【美國(guó)中小學(xué)技術(shù)與工程教育的課程整合實(shí)踐案例（論文）7800字】

美國(guó)中小學(xué)技術(shù)與工程教育的課程整合實(shí)踐案例筆者經(jīng)過大量檢索，通過美國(guó)教師教育網(wǎng)站、工程教育網(wǎng)站、國(guó)際技術(shù)與工程教育者協(xié)會(huì)網(wǎng)站找到了關(guān)于技術(shù)教育、工程教育、STEM教育不同的課程案例，范圍涵蓋小學(xué)、初中到高中。在本章中，將選取以“技術(shù)與工程”為核心課程內(nèi)容，年級(jí)范圍包括小學(xué)與初中的課程。篩選過后發(fā)現(xiàn)，課程按時(shí)長(zhǎng)分為15分鐘的局部設(shè)計(jì)展示，和45分鐘到5學(xué)時(shí)的完整課堂展示。課程按類型分為知識(shí)概念型和動(dòng)手實(shí)踐型（以工程設(shè)計(jì)為主）的課程。筆者選取了其中有代表性的、設(shè)計(jì)比較完善的案例進(jìn)行展示與分析。分別從目標(biāo)、內(nèi)容、實(shí)施、評(píng)價(jià)四個(gè)維度進(jìn)行呈現(xiàn)，拉爾夫泰勒（RalphTyler）指出任何課程設(shè)計(jì)都必須回答以下四個(gè)問題：（1）學(xué)校應(yīng)該達(dá)到什么樣的教育目標(biāo)？（2）可以提供什么樣的教育經(jīng)驗(yàn)來實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)？（3）我們?nèi)绾斡行У亟M織這些教育經(jīng)驗(yàn)？（4）我們?nèi)绾未_保這些目標(biāo)正在實(shí)現(xiàn)？這四個(gè)問題構(gòu)成了著名的泰勒原理，可以稱之為“課程研究范式施良方.泰勒的《課程與教學(xué)的基本原理》——兼述美國(guó)課程理論的興起與發(fā)展.華東師范大學(xué)學(xué)報(bào):教育科學(xué)版,1992(4):1-1.施良方.泰勒的《課程與教學(xué)的基本原理》——兼述美國(guó)課程理論的興起與發(fā)展.華東師范大學(xué)學(xué)報(bào):教育科學(xué)版,1992(4):1-1.1.1案例1：建筑師和工程師：共同設(shè)計(jì)（1）確定課程目標(biāo)這門課學(xué)生要探索建筑學(xué)與工程學(xué)之間的連接，在實(shí)踐活動(dòng)中，學(xué)生扮演建筑師和工程師的角色，設(shè)計(jì)建造一個(gè)小型停車場(chǎng)。這樣的設(shè)計(jì)初衷源于工程師和建筑師的職責(zé)領(lǐng)域是有重疊的，建筑師設(shè)計(jì)空間，以滿足客戶需求，并且負(fù)責(zé)建筑內(nèi)外的美學(xué)外觀。工程師的主要責(zé)任是確保設(shè)計(jì)是安全的，并符合建筑規(guī)范。工程師們通過選擇材料、確定設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，以及指定電氣、供暖、通風(fēng)、空調(diào)和管道等系統(tǒng)來確保建筑物的安全與功能。工程師和建筑師可以通過技術(shù)圖紙來溝通交流。本節(jié)課目標(biāo)如下解釋建筑師和工程師的角色；舉例說明建筑師和工程師在建筑設(shè)計(jì)中的主要職責(zé)；說明鋼的發(fā)展是建造摩天大樓的關(guān)鍵先決條件。（2）選擇教學(xué)內(nèi)容建筑師和工程師都參與設(shè)計(jì)和建造一個(gè)結(jié)構(gòu)，無論是房子還是摩天大樓。建筑師為建筑物、橋梁和其他結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和繪制平面圖。建筑師的設(shè)計(jì)目標(biāo)是滿足客戶的要求，使結(jié)構(gòu)的外觀符合客戶的喜好，并執(zhí)行高質(zhì)量的工作。