本书包含36个经过课堂教学实践检验过的科学课程，旨在鼓励儿童跨学科交叉学习，培养孩子动手解决问题的能力，引导儿童今后向 STEM(科技理工类)方向发展，并且为所有学生提供同等优质服务（对所有学生一视同仁）。本书为教师带来了新鲜有趣、卓有成效的策略。

前言 在美国，教育界和科学界几乎没有机会彻底反思科学教育。随着《美国基础教育（幼儿园到十二年级的教育，简称K-12）科学教育框架》（A Framework for K–12 Science Education）及《新一代科学教育标准》（Next Generation Science Standards）的发布，我们正在着手推行大规模的变革，这一变革将影响所有后代。其中一个特别重要的成果是对工程教育的重视。国家层面的举措呼吁提高工程教育的质量和数量，将工程教育融入《新一代科学教育标准》之中，这牢固地奠定了工程教育在基础教育中的核心地位。在科学课堂（以前，这些课堂上还包含数学和高科技）中增加了工程以后，我们还有STEM（科学、技术、工程和数学）这些学科。STEM标志着重大的转变，而不只是一个简单的首字母缩写词。老师们如今正深度参与到这项变革中来——但是，真要这样做，并不容易。 研究表明，21世纪员工需要的技能，是许多毕业生无法通过正规教育获得的。学生需要更多的体验，这些体验有助于深入了解STEM学科并且将其用于解决问题。很多人认为，STEM是一种培养批判性思维、解决问题能力、创造力、沟通与协作等必需技能的方法。美国工程教育学会（the American Society for Engineering Education）发布的一项研究表明，高质量的STEM教育计划具有以下特征： ? 这些学科的背景是鼓舞人心、引人入胜和真真切切的现实世界。 ? 学生们综合并应用有意义的、重要的数学与科学内容。 ? 教学方法以探索为基础，以学生为中心。 ? 学生利用工程设计流程（EDP）来解决工程难题。 ? 团队的合作与沟通是重中之重。在整个课程中，学生可以自由地进行批判性、创造性和创新性的思考，有机会在安全的环境中失败并再次尝试。 联系《新一代科学教育标准》 和大多数老师一样，本书的作者在努力达到《新一代科学教育标准》要求的同时，也开始制订STEM的教学策略。从整个美国来看，在某些情况下，老师并没有参与策略的制定和《新一代科学教育标准》的应用；在其他一些课堂上，随着时间的推移，正在对课程进行调整，以满足《新一代科学教育标准》的需要。不过，还存在一些并没有将《新一代科学教育标准》作为科学教育标准的情况。尽管如此，本书通过明确地参考那些符合《新一代科学教育标准》期望表现、科学与工程实践、学科核心理念及跨学科概念等的调查成果，将课堂教学与《新一代科学教育标准》联系起来。大多数情况下，了解课程如何与特定的《新一代科学教育标准》概念和策略相结合，将会很有帮助，因为你将为学生选择调查内容，并且发展连续的学习，即使并不以《新一代科学教育标准》为标准。 在本书大多数章节的结尾处，你将看到一个表格，它包含该章节关联的《新一代科学教育标准》一些特色组成部分。表格提供了该章概述的教学内容与《新一代科学教育标准》之间的某些联系。另一些有效的联系也可能存在，不过受到空间的限制，我们不可能列举所有的可能性。在表格的第一列，你将看到《新一代科学教育标准》的组成部分。相邻的列则描述了与《新一代科学教育标准》产生专门联系的课程活动。在某些情况下，老师会给一群与《新一代科学教育标准》中规定的年级水平不相符的孩子上课，因为预先的评价表明，学生需要课外知识来形成概念。在另一些情况下，有些学校正在调整他们的课程，以与《新一代科学教育标准》保持一致，并且没有改变科学教育的内容。 请注意，本书重点描述学前教育的课堂的各章节概述的材料、课程和活动，并且提供了基本的经验。学前教育中的科学体验本身就是基础性的，与学习进程中的早期要素有关，这有助于后来的从幼儿园到十二年级（即中小学阶段）的学习。因为《新一代科学教育标准》中期望表现是针对幼儿园到十二年级学生的，所以，这本书没有包含学前教育课程的具体期望表现，但依然确定了一些学科的核心理念。这些理念的提出，旨在显示早期的体验与学生后来的学习之间的联系。 