STEM教育理念下的高中地理作业设计范文

【摘要】STEM教育作为当今时代全新的教育范式，受到全球教育领域的广泛关注。为了提高地理作业的有效性，培养学生的地理核心素养，文章将STEM教育理念与我国地理作业设计现状相结合，提出作业设计内容要具有综合性，作业形式要具有多样性，作业结构要具有层级性。

【关键词】STEM教育；高中地理；作业设计

STEM教育即科学（Science）、技术（Technology）、工程（Engineering）和数学（Mathematics）教育的简写，它提倡跨学科、融合式的教育方式，让学生使用多学科知识，通过自主或协作的形式探索解决实际问题，旨在培养能够适应经济全球化的复合型人才。1986年，美国国家科学委员会发表了《本科的科学、数学和工程教育》报告，首次提出了STEM教育。我国目前处在课程改革的浪潮中，STEM教育理念日益引起国家、教育者和研究者的关注。地理学科处在社会科学与自然科学的交叉路口，具有综合性、实践性的特点，与STEM教育的跨学科性、交叉性相符合。教育部2017年的《普通高中地理课程标准》（以下简称《标准》）强调要培养包括学生的综合思维与地理实践能力在内的地理核心素养，这与STEM教育理念相契合。将STEM教育应用于高中地理的作业设计中，能够加强地理与其他学科的联系，有效反映学生的地理学习情况，帮助学生深刻认识和分析地理环境，更好地在真实情境中体悟人地关系，提高学生的行动意识与实践能力。

一、内容的综合性

《标准》中提出教师应在课堂中注重现代地理信息技术、模拟实验、实地考察等教学方法的使用，这就对学生的科学、技术、工程、数学素养提出了要求。STEM教育中，科学解释了什么是自然存在，和数学一起作为理解和掌握其他学科的基础；技术是指人类制造的，具有知识性，同时也是达成目标的手段；工程既是大量关于设计和创造人工产品的知识，也是解决问题的程序，通过技术为世界做贡献。数学则是技术与工程学科的基础工具，这种教育理念体现在地理学科的作业中就是要求教师在设计作业时融合多学科知识，加强学科与学科之间的联系、学科与真实生活之间的联系、理论与实践的联系，帮助学生以综合性的视角看待地理现象与问题。

（一）跨学科知识的综合以模拟实验法为例，教师在作业设计中，要创设与现实生活相联系的真实问题情境，让学生对问题产生好奇心和求知欲，驱动学生探索学习地理学科知识及相关学科的其他知识。有了对学科的理解和把握后，让学生收集信息和资料，使用技术手段作为辅助，动手制作模型和道具，引入工程项目进行地理环境的模拟和实验，帮助学生理解地理现象，锻炼学生的创造力和想象力。最后由学生使用数学方法，辅助说明实验效果。实验结束后学生进行结果的交流和讨论，展示自己的实验成果。通过完成综合性的作业，能够帮助学生从整体出发，用客观、联系、整体的观点看待地理事物和地理问题，培养地理综合思维能力。例如在教学“外力作用”时，教师可以从“风力侵蚀”的知识展开，讨论“土地荒漠化”的形成与危害，让学生制作防风固沙的装置，用实物模型来展示，并对比各种风向、各种风力下，模型中沙土厚度的变化。这个作业的完成需要学生自己动手制作模型，考虑实验设计，记录实验数据。将地理知识与工程项目、数学知识通过技术手段联系起来，综合发展学生交流、协作、实施、反馈的能力，培养学生的理性思维和科学素养。[1]

（二）同一学科内多要素的综合某一个地理现象或问题的形成往往不是单方面因素决定的，而是受到多方面的影响，如气候、水分、土壤、生物、地壳运动等外力或内力作用下形成的。在设计地理作业时，要考查学生学科知识体系内的综合思考能力。如在教学必修二“农业区位的选择”时，教师可以给出一个地区的经纬度，让学生判断该地区适宜发展种植业还是畜牧业，种植业可以种植哪种作物，畜牧业是大牧场畜牧还是乳畜业。让学生根据当地的气候、水源、土壤、地形地势以及当地市场和人们饮食偏好、风俗习惯等，多方考虑作答。

二、形式的多样性

作业不应该局限在课堂中，落实在纸笔上，还应该有多种多样的表现形式，总结起来有三点要求：

（一）题目具有开放性STEM教育是以解决实际问题为驱动的，答案多具有开放性，学生的作答空间更大，自由度更高。学生可以发挥自己的想象力和创造力，从不同的科学与数学知识角度出发采用不同的技术和工程项目设计回答问题，锻炼学生的创新性思维、批判性思维与解决问题的能力。教师在作业设计时，要给学生发挥的机会和空间，让学生在学习中学会学习，在知识中创造知识。如在教学“自然界的水循环”这一节后，可以拓展这部分知识，布置“怎么样完成一场人工降雨”为主题的作业，让学生制作一个策划书。学生除了利用学习过的“自然降水”知识外，还要了解“降雨剂”———盐粉、干冰、碘化银等物质在高空产生的化学反应、不同云层的物理特性、播撒“降雨剂”的时机、使用的运载工具以及人工降雨的适用情况、失败时的备用方案等。让学生将自己代入决策者的角色中，在完成任务的过程中主动收集信息、探究知识。

