中華基督教會方潤華小學

SDL-STEM教學創新 2021/22

學科實踐:工程設計

主題:智能家居

團隊介紹

團隊結構

學校在2021/2022學年參與香港大學教育學院教育應用資訊科技發展研究中心(CITE) 舉辦的「以全方位自主學習推展校本STEM課程計劃(In-STEM) 」。計劃於六年級實施,核心團隊由九位成員組成,包括任教六年級常識科的五位教師(他們各位也兼教電腦科)、一位支援STEM小組的教師、課程發展主任、資訊科技主任及校長。這個多層領導團隊的成員除有獨特及專注的角色,更重要的是互相配合,探索及落實創新的STEM課程單元,例如課程發展主任在課程層面為教師「拆牆鬆綁」的同時,更與教師一同建構新的STEM課程單元,與教師一起為學生提供更多探究及動手做的自主學習機會。

各層級成員
教師5位常識科老師、1位支援STEM小組的教師
中層管理人員課程發展主任、資訊科技主任
管理層校長

團隊理念

教師團隊認為SDL-STEM教育有助學生自己運用所學知識,動手動腦解決學習或生活上的困難,並期待學生以此了解自己的能力和興趣,提升學習自主性和內在動機,發展思維,在學習方面有目標地前進。在教學方面,教師則應為學生搭建理想的學習環境,創造自主的學習氛圍,讓學生在探索中學習。團隊希望在SDL-STEM教育上嘗試以學生為中心,促進學生學會學習的能力。當中包括能把知識與技能綜合和應用,以及可以靈活地運用學科知識以解決生活上的問題。

作為項目的最強後盾,謝家盈校長相信STEM教育可以發揮學生的特質和照顧學生的多樣性,培養學生的創意解難能力,提升學生的溝通和協作能力,使其終生受用。除此之外,謝校長重視學生的學習過程,希望學生在自主學習(SDL)的過程中有所得著,提升能力並能做到自我評價。謝校長對發展SDL-STEM的積極態度以及對學校STEM教師的支持及認可,成為學校SDL-STEM發展的重要基石和後盾。

 

SDL-STEM 課程

規劃理念

本SDL-STEM課程以智能家居為主題,學生主動觀察及討論在長者家中有甚麼容易發生意外或不方便的情景,繼而定義問題並嘗試自己行設計解決方法。課程鼓勵以「工程設計流程」實踐智能家居設計,配以Micro:bit編程製作簡單工具,協助長者改善生活,達致服務社群,關心社會的目標。

規劃課程時,團隊有以下主要考慮:

  • 優化上年的課程 – 智能煲水提示器 。雖然理念與本年課程相若,但因為場景只有這一個,團隊認為這令學生缺乏選擇。而且,上年實施課程時學生也是較為被動地按步驟和既定的工具做的。
  • 可透過開放學生可研習的範圍以吸引他們的興趣,讓學生自由選擇並設計適用於不同房間的產品,例如:客廳、廚房、睡房等,提高學生的自主性。
  • 團隊擔心太多場景會令上課節奏難以協調,但仍樂意放手一試。為使課程有焦點,學生會進行分組討論,選出較可被解決的問題,當中也加入老師的意見,以收窄場景的數量。
  • 由P6學生參與課程,因為這他們已經完成小學所有課程,於時間及知識上有優勢。
  • 需製作影片協助重溫編程的知識,以節省課時和訓練學生自主學習。
  • 課程於大考後進行,以提供最大空間給學生。
主題:智能家居設計
年級: 小六參與學生人數: 約60位參與科目: 常識、數學、電腦
實踐月份: 2022年6月堂數: 14每堂時間: 30分鐘

預期學習目標:

學科知識
(Disciplinary Knowledge)
  • 掌握溫度、濕度及光度等因素,對居住環境有甚麼影響(常識)
  • 加強對編程及Micro:bit傳感器的認識(電腦)
學科技能
(Disciplinary Skills)
  • 針對不同環境及因素,應用不同的感測器(常識、電腦)
  • 整理感測器所回傳的數值,並忽略誤差較大的數據(電腦、數學)
非學科類學習成果
(Non-disciplinary Outcomes)
  • 加強創造力與想像力
  • 加強批判思維與解難能力
  • 加強溝通及協作能力
  • 建立品格教育及世界公民意識

學科實踐:
工程設計

教學法:
自主學習

實施過程

課程已經在2022年六月期間實施。長度為2星期14課。CITE同工前往觀課的一堂,是整個工程設計流程的其中一環。主要是學生預備以紙皮搭建模擬家居,設置不同溫度濕度的場景,以模仿獨居長者的所在的各種家居環境。然後,學生以他們設計和創造的裝置作出測試,監察數據以了解裝置是否正常運作,並找出探測器可能的誤差範圍。最後,學生檢視所得數據是否合乎預期,並反思實驗的準確度。以下是一些課程實施期間的精華照片。

