stem教学设计与案例课件

教学设计与案例课件STEM目录第一章第二章第三章STEM教学设计理论基础典型STEM教学案例解析STEM教学实践与未来展望第一章教学设计理论基础STEM教育的定义与核心理念STEM123学科融合项目驱动能力培养STEM融合科学Science、技术通过真实问题和项目驱动学习过程，使学生培养学生解决复杂问题的能力、批判性思Technology、工程Engineering、数学在解决问题中应用多学科知识维、创新精神以及团队协作能力Mathematics，强调跨学科知识的有机整合教学设计的关键要素STEM真实情境与问题驱动设计源于真实世界的问题情境，激发学生的学习动机和探究欲望学科知识与技能的整合应用打破学科界限，促进知识的融会贯通和综合运用探究式学习与合作学习强调学生的主动探究和团队协作，培养批判性思维和沟通能力设计思维与工程实践教学设计流程STEM需求分析与目标设定设计挑战与任务构建分析学生特点和课程要求，明确教学目标和预期成果设计有吸引力的挑战性任务，确保任务的真实性和可行性资源准备与教学活动安排评估与反思调整准备必要的材料和工具，设计具体的教学活动和时间安排设计多元评价方式，根据实施效果进行反思和改进有效的STEM教学设计是一个循环迭代的过程，需要教师不断根据实施效果进行反思和调整，持续优化教学设计教学设计流程图示意STEM探究设计确定问题、收集信息、形成假设构思方案、绘制草图、选择材料反馈实施分析结果、评估改进、优化设计制作原型、测试、收集数据STEM教学设计强调探究-设计-实施-反馈的循环过程，学生在这一过程中不断优化自己的解决方案，培养科学思维和工程实践能力教学设计的挑战与对策STEM主要挑战有效对策•学科壁垒与教师专业发展不足•加强教师跨学科培训与专业发展•教学资源与课时时间限制•组建跨学科教师团队协作教学•学生差异化需求难以兼顾•设计灵活多样的教学活动满足不同学生需求•评价体系与传统考核不匹配•建立多元化的评价体系关注过程与能力成功经验分享北京市某中学通过组建STEM教师学习共同体，定期开展跨学科教研活动，有效解决了教师专业发展不足的问题教师们通过共同备课、相互听课评课、案例研讨等形式，逐步提升了STEM教学设计与实施能力第二章典型教学案例解析STEM本章将详细介绍四个不同学段、不同学科背景的STEM教学案例，分析其设计理念、实施过程和教学效果，为教师提供可借鉴的实践范例案例一定量测定植物的蒸腾作用高中生物跨学科STEM案例学科融合核心任务结合生物学概念（植物蒸腾作用机学生利用分析天平设计实验装置，定理）与数学建模（数据采集与分量测量植物的蒸腾速率，建立数学模析），融入工程设计（实验装置搭型建）能力培养培养学生的实验设计能力、数据分析能力和跨学科思维，实现科学探究与工程设计的深度融合案例一详细步骤1情境导入教师展示植物蒸腾作用的定性实验（如钟罩实验），引导学生思考如何从定性观察转变为定量测量？2问题设计提出挑战利用教室现有的实验设备（分析天平、量筒等），设计一套能够精确测量植物蒸腾速率的装置3方案制定学生分组讨论，设计实验方案最终确定使用量筒、保鲜膜、桑树枝条、分析天平等材料搭建测量装置4实验实施学生搭建装置，定时记录天平读数变化，计算水分减少量，使用Excel建立数学模型，生成蒸腾速率曲线5分析反思分析影响蒸腾速率的因素，比较不同组实验结果的差异，讨论实验设计的优缺点及改进方向案例一成果展示实验数据与结论学生能力表现•实验组蒸腾作用导致水分每分钟减少约

0.00159g85%•对照组无植物的水分蒸发量极小，在实验条件下可忽略实验设计能力•数据显示植物蒸腾速率与环境温度、光照强度呈正相关学生能够基于科学原理设计可行的实验方案学习成果学生不仅掌握了植物蒸腾作用的生物学知识，还熟练运用了数据采集与分析技能，体验了从科学问题到工程解决90%方案的完整过程数据分析能力学生能够收集、处理数据并建立数学模型78%跨学科整合能力学生能够综合运用多学科知识解决问题案例一实验装置与数据图实验装置示意数据曲线分析学生设计的实验装置包括实验数据曲线呈现近似线性下降趋势，表明在稳定环境条件下，植物蒸腾速率基本恒定数学模型可表示为•量筒中盛水并放入桑树枝条•保鲜膜封口防止水分直接蒸发•分析天平实时测量水分减少量其中Wt为t时刻的水分质量，W₀为初始水分质量，k为蒸腾速率常数•控制环境变量（光照、温度等）（约