學(xué)生可以練習(xí)運(yùn)用這些考慮和技能設(shè)計(jì)自己的停車場(chǎng)，并滿足要求和約束條件，制作模型停車場(chǎng)。建筑師通過考慮客戶的需求來設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)。工程師根據(jù)建筑師的設(shè)計(jì)進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，包括電氣圖紙、結(jié)構(gòu)布局和管道。為了開發(fā)和展示他們的設(shè)計(jì)，建筑師和工程師都使用稱為藍(lán)圖的技術(shù)圖紙。藍(lán)圖是建筑師或工程師繪制的詳細(xì)圖紙，概述了他們的設(shè)計(jì)。藍(lán)圖可以手工繪制，也可以使用計(jì)算機(jī)輔助繪圖程序（如AutoCAD?或SolidWorks?）在計(jì)算機(jī)上繪制。這些想法都可以提供給學(xué)生以作參考，讓學(xué)生了解二者之間是如何合作共同設(shè)計(jì)起一座建筑的。（3）組織教學(xué)活動(dòng)情境創(chuàng)設(shè)假設(shè)奧林匹克足球比賽的日子已經(jīng)到了，班級(jí)租用了一輛環(huán)保巴士，將學(xué)生帶到奧林匹克體育場(chǎng)。到達(dá)那里時(shí)，學(xué)生會(huì)對(duì)體育場(chǎng)周圍有那么多人而感嘆。停車場(chǎng)被排滿，汽車被打包到所有10個(gè)樓層中。這個(gè)停車場(chǎng)結(jié)構(gòu)看起來非?，F(xiàn)代，具有各種精美的裝飾，令人印象深刻。問題引導(dǎo)教師：你們知道工程師可以幫助建造建筑物，但是你們知道還有哪些人參與了建造過程嗎？其他類型的工程師，建筑師，土地使用計(jì)劃員，建筑工人等都參與了創(chuàng)建建筑物。建筑物的兩個(gè)主要設(shè)計(jì)師是建筑師和工程師。乍一看，這似乎有些令人困惑，因?yàn)楣こ處熀图軜?gòu)師的角色和職責(zé)并不清楚，并且有些重疊。讓我們嘗試清理一下，從我們知道的事情開始。教師：什么是工程師？工程師是為社會(huì)的利益而設(shè)計(jì)和制造事物的人。工程師使用數(shù)學(xué)和科學(xué)來設(shè)計(jì)和構(gòu)建結(jié)構(gòu)、設(shè)備的過程。（向?qū)W生展示什么是工程師，有視頻）什么是建筑師？建筑師是為建筑物或結(jié)構(gòu)開發(fā)創(chuàng)意設(shè)計(jì)的人。因此，工程師和建筑師的工作雖然相似，但在某些細(xì)節(jié)上有所不同。（向?qū)W生展示什么是建筑師，視頻）建筑師和工程師如何在一起工作？學(xué)生討論通過之前的問題引導(dǎo)和視頻展示，學(xué)生進(jìn)行小組討論，教師可以參與學(xué)生的討論，但不做評(píng)價(jià)。教師舉例摩天大樓幫助學(xué)生理解。在沒有摩天大樓之前，最高的建筑物只能屹立約10層樓。這是因?yàn)橛糜跇?gòu)造結(jié)構(gòu)的主要材料是木材。建筑師對(duì)更高的建筑物有計(jì)劃和希望，但當(dāng)時(shí)的可用材料無法使建筑物承受的建筑物重量超過大約10層。工程師開始開發(fā)比木材強(qiáng)得多的鋼梁，可用于建筑建筑物和橋梁。今天，我們稱這些堅(jiān)固的光束為工字梁（展示圖片）。鋼工字梁的開發(fā)正是建筑師建造高層建筑所需要的。結(jié)果，摩天大樓開始高高地沖向天空。顯然，現(xiàn)代城市及其令人驚嘆的天際線是工程師和建筑師之間共同努力的結(jié)果。沒有這兩種類型的工程，就無法實(shí)現(xiàn)建筑物和其他結(jié)構(gòu)的高度和美感。因此，我們知道建筑師想要建造更大，更精致的建筑，工程師幫助他們確定了如何使其成為可能。看來，架構(gòu)師想出了一個(gè)主意，然后制定了一個(gè)計(jì)劃，工程師可以幫助他們執(zhí)行。建筑師的計(jì)劃有一個(gè)特殊的名稱-它被稱為藍(lán)圖（展示圖片）。