） 体感技术： 通过 Kinect 摄像头采集镜 头前主要人物的肢体动作，通过传感器等技术 和设备采集到系统中，进行对比分析或控制输 出人物的动作。这些都非常符合 STEM 教育的 需求，能够极大地提升教学效果以及学生的学 习兴趣。 （ 2） 智能眼镜： 在 Wi-Fi 等无线技术的支持 下，它能够帮助学生以最快的速度搜索到所需 的网络资料，实现数据云端存储和随时分享或 录制课堂信息，且不会影响学生参与课堂学习。 （ 3） 3D 打印技术： 3D 打印技术能够较真实 地呈现设计的物品，令学生获得直观、深刻的体 验。通过设计、虚拟实验、零件打印、作品整体 成型等体验过程，学生能够学习科学分析、数学 计算、工 程 设 计 及 制 作 等 内 容，提 升 工 程 思 维 能力。 （ 4） 培训项目需要的工具与材料： 根据各 项目列出实验工具（ 公共使用） 与材料（ 消耗材 料） 进行实训，培养亲自动手实践过程。实验 室具体购置清单如表 3。
（ 三） 初期实施情况 《物理与 STEM 教育》课程由“赵力红名师 网络工作 室 ”成 员 开 发，包 括 编 写 教 材 和 组 织 实施。 2014 年由余杭中学、杭州四中等学校初期 实施。2014 年 11 月，在杭州市高中物理选修 课研讨会上，以“听杯音，测水量，奏乐曲”为内 容进行成果展示，得到与会师生的好评。近年， 富阳中学以学生课题研究的方式对 STEM 教育 进行了实 践 与 探 索，如“自 行 车 闪 烁 装 置 的 研 究”、“利用自动控制升国旗”和“用手机来做物 理实验”，均 获 杭 州 市 高 中 物 理 教 学 成 果 展 示 一等奖。 （ 四） 课程评价 STEM 课程是一种跨域科学的、注重应用 型的教学。它不同于传统的注重结果的学习， 因此评价 STEM 课程学生的手段也更为多元和 开放，如学生是否参与了活动、他投入了多少精 力去研究问题，他解决问题的方法是否具有创 造性等等。 选修课的评价应根据选修课本身的特点和 要求进行评价，应具有多样化和个性化、开放性 和研究性的特点。要突破传统的和刻板的评价 模式，根据选修课本身的特点和要求，根据学生 个体差异和个性发展的需求，努力探索新的、生 动活泼的和灵活多样的评价方式。如小论文、 实验报告、观察记录、专题交流、作品制作等。
工作台控制台（ 防静 电） 陈列柜
笔记本电脑
平板电脑 无线路由器 五金工具等 打孔机与切割机
手持的可移动设备
全触屏智能黑板
单反数码相机
激光打印复印机 静电综合仪器 3D 打印机（ 选配）
传感器 频闪照片装置 太阳能转换电路装 置 电子天平 电子示波器 激光器 20 个项 目的 总 材 料 （ 大 多 是 散 件，可 从 仪器厂与相应材料 店购买，部 分 从 上 海 STEM 中心购买） 总计
③综合性————STEM 学习不仅涉及其原 有的知识基础和技能，还会涉及到许多学科的 综合学习，并直接影响到他的认知、能力和情意 的发展。
如《制作最简电动机》教学实践活动： 提供 的材料包括干电池、铜丝、锡丝和钕磁铁。学生 制作 了 十 多 种 不 同 的“最 简 电 动 机 ”。 （ 见 图 1）
（ 一） 教材和微课资源 我们将这些案例用动画、视频、图片等生动 活泼的形式，供教师教学时参考。有些做成了 微课形 式 以 增 强 学 习 效 果。下 一 步，将 建 立 《STEM 活动初步》网络资源，供学生在线学习。 以此建立相对比较完整体系的课堂实录、在线 提问和解答、专题讲座或实验微课群。 （ 二） 硬件资源的保障 （ 1） 第一阶段： 建立“创新实验 工 作 室”。 经过两年多的筹备，工作室落户于物理实验楼 315 室。工作室集办公、仪器陈列、实验制作于 一体，内有 300 多种自制、改进和购买的创新实 验器材，这为《STEM 活动初步》课程的开设提 供了独特的硬件平台。 （ 2） 第二阶段： 根据《浙江省教育厅办公室
表3 用途
数量
预算估 价/元
实验设计演示
1
2000
实验 成 品 展 示
8
与材料
4000
学生 信 息 资 料
3
搜索
15000
选 修 课 学 生 使 12 用教具
30000
选修课教具
4
1000
实验设计制作
6 套，100 件以上
3000
实验设计制作 各 1
5000
用于 三 维 对 象
的采集，主要使
2
用 软 件 为 Au-
10 11 12
活动内容 太阳能汽车 最简电动机 应急充电器 反应时间尺 桥梁的研究 用手机 GPS 估测地球半径 用数码相机绘制平抛曲线 用水果驱动钟表与音乐卡片 神奇的魔术风车 听杯音，测水量，奏乐曲 城堡的灯光 用霍耳片设计自动控制装置
科学 S ★★ ★★★ ★★
★ ★★ ★★ ★★ ★★ ★★ ★★ ★★ ★★★
1
3D 打印技术
★★
2
用频闪研究微重力下特性
★★★
3
仿生虫虫机器人
★★
4
用控制装置（ 单片机） 升国旗
★★
5
发光的单车安全衫
★★
6
自行车的“闪烁”设计与安装
★★
7
简易污水过滤系统
★★
8
做一把高级电子琴
★★
9
新能源的应用（ 风能、海水温材料的探究
★★
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静电的现象与应用
2016 年第 1 期
教学仪器与实验
环境建构
基于 STEM 教育的创新实验室建设
赵力红
一、课程理念
STEM 代表科学（ Science） 、技术（ Technology） 、工 程 （ Engineering） 、数 学 （ Mathematics） 。 STEM 教育就是科学、技术、工程、数学融合的 教育。STEM 教育旨在培养具有创新能力的复 合型人才。STEM 教育建立在学科融合的基础 上，以设计和探索为目的，对技术问题的解决进 行科学探 索，其 课 程 目 标 是 提 升 学 生 科 学、技 术、工程、数学素养。