JPED PBL | STEM+Design Thinking,以人为本解决现实问题

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JPED PBL | STEM+Design Thinking,以人为本解决现实问题

01

Design Thinking:创造性解决现实问题

“把学习带到现实中,让孩子用自己的力量创造改变,可以直接提升他们的幸福感和竞争力。”--Kiran Sethi

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这是“全球孩童创意行动”的发起人-- Kiran Sethi在TED演讲时的一句话,这个行动旨在引导中小学生主动寻找现实问题,并创造性地解决它。这种能力对于Generation Z一代来说是至关重要的,世界经济论坛在“2020年人才市场最看重的10项技能”调查中,“Complex Problem Solving(解决复杂问题)”排在第一位。

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而世界上所有注重创新教育的国家和地区,也都极其注重训练孩子解决现实问题的能力。具体如何训练呢?很多教育先进国家都采用“设计思维”(Design Thinking)作为培养创造力的训练方法。“设计思维”发源于设计界,后来被各行各业借鉴,斯坦福大学设计学院把它归纳成一套科学方法论后,迅速风靡全球高校和中小学。

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达罗捷派CCSS开设部门

达罗捷派小而美的创新教育理念,为每个学生制定定制化的课程安排,所采用的课程体为美国教育规划共同核心标准课程体系Common Core State Standards(CCSS),该课程体系开设STEM课程、人文课程、艺术课程、中文课程和体育课程等几个类别的核心课程,结合科学的学习曲线理论,搭建中美结合的教育体系,为学生的通识课程学习打下夯实的基础,培养学生终身学习的概念和能力。

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达罗捷派2022学年所开设的STEM课程

STEM作为一种新型的教育模式,将科学、技术、工程、数学四大学科彼此融合,采用跨学科的学习方式,主要用于培养学生的创新能力、问题解决能力和团队合作以及探索能力,而这些则共同构成了学生在未来社会最核心的竞争力,这也是STEM教育相比于传统教育模式的真正意义所在。

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达罗捷派共开设23门STEM课程,涵盖:数学及科学两大部分内容,学生可以根据学期前的学术测试,了解实际学术能力后与导师进行沟通后进行定制化的STEM课程安排。课程采用英文授课形式,帮助学生夯实理工课程基础的同时增加词汇量的储备,锻炼及提升英语口语表达及逻辑思维能力。

02

一场来自太空旅行的代数课:PBL与学术知识的碰撞

秋季学期的代数课程将风靡全球的Design Thinking融入到达罗捷派的日常教学中,引导学生们以“人的需求”为中心,通过团队合作解决问题,获得创新。这节课程的授课老师Ms.Claire毕业于美国综合大学Top 5&常春藤名校-哥伦比亚大学,她将代数课程进行创新,在教授学生基础学术知识的同时了解国际先进的产品设计方法理论。

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授课教师:毕裕(Ms.Claire)

达罗捷派学院执行副校长/

全球影响力项目负责人/STEM老师

毕业于美国综合排名前五的哥伦比亚大学企业风险管理专业硕士本科毕业于美国加州大学洛杉矶分校数学经济专业,高中留美之美东顶级高中,拥有10年留美经验。曾任职于芬兰Kisakallio Sports Institute教育学院,全英文授课帮助学生衔接纯美式高中教育以及PBL项目是综合实践式学习。

在了解代数课程内容前,我们首先要为大家介绍下Design Thinking的模型:

JPED Design Thinking
同理心(Empathy):收集对象的真实需求

定义(Define):分析收集到的各种需求,提炼要解决的问题

头脑风暴(Ideate):打开脑洞,创意点子越多越好

原型制作(Prototype):把脑子中的想法动手制作出来

测试(Test):优化解决方案

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Design Thinking方法论
理解Design Thinking的方法论之后,我们来详细的学习下代数是如何与PBL相融合的?
Ms.Claire以CCSS课程标准为大纲,将二次函数的学习模拟为火箭飞行的抛物线。在PBL开展过程中,学生将强化代数相关的词汇和概念,如顶点、零点、对称轴等。学生通过动手制作纸火箭,并进行实践来记录火箭发射达到最大高度后落下的抛物线。

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Paper Rockets设计示意图

学生需要自主设计小组的Design Thinking逻辑图,收集身边的可用材料制作纸火箭发射装置、观测数据并进行时间记录、陈述产品设计过程及产品反思。

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学生制作的Design Thinking逻辑图
PBL的实践过程中,学生们遇到很多困难,比如:

纸火箭没有动力装置怎么办?

纸火箭需要多少箭鳍来保持稳定性?

纸火箭的发射角度不同,对于抛物线是否有影响?