建筑師創(chuàng)建了藍(lán)圖（建筑計(jì)劃）后，工程師檢查了建筑師的設(shè)計(jì)并決定必須使用哪些材料來使建筑師的設(shè)計(jì)完成并使建筑物足夠堅(jiān)固以供使用。許多類型的工程師還從事建筑物內(nèi)的其他系統(tǒng)，例如電梯，照明，供暖，通風(fēng)，空調(diào)，管道等。它需要大量的工程團(tuán)隊(duì)來設(shè)計(jì)，建造和準(zhǔn)備建筑物以供日常使用。從選擇合適的家具到節(jié)能的窗飾再到隔音地毯，建筑設(shè)計(jì)中涉及許多細(xì)節(jié)。制作停車場(chǎng)模型首先設(shè)計(jì)。團(tuán)隊(duì)合作共同繪制藍(lán)圖，考慮自己所設(shè)計(jì)的停車場(chǎng)的外觀以及工程結(jié)構(gòu)是怎么樣的，都有哪些安全問題需要考慮，使用效率是否合理，根據(jù)藍(lán)圖選擇自己團(tuán)隊(duì)需要的建筑材料，并且需要注意經(jīng)費(fèi)預(yù)算，要在合理的范圍內(nèi)進(jìn)行。其次建造。團(tuán)隊(duì)合作動(dòng)手搭建，涉及到解決不了的問題可以記錄下來像教師求助或課后通過郵件像相關(guān)領(lǐng)域的專家求助解答。最后測(cè)試。通過汽車模型來測(cè)試每一個(gè)團(tuán)隊(duì)所搭建的停車場(chǎng)的承載力，安全程度，穩(wěn)固程度等。（4）教學(xué)評(píng)估這門課程中分為三個(gè)階段的評(píng)估，分別是教學(xué)前評(píng)估-課堂中評(píng)估-課后評(píng)估教學(xué)前評(píng)估討論問題：征求、整合和總結(jié)學(xué)生的回答。教師提問：有人知道工程師是干什么的嗎？（答案：工程師是為了社會(huì)的利益而設(shè)計(jì)和建造東西的人。工程師利用數(shù)學(xué)和科學(xué)來設(shè)計(jì)和建造結(jié)構(gòu)、設(shè)備和工藝。）誰(shuí)能解釋建筑師的工作？（答案：建筑師是為建筑物或構(gòu)筑物進(jìn)行創(chuàng)造性設(shè)計(jì)的人。）有人能想到這兩種職業(yè)何時(shí)會(huì)合作嗎？（答案：在摩天大樓、奧林匹克體育場(chǎng)或任何結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和建造中）除了土木工程師外，還有哪些類型的工程師參與建造結(jié)構(gòu)？（答案：電氣工程師、土地開發(fā)工程師、照明工程師、機(jī)械工程師等）課堂中評(píng)估奧林匹克設(shè)計(jì)：作為一門課程，選擇一個(gè)奧林匹克建筑或場(chǎng)地，然后列出在設(shè)計(jì)該建筑時(shí)要完成的主要任務(wù)。其中一些任務(wù)包括：搞清楚門道的正確尺寸、浴室的數(shù)量、電燈開關(guān)的位置、使用哪種材料等。試著弄清楚這些任務(wù)是建筑師或工程師圖紙/設(shè)計(jì)的一部分。（答案：門口——建筑師；浴室——建筑師；電燈開關(guān)——工程師；材料——工程師。）當(dāng)學(xué)生調(diào)出構(gòu)件時(shí)，將構(gòu)件分為兩列，一列寫在“建筑師”下，另一列寫在“工程師”下。讓學(xué)生幫你決定建筑物的構(gòu)件應(yīng)該放在哪一列下。詢問學(xué)生們是否記得為了建造高大復(fù)雜的建筑物必須開發(fā)什么。（答：鋼結(jié)構(gòu)）提醒學(xué)生建造一個(gè)結(jié)構(gòu)可能相當(dāng)復(fù)雜，因此建筑師和工程師進(jìn)行良好的團(tuán)隊(duì)合作以滿足客戶的需求和愿望是非常重要的。課后評(píng)估繪圖：讓學(xué)生畫出他們的奧林匹克酒店，并為他們的房間做一個(gè)“藍(lán)圖”。藍(lán)圖應(yīng)該包括門道和房間的部分，而不是家具或配件，除非它們建在酒店內(nèi)。