0.00159g/min）案例二橡皮筋动力车设计小学STEAM教学案例设计任务学生需要设计并制作一辆由橡皮筋提供动力的小车，探索能量存储与转换原理学科整合物理学（弹性势能、动能转换）、工程学（车轮与轴的设计）、技术（材料选择与加工）、数学（距离与速度计算）教学重点引导学生理解能量转换原理，培养动手能力、创新思维与优化设计的能力这个案例特别适合小学高年级学生，通过简单材料的创造性组合，引导学生体验工程设计过程，培养解决问题的能力案例三节能房屋设计拯救——企鹅项目中学物理热学STEM案例1项目背景以北极冰层融化威胁企鹅生存为情境，要求学生设计高效隔热结构，减缓冰块融化速度，模拟保护企鹅栖息地2知识整合物理学（热传导原理）、材料科学（隔热材料特性）、工程学（结构设计）、环境科学（气候变化）3学习目标学生掌握热传导原理，了解不同材料的隔热性能，培养环保意识和工程设计能力该项目将抽象的物理知识与具体的环保主题相结合，通过保护企鹅这一有趣情境激发学生学习兴趣，同时培养环保责任感案例三教学亮点热力学知识与工程设计结合真实情境激发学习兴趣学生需要应用热传导、对流、辐射等基础物理知识，选择合适的隔热以拯救企鹅为主题，将抽象的物理概念与全球气候变暖这一真实环材料和设计结构，实现冰块保温境问题相联系，增强学习动机团队协作解决实际问题数据分析与方案优化学生分组合作，经历从问题分析、方案设计、材料选择到制作测试的记录不同设计方案下冰块融化的时间和速率，通过对比分析优化设完整工程设计过程计，体验科学研究方法该案例不仅帮助学生掌握物理知识，还培养了他们的环保意识和社会责任感，体现了STEM教育的综合育人价值拯救企鹅项目学生设计模型创新设计展示设计要点分析学生们运用各种隔热材料（如泡沫、棉花、铝箔等）设计了多样化的企•多层复合材料结构能有效阻断热传导鹅之家模型这些模型展现了学生对热传导原理的理解以及创造性思•反光材料（如铝箔）可减少辐射热吸收维•密封结构减少空气对流带来的热损失实验数据显示，最优秀的设计能将冰块完全融化的时间从对照组的15分•支撑设计减少与地面直接接触的热传导钟延长到85分钟，提高了466%的保温效率学生在实验过程中逐步优化设计，体验了工程迭代思维的重要性案例四声音吸收墙设计小学三年级声学STEM案例情境导入讨论教室噪音问题，引导学生思考如何设计吸音墙减少噪音干扰探究阶段学习声音传播原理，测试不同材料的吸音效果设计制作学生选择材料设计吸音墙模型，考虑结构和材料组合测试改进使用分贝仪测量吸音效果，分析数据并优化设计第三章教学实践与未来展望STEM本章将探讨STEM教学的资源建设、评价策略、教师发展以及技术应用等实践问题，并展望STEM教育的未来发展趋势教学资源推荐STEM香港教育局STEAM资源库国内外优秀案例分享平台开源编程与建模工具提供丰富的中文STEAM教学案例和项目设计包括科学松鼠会、DFC中国等提供创新STEM Scratch、Python、GeoGebra等适合STEM教PDF，适合中小学各学段使用教育案例和教师社区学的免费工具，支持跨学科项目开发网址www.edb.gov.hk/steam除了以上资源，各地教育部门和学校也可以建立本地化的STEM教学资源库，鼓励教师分享和共建优质教学资源教学评价策略STEM过程性评价结果性评价•设计思维问题分析、方案构•项目成果作品功能、质量与创思、优化改进新性•合作表现团队协作、任务分•知识掌握相关学科知识的理解工、沟通能力和应用•问题解决创新思路、资源利•技能应用工具使用、数据分用、困难克服析、模型构建多元化评价工具•观察记录教师观察量表和记录表•学生自评项目日志、反思报告、自评表•同伴评价小组互评、作品展示与点评教师专业发展路径STEM教学设计能力提升跨学科知识培训学习STEM教学设计方法，开发整合性课程，提高问题设计和活动组织能力参加STEM相关学科知识培训，拓展专业知识边界，建立跨学科知识体系教师协作与社区建设参与跨学科教师团队，共同研发STEM课程，建立专业学习共同体技术应用能力培养科研能力发展掌握STEM教学相关技术工具，如编程、数据分析、3D建模等技能开展STEM教学实践研究，总结教学经验，形成理论成果并分享推广STEM教师的专业发展是一个持续的过程，需要学校提供支持环境，教师保持终身学习的态度，不断提升