（二）题目具有实践性STEM教育要解决学生在生活中能够体验或观察到的真实情境的问题，可以让学生将情感带入课程学习中。《标准》也提出户外考察、实验、社会调查是重要学习的方法。所以教师在作业设计中应结合学生生活，体现地方特色。教师可以布置与所在地区自然环境与人文环境紧密相关的作业任务。如在学习自然地理的时候，可以让学生结合所在地的经纬度、气候、河流、地形、地势、自然灾害等因素，加深对所生活地区地理环境的理解。在学习人文地理的时候，可以向社会机构或政府部门请求支持，请校外专家为学生答疑，并让学生接触到原始的数据和信息。当校外资源不能满足学生作业需要时，学生可以借助网络和多媒体技术，以图片、视频、PPT等形式完成地理作业。学生在实地调查中需要摄像机、录音机等机器设备，在实验中需要温度计、计算器、显微镜等实验工具，有条件的学校要尽量满足学生学习资源上的需要。

（三）题目具有网络性教师在设计地理作业题目时，不仅要注意给学生提供思考的空间、实践的机会，还要注意让学生学会使用网络资源。《标准》中也对高中生地理信息技术的运用提出了要求。例如，在教学“经度”“纬度”的概念后，教师可以让学生利用谷歌地图，通过输入经纬度，找到自己家乡、学校的位置并截图作为课后作业。有条件的学校可以让学生安装ArcMap、ArcGIS软件，来帮助学生形成对世界的直观感受。又如，当教师讲授完关于“天气系统”的知识后，可以留下作业让学生利用多媒体和网络观看天气预报，记录代表不同的气象标志，分析某些范围大、强度高或温度和降水情况较为特殊的天气出现的原因，让学生领会和辨别“锋”“气压”“风力”“风向”等概念。[2]

三、结构的层级性

（一）教学目标的设定要具有层级性作业是服务于教学任务的，要根据教育教学的总体目标设计。总体目标下由不同维度的指标体系构成，不同指标对应着不同内容与形式的作业。在设计作业时，要形成结构严谨的目标网络，具有层次性的培养学生的复合型思维。[3]教师在设计题目时，应注重题目对学生深层系统即知识、能力系统的多角度考查。保证题目的异质性，让学生对题目保持新鲜感和探索欲望。

（二）教学内容要具有层级性2006年美国学者G.Yakman将艺术（Arts）融入STEM教育，提出STEMA金字塔框架。金字塔框架上层是综合学科，分为科学、技术、工程、艺术和数学五个具体学科，每个具体学科下都有与之关联的特定内容。每个具体学科都涉及地理科学的学习内容，但是不同年级的学生学习知识的复杂程度不同。[4]所以教师在设计作业时，在保证作业问题所涉及的知识结构性与广度的基础上，还要随着年级、单元、活动、教学的层次推进而不断改变作业的深度，保证作业层级的结构性。让学生的知识体系不仅是阶梯状前进，还是螺旋式上升。如在设计作业时，既要有不同年级、不同综合程度和难度的作业，也要有课前、课中、课后的不同内容和效果的作业。

（三）学生群体要具有层级性不同地区、不同年级学生的认知水平、思维能力、实践动手能力都不同，教师设计作业时要考虑不同年龄阶段学生的差异。在同一年级中，学生的学习水平也是不同的，对不同基础的学生教师要按照他们的最近发展区，设计符合他们各自特点和需求的作业，以此增强学生的学习信心，全面提高作业的有效性。[5]如在学生学习“四季”“五带”“昼夜交替”时，在为资源条件较好或水平较高的学生布置作业时，可以让学生合作制作完成一个实物模型，模拟太阳、月亮和地球的运动，分工合作，有的学生负责维持模型运转，有的学生负责讲解运转规律，并解释太阳、地球、月亮运动对地球产生的影响，最后由小组完成论文或者报告交给教师并进行组间交流。在面对资源条件较差或水平稍有不足的学生时，可将作业灵活转化为让教师通过直观的语言和教具讲授太阳、地球、月亮运动原理，学生进行角色扮演，交流讨论观看感悟。

四、结论

从布鲁纳认知领域的教育目标理论分类来说，我国高中地理作业止步于“知识”“领会”“应用”这三个阶段，也就是对知识辨识、理解与初步的直接应用。STEM作为一种崭新的教育范式，区别于以往传统的分科教学，从这个理念出发设计地理作业，能帮助学生从不同视角出发分解要研究的问题，厘清概念与概念之间的关系，再有序地将他们组合成一个整体，综合地解决问题。在完成作业的过程中，学生自主地收集和使用信息，根据资料，对事物做出符合事实的评价。也就是达成了“分析”“综合”“评价”后三个阶段的目标。将STEM教育融合于地理作业之中，能够提高学生的高阶思维能力，培养学生的地理核心素养。教师、学生、家长、学校以及学校所在的社区、政府部门应形成合力，共同推动地理作业的不断完善与发展。

【参考文献】

［1］纪秋月，高欢，韩娇娇，等．STEM教育理念在高中地理教学中的应用———以“荒漠化的危害与治理”为例［J］．中学地理教学参考，2017（14）.

［2］［3］赵月．STEM理念下小学科学项目式活动的设计与实践研究［D］．保定：河北大学，2018.

［5］秦瑾若，傅钢善．STEM教育：基于真实问题情景的跨学科式教育［J］．中国电化教育，2017（4）.

作者：牛广妍 单位：辽宁师范大学教育学院