讓學(xué)生為工程師設(shè)計(jì)的零件（電燈開關(guān)、管道等）貼上標(biāo)簽。你可能需要在黑板上畫一個(gè)藍(lán)圖的例子，這也有助于解釋什么是房間或建筑物的“頂視圖”。1.2案例2：建造一個(gè)過山車確定教育目標(biāo)本節(jié)課所適用6到8年級(jí)的學(xué)生，在本節(jié)課中，學(xué)生們利用泡沫管和彈珠建立各自的小型過山車模型，然后利用課堂上學(xué)習(xí)的相關(guān)物理原理、工程原理對(duì)它們進(jìn)行分析，并檢查動(dòng)能和勢(shì)能之間的轉(zhuǎn)換和摩擦，過山車完全由重力驅(qū)動(dòng)。通過在模型中使用不同的彈珠類型來代表不同的乘客負(fù)荷，并從中選出最恰當(dāng)?shù)倪^山車模型。本節(jié)課目標(biāo)如下：請(qǐng)解釋為什么對(duì)工程師來說理解過山車的工作原理很重要。用物理術(shù)語(yǔ)解釋他們的模型過山車是如何工作的。結(jié)合過山車的設(shè)計(jì)，討論重力和摩擦力的大小。運(yùn)用能量守恒原理講解過山車的設(shè)計(jì)與布局。在過山車軌道上找出汽車動(dòng)能和勢(shì)能最大的點(diǎn)。在過山車軌道上找出汽車承受大于或小于1g重力的點(diǎn)。選擇教學(xué)內(nèi)容四人為一小組開展過山車模型設(shè)計(jì)，利用所學(xué)的物理及工程設(shè)計(jì)原理，對(duì)模型設(shè)計(jì)進(jìn)行思考。例如可用或首選的建筑材料、施工預(yù)算和時(shí)間框架用戶的安全措施、持續(xù)的維護(hù)要求和/或預(yù)期的天氣條件，以及過山車外形和運(yùn)動(dòng)軌跡樣式的設(shè)計(jì)，如倒置的循環(huán)，特定的角度轉(zhuǎn)彎，下降的長(zhǎng)度或最大速度。但這些都要基于對(duì)乘坐過山車用戶安全的保證。其次是自然物理定律相關(guān)知識(shí)的講解，如重力的限制和斜坡、速度和摩擦力的影響。組織教學(xué)活動(dòng)本節(jié)課的組織教學(xué)活動(dòng)中的要求：把全班分成三到四個(gè)學(xué)生的工程組。分發(fā)班級(jí)比賽的得分規(guī)則。創(chuàng)意點(diǎn)列表為學(xué)生提供了過山車設(shè)計(jì)中所需要的功能(高度、轉(zhuǎn)彎、循環(huán))的指導(dǎo)，而性能點(diǎn)列表則提供了一種判斷過山車安全性的方法。告訴學(xué)生們:在我們的過山車模型中，玻璃彈珠模擬了一輛普通的汽車，木制彈珠代表了一輛空的汽車，而鋼彈珠代表了一輛滿載的汽車。你的團(tuán)隊(duì)將通過每一種彈珠(乘客負(fù)載)成功完成你的軌道并安全降落在杯子中獲得積分。在班級(jí)競(jìng)賽選出一個(gè)最具創(chuàng)新和最成功的過山車模型。在30分鐘內(nèi)讓小組開始設(shè)計(jì)他們的過山車，小組內(nèi)部集思廣益，并商定一個(gè)設(shè)計(jì)。讓學(xué)生在紙上畫他們的過山車，然后給它們明明，并制作標(biāo)志。教師在學(xué)生設(shè)計(jì)完成字后，來檢查他們的圖紙，以確保他們提出的設(shè)計(jì)在物理上是可能的。如果不合格，指出他們需要重新設(shè)計(jì)的方面，并給學(xué)生重新設(shè)計(jì)模型的時(shí)間。給每組一個(gè)泡沫管軌道，膠帶和杯子，并讓他們利用這些材料建造各自的過山車模型使用。在10分鐘內(nèi)或者更早完成設(shè)計(jì)的小組獲得的分值越高。給學(xué)生彈珠，以便他們能夠測(cè)試他們的過山車模型，對(duì)需要修改的地方進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，這是最耗時(shí)的步驟，學(xué)生可能需要45分鐘來重新設(shè)計(jì)他們的軌道。給每組分發(fā)一個(gè)秒表，并給他們時(shí)間來完成工作表，各小組在工作表中來記錄各自過山車實(shí)驗(yàn)中的數(shù)據(jù)。