自身的STEM教学能力教学中的技术应用STEM编程辅助教学利用Python、Scratch等编程工具，帮助学生理解算法思维并实现项目功能数据采集与分析工具使用Excel、各类传感器设备收集和处理实验数据，培养数据分析能力虚拟仿真与增强现实技术工具不仅可以扩展STEM教学的边界，还能提高学生的参与度和学习效果然应用VR/AR技术创建沉浸式学习环境，模拟难以直接观察的现象和过程而，技术应始终服务于教学目标，而非成为教学的主导教学提示选择技术工具时，应考虑其易用性、可靠性以及与教学目标的匹配度初次使用时，建议先进行小规模试点，再逐步推广教学的未来趋势STEM融合AI与大数据分析人工智能和大数据将深度融入STEM教学，为学生提供个性化学习路径，同时作为研究工具扩展学生探究能力个性化与适应性学习基于学习分析技术的适应性STEM课程将更加普及，满足不同学生的学习需求和发展节奏全球合作与跨文化交流借助网络技术，不同国家和地区的学生将共同参与STEM项目，解决全球性挑战，培养国际视野随着科技的发展和教育理念的革新，STEM教育将更加注重培养学生的创新精神、批判性思维和解决复杂问题的能力，为应对未来世界的不确定性做准备教学设计的成功要素总结STEM明确目标1真实情境2跨学科整合3项目驱动学习4学生中心与探究导向5成功的STEM教学设计需要以明确的学习目标为指引，通过真实情境激发学生兴趣，实现多学科知识的有机整合，采用项目驱动的学习方式，坚持以学生为中心的探究式教学，并在教学实践中不断反思和改进教师经验分享STEM教学最大的魅力在于打破了传统学科的边界，让学生看到知识的联系和应用价值当看到学生们为了解决一个真实问题而积极思考、合作、尝试时，那种学习的热情是传统教学很难激发出来的——上海市某中学科学教师张老师学生团队合作探究的生动课堂合作学习的价值教师角色转变STEM教育强调团队协作解决复杂问题，通过小组合作，学生能够在STEM课堂中，教师从知识传授者转变为•分享不同知识背景和专长•学习环境的设计者•培养沟通协调和团队合作能力•学习过程的引导者•共同承担任务和分享成功•学生探究的支持者•发展批判性思维和创新能力•多元评价的实施者有效的STEM教学需要创设开放、支持的学习环境，鼓励学生大胆尝试、勇于创新，容许失败并从中学习，最终培养学生终身学习和持续创新的能力教学设计案例汇总STEM12高中生物植物蒸腾作用定量测定小学科学橡皮筋动力车制作融合生物学与数学建模，学生设计实验装置定量测量植物蒸腾速率，结合物理力学与工程设计，学生制作橡皮筋动力车，探索能量转换原建立数学模型理核心能力实验设计、数据分析、跨学科整合核心能力动手实践、创新设计、问题解决34中学物理节能房屋设计小学声学声音吸收墙设计融合热学原理与环保理念，学生设计隔热结构减少冰块融化，模拟保结合声学原理与材料特性，学生设计吸音墙减少噪音，解决实际生活护极地环境问题核心能力科学探究、工程设计、环保意识核心能力科学探究、创造性思维、生活应用这些案例涵盖不同学段和学科背景，展示了STEM教育的多样性和适应性，教师可以根据自己的教学条件和学生特点进行借鉴与创新互动环节STEM教学挑战学科壁垒学生差异资源限制评价困难跨学科整合困难能力与兴趣不均衡设备与经费不足难以量化综合能力思考与讨论•你认为STEM教学设计中最大的挑战是什么？如何克服？•分享你最喜欢的STEM教学案例或经验•你所在的学校如何推动STEM教育的实施？•如何评价STEM教学的有效性？通过交流与分享，我们可以共同探索STEM教育的实施路径，解决实践中遇到的问题，促进专业成长结语STEM教学设计不仅是知识的传授，更是能力的培养和创新精神的激发通过精心设计的跨学科学习体验，我们可以帮助学生建立知识间的联系，培养解决复杂问题的能力，为未来社会培养创新人才知识整合能力培养素养提升打破学科界限，促进知识的融会贯通发展创新思维、批判性思考和解决问题的能培养合作精神、创新意识和终身学习的态度力让我们携手推动STEM教育的发展，为培养未来创新人才贡献力量！谢谢聆听4330案例分享教学章节精彩卡片跨学科STEM教学设计理论、实践与展望丰富的教学资源欢迎提问与交流联系方式资源获取邮箱stem_teacher@education.cn扫描右侧二维码获取完整教学资源包微信公众号STEM教育创新包含全部案例的详细教案和教学材料。