满足课堂教学需要 越来越多的出版商、设备供应商和学校声称已经为发展和鼓励STEM学科教育制定了强大的计划。至关重要的是找到一些相关的调查，它们提供有效的STEM教学经验所需的重要因素。STEM应当包括解决问题的技巧，同时服务所有学生，鼓励学生进行跨学科学习，促进学生探索，让学生参与现实世界的问题解决，并且让学生接触STEM职业生涯规划。学生应当培养沟通交流、解决问题、分析数据、追踪流程、基于证据的论证、制订解决方案及研发可能的产品设计等方面的技能。这是一份很长的期望清单，单凭一堂课无法做到。要满足这些需求，需要连续不断地学习，着重关注那些随着时间的推移和通过许多经验而发展技能和内容的元素。 本书提供了一些课程，将它们与一些额外的学习机会结合起来，有助于老师提升STEM的课堂教学。这些课程以为学生提供了这些学习机会的老师的实际课堂经验为基础。无论你是刚刚开始研究STEM教学，还是一直在构建STEM课程并正在寻找新的创意，本书，都将为你提供全新的、饶有趣味且卓有成效的策略。 本书是按学生的年级段组织的。采用这种方式，你可以快速辨别根据特定年级制定的教学策略。不过，我们也可以修改许多策略，以适应其他年级学生的需要。因此，我们首先从年级段的主题开始，然后扩展到其他年级，同时可以明确为那一章确定的《新一代科学教育标准》，是针对某些特定年级的。最重要的是确定什么内容最适合你的学生，以及加深他们对概念的理解需要什么样的经验。 你将发现，本书介绍的一系列策略和主题包括以下内容： ? 5-E学习教学阶段 ? 一些经过测试的、可靠的甚至是原创的设计流程 ? 评估前的策略与评估的评分标准 ? 可以立即打印和使用的数据表和学习工具 ? 高科技产品的使用——从数字笔记本到三维打印 ? 与现实问题相关的挑战，如水过滤、回收垃圾和集水 ? 设计能解决问题的建筑，如隔音墙、风力涡轮机、移动物体、太阳能烤箱、耐受恶劣天气的建筑，以及生物保护 ? 提升对技术的理解的体验 你会发现，本书的前两章内容，为你了解本书中分享的许多美妙想法提供了宝贵方法。前两章介绍了通用的策略，你可以在不同年级中使用。第1章很好地介绍了设计课程的流程，第2章将帮助你辨别那些对STEM学科比较陌生的学生的错误观念。 本书的目的是帮助孩子们了解STEM学科的复杂组成。我希望你能发现这些内容中有众多全新的策略，这些策略将支持你为学生们提供有价值的课程教学。 《将STEM引入小学课堂》编者 琳达·弗洛绍尔（Linda Froschauer）

目录 第一部分 学前班到五年级 第1章 如何制定工程设计任务 2 什么是工程与工程设计流程？ 2 科学探索与工程设计 3 创建你自己的工程设计任务 3 本章小结 7 致 谢 7 第2章 留意设计的失策 10 新手设计者的习惯 12 本章小结 16 第3章 借助普及版图书教学 17 普及版图书 17 故事梗概 18 与课程的联系 18 幼儿园到二年级：重要的事物解决问题 19 三到五年级：STEM自己的令人惊讶的竞赛 21 第4章 更多借助普及版图书的教学 29 普及版图书 29 与课程的联系 30 幼儿园到二年级：测试飞行器 31 三到五年级学生：设计一艘模型气垫船 33 第二部分 学前班到二年级 第5章 留意设计的失策 42 为建筑的调查营造环境 43 腾出时间进行老师自己的科学和工程学调查 44 有意识地按顺序探索 45 组织和促进儿童“用心”进行建筑探索 46 在建筑探索中整合语言、读写和数学的学习机会 46 从各种来源收集与建筑有关的评估数据 48 反思、记录和使用儿童建筑探索的数据 48 本章小结 49 第6章 EDP-5E 51 工程的设计流程 52 参与 52 工程设计流程（5E中的探索） 53 解释 55 扩展 55 评估 56 本章小结 57 第7章 学生真的能像工程师那样做吗 59 工程学的框架 59 参与 60 探索 61 解释 63 详细阐述 64 评估 64 本章小结 64 第8章 抓住我，如果你能够的话！ 