開始課堂競(jìng)賽，告訴學(xué)生今天所做的實(shí)驗(yàn)相當(dāng)于工程師們制造小規(guī)模模型實(shí)驗(yàn)，幫助他們測(cè)試和分析他們的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。讓每個(gè)小組向全班展示他們的過山車模型。使用評(píng)分規(guī)則來評(píng)估過山車模型的設(shè)計(jì)。評(píng)價(jià)結(jié)果并反饋活動(dòng)過程評(píng)估檢查每個(gè)小組是否理解其過山車的工作原理和原因。如果過山車壞了，問問學(xué)生他們認(rèn)為是什么問題?？纯此麄兪欠衲茏R(shí)別出物理約束并解釋諸如“它不夠高”或“彈珠摩擦太多”的問題，如“它沒有足夠的勢(shì)能，因?yàn)樗粔蚋摺被颉皬椫楹蛙壍乐g的摩擦太大了”。測(cè)定速度：讓學(xué)生測(cè)量他們的過山車的長(zhǎng)度(也就是說，可以測(cè)量泡沫管的長(zhǎng)度)和彈珠完成軌道所需的時(shí)間。要求學(xué)生計(jì)算彈珠的速度，單位是m/s，單位是ft/s。繪圖：在測(cè)試過程中，繪制第一個(gè)高坡的高度與彈珠平均速度的關(guān)系圖，并描述這個(gè)關(guān)系(例如，隨著高度的增加，速度的增加)?；顒?dòng)后評(píng)估工作表：讓每個(gè)學(xué)生(或每個(gè)小組)完成“過山車模型工作表”，要求學(xué)生能夠識(shí)別過山車的一些關(guān)鍵點(diǎn)以及其他規(guī)格，如高度、圈數(shù)和轉(zhuǎn)彎數(shù)。檢查學(xué)生的答案，以判斷他們對(duì)概念的理解程度。展示：讓每個(gè)小組向全班同學(xué)展示它的過山車模型。使用建議的計(jì)分標(biāo)準(zhǔn)對(duì)班級(jí)比賽的過山車進(jìn)行評(píng)估。將結(jié)果進(jìn)行討論，并對(duì)學(xué)生進(jìn)行提問：哪些過山車最刺激？它們是安全的嗎？哪一個(gè)設(shè)計(jì)獲得了創(chuàng)意獎(jiǎng)？哪一個(gè)贏得了性能和安全？哪一款車型在驚險(xiǎn)的設(shè)計(jì)和安全性方面最能滿足整體挑戰(zhàn)？它是如何達(dá)到驚險(xiǎn)與安全的權(quán)衡？(注意：工程師將此稱為優(yōu)化，即平衡相互競(jìng)爭(zhēng)的項(xiàng)目需求。)你從測(cè)試模型中學(xué)到了什么？如果你要重新設(shè)計(jì)你的過山車，你會(huì)做哪些改進(jìn)，為什么？工程師在他們的設(shè)計(jì)(電器、汽車、橋梁、樓梯、過山車等)被建造和人們使用之前測(cè)試它們有多重要？我們今天使用了哪些工程設(shè)計(jì)步驟和技術(shù)？等等。1.3案例3：用“太陽(yáng)”烹飪——制作太陽(yáng)能烤箱（1）確定教育目標(biāo)太陽(yáng)能烤箱的設(shè)計(jì)、制作和測(cè)試是一個(gè)工程性項(xiàng)目，需要利用熱轉(zhuǎn)移機(jī)制將材料科學(xué)與機(jī)械工程學(xué)進(jìn)行結(jié)合。在全球范圍內(nèi)都有使用，能夠作為一種無需燃料且無煙的烹飪、烘焙和水去污染方式，對(duì)于偏遠(yuǎn)和貧困地區(qū)尤其如此。本節(jié)課教育目標(biāo)為：解釋輻射的概念并列舉對(duì)太陽(yáng)能進(jìn)行收集和存儲(chǔ)的方式。明白部分材料不導(dǎo)熱，因此能夠進(jìn)行良好的隔熱。列舉不同可以用于收集和存儲(chǔ)太陽(yáng)熱能的材料。繪制并分析溫度時(shí)間數(shù)據(jù)。（2）選擇教學(xué)內(nèi)容向各學(xué)生小組提供一套材料：紙板、隔熱材料、鋁箔和有機(jī)玻璃，挑戰(zhàn)制作太陽(yáng)能烤箱。太陽(yáng)能烤箱必須能夠盡可能多地收集和集中太陽(yáng)光的能量。