方法总比困难多,学生用自己的智慧和创新能力解决了一个又一个难题。没有动力装置,那就麻烦保洁阿姨收集餐厅的饮料瓶,将废物再利用应用到实际教学中,通过挤压空瓶中的空气获得火箭发射的源动力;三个鳍稳定还是四个鳍稳定,我们做出2个不同的纸火箭来进行测试即可,用事实说话;发射角度不同对于抛物线确实有直接的影响,需要分组分角度进行记录。

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废物利用做成动力装置

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学生手工制作纸火箭

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制作不同角度的纸火箭测试仪
纸火箭项目在完成所有的测试后设置了展示环节,学生们提前设计PPT并结合视觉辅助工具,如视频、图片等进行Presentation(演讲),详细的介绍各组的产品设计理念以及观测到的数据。此次项目既提升了学生们的PPT制作能力、动手操作能力,又培养了逻辑思维、团队合作、公共演讲能力。

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Ms.Claire与学生完成纸火箭项目
学生「视角」

 “作为上学期刚来的新生,Ms.Claire是我在达罗捷派的第一个数学老师,她总是让人如沐春风,她的教学方式简单易懂,对于我们的疑问也总是很细致的回答。上学期,在她的引导下我们很顺利的完成了代数部分的学习并以小组合作的形式完成了一个极具挑战性和创新力的PBL项目。

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作为一个STEM老师,Ms.Claire不仅传授数学知识,她对学生同样拥有很深厚的人文关怀--她鼓励学生乐观的面对困难,在我做PBL项目的过程中为我提供了强有力的支持,她总是耐心的去理解学生在学习过程中遇到的困难。Ms.Claire的数学课让我难忘,在她身上感受到的阳光和活力无疑温暖着我,这不仅是一门需要通过考试的课程,更是助力我成长的一级台阶。--Abigail Zheng“

03

逆风前进:跨学科带来的乐高小车逆袭
物理课程的学习是让很多人都头疼,那么,我们可以一边玩乐高一边把物理知识学好吗?工程学的核心本质是什么?如何将本质实际应用于学生的工程学思维提升? 在达罗捷派,强调跨学科学习,打破传统的单学科学习养成的路径依赖,帮助学生提升解决复杂问题,拓展认知边界,创造更多可能。秋季学期,Mr.Zhou将曾经作为汽车设计工程师的工作经验带入课程中,物理课程、工程学课程和运动科学课程进行联动学习。

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授课教师:周宏亮

达罗捷派STEM老师

新英格兰大学商学硕士,悉尼科技大学机电工程本科

在悉尼期间,曾深入车辆技术工作一线,主要负责汽车零件的零售、清洁以及安装。回国后曾在多家国际教育咨询公司任职,主要负责语言培训以及预科班的教学工作,包括语言培训项目、雅思托福培训口语老师等。曾多次参与教学教研、考试教研工作,并独立完成口语教材的编著工作。
在学术基础知识方面,学生们在完成物体线性运动以及基本力学学习后,由运动科学老师来进行演示,运动员的发力动作、技巧以及呼吸的调整,引导学生们发现提高跑步中加速度的方法,反向,学生们运用物理学中的内容,通过图表、计算来证明速度、时间、距离及加速度之间的关系,用以得出科学的结论:怎么样才能增加运动员的速度。

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物理与运动科学跨学科课程海报 
充满参与感的跨学科学习让孩子们对于物理和工程学这样深奥难懂的学科充满好奇心,Mr.Zhou 在学期末又将物理与工程学相结合,把运动学中的转动,以及直线运动完美的结合起来,一边做,一边学。Mr.Zhou设置了一个Driving Question(问题驱动):在没有电能供应的情况下,如何使小车逆风行驶?让我们一起来比一比哪个组的小车速度最快赢得比赛?

首先,项目组需要一个风洞,学生们找到后勤老师寻求帮助,在完成基础的铁架焊接后学生们自己动手在一端安置一个大型的电风扇,制成一个简易的风洞。紧接着就是反复的讨论、动手操作及数据计算流程:在设计的过程中,大家都有一个很困惑的问题,在不能使用电能和马达的情况下,车子怎样才能逆风行驶?