67 科学 68 制订解决方案 68 技术与工程 69 工程和数学 70 本章小结 72 第9章 将工程学带入科学实验室 74 固体、液体和气体 75 声音 76 我的观察 78 第10章 综合设计 81 引水 82 第11章 象鼻和海豚尾巴 84 工程设计挑战 85 科学与工程 87 本章小结 89 第12章 工程项目改编 91 案例1：拯救搁浅的猪 91 案例2：某一流域的点源污染 93 修改课程的方法 95 致谢 96 第13章 迈入数字时代 98 提问 99 想象 99 计划 100 创造 101 改进 103 第14章 发明神秘机器 106 学习周期教学法和探究实践 107 工程设计流程 107 第1课：车轮和运动的引入及探索阶段 107 第2课：车轮和运动概念发展阶段 108 第3课：不同的运动应用阶段 109 第4课：神秘机器的应用阶段 110 第15章 我真的是在为小学生讲授工程学吗 113 参与 113 探索 114 解释 115 扩展 116 评估 116 本章小结 117 第16章 探寻STEM 118 举起重物 119 第17章 打印游乐设备 121 参与 122 探索 123 解释 124 详细阐述 125 评估 125 反思 126 机会 126 第18章 蔡斯家的狗舍 129 课程目标 129 参与 130 探索 131 解释 133 详细阐述 134 评估和扩展 135 第19章 测量成功 137 做好准备 138 第1节课：参与 139 第2节课：探索 139 第3节课：调查与解释 140 第4节课：详细阐述与评估 141 结语 142 第三部分 三年级到五年级 第20章 思考、设计、建造、测试、优化 146 背景 146 开始 147 思考 148 设计 149 建造 150 测试 150 优化 151 本章小结 152 第21章 基于社区的工程 154 模块概览 155 基于社区的工程模块：设计一个水运系统 155 多方面学习的证据 160 致 谢 160 第22章 工程，学习 162 科学与工程实践 163 工程超越科学的价值 168 第23章 设计一堵隔音墙 171 课程概述 172 工程设计活动 173 评估 176 第24章 叶片结构与风力涡轮机的功能 179 背景 179 介绍风力涡轮机 180 实验调查 180 工程设计流程 184 评估学生的学习情况 187 本章小结 188 第25章 与学生一起成为绿色工程师 190 提出并界定工程问题 191 设计工程问题的解决方案 192 优化设计方案 194 我们学了些什么？ 196 富有成效的失败 196 本章小结 197 第26章 压扁牛奶纸盒 199 工程设计 199 提出问题 200 创造、测试和改进 202 得到最终设计 202 联系 203 实现自己的挑战 203 第27章 制造一只假手 206 设计解决方案 206 STEAM市政厅会议 212 本章小结 212 第28章 理解滑翔 214 参与阶段 215 探索阶段 215 解释阶段 217 详细阐述阶段 218 评估阶段 219 本章小结 219 第29章 系统的系统 222 学会使用工具 222 弄懂系统 223 从专家身上学习 223 组织系统的系统 224 呼吁社区资源 225 分享我们的信息 226 评估我们的作品 227 反思整个历程 227 学习结果和未来的考虑 228 第30章 制造并发射玩具火箭 230 挑战 231 测试和分享 232 评估 233 第31章 向着工程领域“奔跑”！ 236 参与和探索：将学习转移到新的环境中 238 详细阐述：设计和测试 240 评估：学到的经验 241 评估学生思维 242 第32章 恶劣的天气 245 设计综合的科学单元 245 设计概要 246 背景 246 将教学内容模型化 251 第33章 秸秆火箭真是太棒了 254 火箭发展简史 255 火箭如何工作 255 让我们开始探索秸秆火箭 256 测试秸秆火箭 257 继续制作秸秆火箭 257 一些错误想法 258 课程评估 259 第34章 留意设计的失策 261 背景 262 理解、计划和建造 263 建造和测试 264 分享和重新设计 265 本章小结 266 第35章 走钢丝的挑战 268 背景 269 工程流程 269 设立挑战 269 完成挑战 271 评估挑战 272 本章小结 273 第36章 模拟水的过滤 275 课堂一瞥：排名和辩护 276 建造、测试和改进 278 评审和总结 279