學(xué)生通過太陽(yáng)能烤箱的隔熱性能了解通過傳導(dǎo)實(shí)現(xiàn)的熱傳遞并通過太陽(yáng)能烤箱吸收太陽(yáng)能輻射的能力了解輻射。學(xué)生將使用太陽(yáng)能烤箱烹飪食物從而對(duì)其設(shè)計(jì)進(jìn)行有效性的定性分析，并通過進(jìn)行定期溫度測(cè)量并繪制溫度時(shí)間圖標(biāo)的方式對(duì)其設(shè)計(jì)進(jìn)行有效性的定量分析。最后，學(xué)生從工程師的角度思考并分析太陽(yáng)能烤箱相比于傳統(tǒng)爐灶的優(yōu)勢(shì)與劣勢(shì)。向?qū)W生展示世界各地使用的太陽(yáng)能烤箱的圖片，如其他多媒體輔助材料部分的兩分鐘InfinityBakery太陽(yáng)能烤箱YouTube視頻等。此外，還可以向?qū)W生展示全球特別是發(fā)展中國(guó)家使用太陽(yáng)能烤箱和太陽(yáng)能的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。討論熱傳遞概念是如何在太陽(yáng)能烤箱中發(fā)揮作用的。裝置需要將太陽(yáng)輻射集中到烤箱中央。鍋應(yīng)當(dāng)能夠盡可能地吸收太陽(yáng)輻射。然后，烤箱的剩下部分需要設(shè)計(jì)成隔熱結(jié)構(gòu)，可以使用隔熱材料進(jìn)行制作。引導(dǎo)學(xué)生思考烤箱如何加熱并保持溫度？烤箱是如何保持溫度的？使用了哪些材料？（3）組織教學(xué)活動(dòng)使用上述建議材料，讓學(xué)生自由發(fā)揮進(jìn)行設(shè)計(jì)。制作完成后，學(xué)生需要在陽(yáng)光較好的天氣下使用溫度計(jì)在一小時(shí)內(nèi)每十分鐘對(duì)烤箱溫度進(jìn)行測(cè)量，隨后每小時(shí)測(cè)量一次（總用時(shí)至少3-4個(gè)小時(shí)），從而評(píng)估烤箱的有效性。如果學(xué)生還有其他課程，則也可以由老師代為測(cè)量溫度。學(xué)生還需要使用烤箱用烤餅干從而對(duì)烤箱的有效性進(jìn)行定性評(píng)估。學(xué)生還要在方格紙上使用收集到的數(shù)據(jù)繪制溫度時(shí)間關(guān)系圖。最后學(xué)生共同享用烤好的食物。（4）教學(xué)評(píng)價(jià)課堂討論和展示進(jìn)行課堂討論對(duì)學(xué)生準(zhǔn)確介紹所用材料的能力進(jìn)行評(píng)估。要求各小組對(duì)其太陽(yáng)能烤箱進(jìn)行課堂展示。要求每一名學(xué)生都參加。要求各小組介紹其太陽(yáng)能烤箱的工作原理以及選擇材料/設(shè)計(jì)的原因，如反射材料類別以及使用的隔熱材料等。提出如下問題，判斷學(xué)生是否通過此次太陽(yáng)能烤箱制作活動(dòng)掌握了關(guān)鍵性概念：太陽(yáng)能烤箱是如何工作的，你們?yōu)槭裁磿?huì)選擇這些材料呢？太陽(yáng)能烤箱的哪一部分具有比較高的熱傳導(dǎo)性？太陽(yáng)能烤箱的哪一部分具有比較低的熱傳導(dǎo)性？輻射是如何利用的？反射板的輻射率是高還是低？為什么？你們是如何防止發(fā)生對(duì)流冷卻的？你們的隔熱材料在哪里？你們使用了哪種隔熱材料，為什么？課后評(píng)估：要求學(xué)生繪制溫度時(shí)間關(guān)系圖并回答：什么樣的烤箱最熱？設(shè)計(jì)上有什么不同？設(shè)計(jì)上的差異是如何影響效果的？1.4案例分析1.1.1課程目標(biāo)從案例中可以看到不同的課程會(huì)根據(jù)所面向的年級(jí)、課程內(nèi)容確定不同的課程目標(biāo)，但這些課程目標(biāo)都不是憑空設(shè)立的，都依據(jù)了《下一代科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)》、《技術(shù)素養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)》、《州核心教育標(biāo)準(zhǔn)》等文件。