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学生手工完成风洞制作
最后经过大家的讨论,得出的一致结论,就是使用齿轮改变受力方向,并且用成体系的乐高增加整个项目实施的成功率。在整个PBL的学习中,同学们一边在研究最佳的齿轮比,一边研究课本中所学到的物理公式是怎么样在实际中获得实际应用。

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学生设计的小车示意图

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动手完成小车的设计制作

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部分拼装的初版小车

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齿轮数量测试计算
在整个“游戏的过程中”,师生们一起研究空气动力学设计最佳的风扇;平衡状态的受力分析来设计车体框架,防止车子在运动中被吹倒;转动以及线性速度的关系的学习提高速度,并且测量数据;研究摩擦力的分析来减少负担,终于在大家的努力下学生们完成了初版设计。然而,学生们并没有因此而停止设计的脚步,他们在自己的作品中加入了发电机,当小车转动前进时进行发电点亮灯光,一个完美的电路设计,把机械能与动能完美的结合在一起。

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学生项目组制作的说明海报

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小车速度记录
当然,胜利不是一蹴而就的,每个小组都经历很多次失败,然而在学生们在失败中总结,在失败中进步,也是解决问题这条道路上必须经历的。他们学会发现问题,并提供解决方案,方案也许不是最完美的,但一定是融合了孩子们的智慧与动手操作,这才是成长的意义。

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工程学PBL海报

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2次失败的小车模型
学生「视角」 

 “上学期是我加入达罗捷派的第一个学期,我很高兴也很荣幸能认识优秀认真负责的物理&工程学老师-Mr.Zhou。
我曾经是一个不擅长理科的学生,并且之前的物理学科的学习时,经常出现理解原理和公式,但无法将其有效应用起来的问题。所以,当我走进达罗捷派的第一节物理课堂时,心情十分忐忑。在相处中我慢慢发现“老周”(我们对周老师的“爱称”)是一个十分温柔并且体贴的人,所以我毫不犹豫的找到他,将内心对于理工课程学习的顾虑一股脑吐露出来,并希望“老周”能够给我的物理学习提供一些建议和帮助。

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正如我所料,老周真的非常靠谱。他告诉我:要冷静下来,不要对物理的学习太过紧张。其实物理学习的难点就是将公式灵活运用,不只是我会出现这样的问题,许多学生也经常是理论知识十分扎实,但应用起来就会被题目的重重信息所迷惑,无法找到正确的公式运用,从而出现错误,逐渐失去对物理学科学习的信心。

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他给予我肯定,同时提醒我只要将课上讲述的所有知识都牢牢记住,并且通过一定题目来进行熟悉训练,这一情况就会逐渐被改变。我听取了“老周”的建议,并实操一段时间。果然如老周所说,我惊喜地发现,其实那些物理问题并没有我想象得那么难,我的物理成绩一直都保持在优秀的等级,我真的很感谢老周,感谢他的耐心、支持,陪伴我成长。--Jim Li”

“上学期我有幸加入周老师的神奇物理课堂,我们从物体的抛物线运动开始学习,渐渐引入万有引力(牛顿定律)的概念,又拓展出星球间的力与能量;课堂的畅聊话题上至宇宙原理,下至生活小知识。周老师由循序渐进的教学法带领他的学生开启了认识Physics的大门,就算在来到达罗捷派学校之前的我对理科毫无兴趣,在“老周”的影响下也不知不觉建立了学好物理的自信心。

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周老师善于用语言启发我们的思考,他通常能将复杂艰难的书面文字转化为通俗易懂的、妙趣横生的语言帮助学生理解;他带着我们走出教室,来到操场扔飞镖掷小球,让我们亲身体会抽象概念中的引力和离心力;同时他宽容的性格、认真负责的态度大大影响着每一位参加他的课堂的JPEDer。作为转学生,我在开学时总是担心无法衔接上所学校的物理课程,周老师便给予我鼓励和引导,甚至愿意抽出自己的时间回答为我辅导;除此之外,他每周都开设准时准点的课外辅导--他对学生的点点关心无微不至。

达罗捷派的课程设置非常巧妙,物理课程的期末PBL项目为逆风小车,在没有电力和外部动力的情况下,如何让小车做到逆风前进?其中我们需要做很多背景理论的研究,还有耗时许久的实操模型搭建。这个项目很好地为我们铺设了坚实的物理应用基础,帮助学生在Engineering课上获得成功。--Jane Li”

STEM教育脱离于传统教育的以书本为大,而是基于现实生活中的实际问题,以项目为主导,鼓励学生用探索式的学习方式进行学习,并且提出自己的解决思路。这使学生在学习过程中拥有充分的自由,它更加的注重学习的过程,而不是结果。
在过程中让学生听到不同的观点,尝试不同的想法,在不断试错中发现问题,分析问题和解决问题。 在基于这种启发式的教学方式之下,结合动手实践和探索式的发现,真正唤醒孩子与生俱来的创造力潜能,成为一个真正全面发展的、对于未来挑战具有应对能力的未来世界公民。