案例圍繞培養(yǎng)學(xué)生STEM素養(yǎng)確立課程目標(biāo)，包括:（1）培養(yǎng)學(xué)生技術(shù)與工程素養(yǎng)。通過停車場(chǎng)的構(gòu)建、過山車的模型設(shè)計(jì)等來教授學(xué)生工程設(shè)計(jì)原理，教師引導(dǎo)學(xué)生界定研究問題，設(shè)計(jì)方案/模型，再通過測(cè)試來驗(yàn)證設(shè)計(jì)方案的合理性，進(jìn)而改進(jìn)方案，這培養(yǎng)學(xué)生理解、使用及創(chuàng)造技術(shù)/工程產(chǎn)品的能力。這其中也包括培養(yǎng)學(xué)生的問題解決能力和團(tuán)隊(duì)合作能力。（2）培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)。案例中過山車的設(shè)計(jì)、烤箱的制作都離不開物理及化學(xué)知識(shí)的運(yùn)用，STEM素養(yǎng)也是學(xué)生綜合素養(yǎng)的培養(yǎng)，建立學(xué)生跨學(xué)科聯(lián)系能力以便更好應(yīng)對(duì)未來社會(huì)等，案例都分別有體現(xiàn)出課程整合的內(nèi)容。（3）意識(shí)到現(xiàn)代社會(huì)數(shù)學(xué)、科學(xué)、技術(shù)與工程的重要作用與意義。在案例中教師通過網(wǎng)站視頻觀看、講解等形式，讓學(xué)生感受到科學(xué)技術(shù)在現(xiàn)代社會(huì)至關(guān)重要的意義，不僅關(guān)系到國(guó)家安全與穩(wěn)定，也關(guān)系到每一個(gè)公民的生活方式與生活質(zhì)量。（4）培養(yǎng)學(xué)生系統(tǒng)思維。在案例中可以看到學(xué)生在設(shè)計(jì)方案時(shí)教師會(huì)引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行全方面的考慮和分析，系統(tǒng)思維是解決當(dāng)前眾多社會(huì)問題所必須的能力，很多時(shí)候問題解決的程度與好壞，取決于自身對(duì)于這個(gè)事件的系統(tǒng)的理解，如果對(duì)于構(gòu)成這個(gè)事物或事件的系統(tǒng)有充分的認(rèn)識(shí)和理解，那么就更易理清系統(tǒng)間各個(gè)部分的關(guān)系，將大事件轉(zhuǎn)化為一個(gè)個(gè)小事件，進(jìn)而有序的實(shí)現(xiàn)問題解決?，F(xiàn)實(shí)社會(huì)中復(fù)雜系統(tǒng)無處不在，整合化的課堂內(nèi)容更能夠讓學(xué)生接觸到這類問題，為未來進(jìn)入社會(huì)做好心理和能力上的準(zhǔn)備。（4）為未來學(xué)生進(jìn)入STEM領(lǐng)域進(jìn)行勞動(dòng)力的培養(yǎng)準(zhǔn)備。這是基于美國(guó)STEM勞動(dòng)力缺乏及行業(yè)發(fā)展的現(xiàn)實(shí)問題，案例中的課程設(shè)計(jì)也無不圍繞培養(yǎng)未來的工程師、創(chuàng)新人才、設(shè)計(jì)師等，以多樣化的課堂開展培養(yǎng)學(xué)生STEM興趣。1.1.2課程內(nèi)容在三個(gè)案例中可以看出，雖然工程設(shè)計(jì)并沒有被明確列為課程目標(biāo)之一，但是每一個(gè)案例都融入使用了工程設(shè)計(jì)的內(nèi)容，將工程設(shè)計(jì)作為課程重點(diǎn)。通過案例可以看出課堂設(shè)置符合工程設(shè)計(jì)的確定問題-設(shè)計(jì)方案-測(cè)試方案-再設(shè)計(jì)的步驟。案例都是以小組合作的形式開展，并且教師都會(huì)幫助學(xué)生明確自己在團(tuán)隊(duì)中的角色和身份