學生反思

下課後,CITE同工與幾位學生進行訪談,以了解他們對課堂的理解和得著。課堂普遍給予學生新鮮、珍貴的學習體驗。

  • 在訪談中,同學普遍了解課堂的主要目的,就是透過工程設計和編程幫助有需要的獨居老人,為他們設計及製作一些智能小工具,解決一些他們生活上的難題。有組別做了防盜裝置,守護老人家的財物。有組別做了聲控燈,讓老人家凌晨睡醒如廁時不用找燈制。更有組別嘗試做智能門口,讓老人家的老朋友到訪時懂得自動開門。
  • 他們認為這些設計也能在將來廣泛地幫到下一代的老人家。有一位同學更打趣說幫到將來的自己。其他同學也發笑了。也有學生希望透過這些設計,將來可以透過研究科技找到工作,幫到社會。
  • 另外,同學也能具體說出喜歡的課堂元素。例如他們喜歡可以在STEM活動有團體協作,享受與同學一起構思和製作產品。
  • 學生也分享到製作期間遇到的困難。例如製作模型紙屋時難以做到工整的正方形,因為它們會變斜。學生的解決方法是用筆袋支撐及封膠紙。又例如有些Micro:bit的傳感器不夠,需要間接地用其他方法。這樣,學生的解難能力也得以建立了。

教師反思

本年度的課程是教師團隊首次作出大膽規劃,放手讓學生在開放式場景嘗試自己找出要解決的問題,並嘗試在引導下自主學習解決。不但學生有得著,連老師也得到意想不到的啟發。

  • 在課程實施前,教師團隊的信心是小的。主要原因是學生的學習差異、學生已停課一段時間以致缺乏社交技巧、課程的開放性難以管理各組進度。
  • 團隊看見學生對課程大感興趣,自主學習動機大增。在提供足夠自學材料下,學生能自己找出對自己有用的部分並加以學習,有些學生的吸收速度甚至比教師還要快。
  • 團隊亦擔心停課一段時間後,學生缺乏與同學相處的機會,無法練習社交技巧會導致課堂分組期間出現爭執。結果果然出現一些磨擦。但團隊認為是好事,因為問題藉課堂分組呈現,變相有解決的機會。而團隊於上堂前有仔細地提醒學生如何面對磨擦,以致問題不難解決。
  • 在課程後期,各組學生都有自己的進程和解難場景,團隊感到難以「控制大局」。但這是是好事,因為學生進度仍然良好,狀態積極,即是自主學習發揮作用了。
  • 團體認為各組學生對自己的作品感到滿意,也有自信於同學面前分享。
  • 雖然今年度的STEM課程作了一些取捨,如削減了一些常識科課題及課時,但團隊認為是值得的,因為這課程給了學生在一般課堂無法輕易實踐的經歷。
  • In-STEM資深顧問伍校長肯定團隊的努力和學生的學習成果,認為學生從交談中清晰明白課程是在「發生甚麼事」,並能投入在當中。欣賞團隊讓不同學生都有發揮其能力的機會。
  •   今次的SDL-STEM教學創新經驗給了團隊信心在下學年繼續,而且肯定了放手給學生自主學習的方向。

In-STEM計劃成果

豐富的計劃成果

回顧一年的努力和學習,計劃核心團隊都看到校內的多層級學習取得令人鼓舞的成果:

  • 學生方面,教師們發現SDL-STEM學習過程令學生在不同的21世紀能力方面都有所提升,例如擴闊的自主學習空間,提升了他們的創造力,解難及反思能力,關愛主題亦加強了他們對別人的同理心。教師欣然看到學生願意在別人面前展示自己的成品,並為自己的產出感到驕傲,教師認為學生對學習的擁有感及學生的自主學習能力,都有明顯的提升。
  • 教師方面,學生的自主學習過程令教師更了解學生的不同學習需要,在與計劃同工進行共同備課期間,教師團隊得到不少啟發,激發他們的創意。實施前,團隊的確真實地擔心「工作紙」不多時,學生的自主學習能力是否足以應付,然而這個計劃讓教師們在真實課堂中實踐他們對自主學習的理念,大大提供了團隊的信心。
  • 中層管理人員方面,計劃讓他們更具體地探討發展及落實SDL-STEM校本課程的策略,促進校內跨學科學習的協作, 更增加他們與校內外同工分享教學心得的機會及信心。
  • 學校管理層方面,計劃讓學校管理層更清楚掌握目前小學STEM課程發展的趨勢,為學校制定合適的SDL-STEM未來發展方向。

為多層級締造的學習條件

學校早在2020/2021學年,已經嘗試推動具有自主學習元素的STEM教育,但因為疫情及停課的關係,課時等不同方面都受到極大的影響,教師指出,在緊迫的時間下,教師往往會在教學過程中扮演更多的主導角色,令同學的自主學習空間收窄。但相關經驗,絕對沒有影響他們發展學生自主學習能力的信心,無論謝校長或教師團隊都明白,要學生能夠真正經歷自主學習,學校不同層級要為他們打造合適的學習條件,例如有空間和時間讓他們探索希望解決的問題、搜集相關資料及進行討論,以達致共識同提高項目的可行性等,以及動手進行探究、創作、測試、討論、反思與改良,務求達到最佳的解難效果。

謝校長或教師團隊更明白到,要在校內推行SDL-STEM教學創新,需要不同層級的持份者參與和一起學習。更重要的是不同層級的持份者,會為到同一/其他層級的持份者提供合適的學習條件,例如資源、機會、空間和時間,讓不同持份者,朝著共同的願景,一起探究和學習。以學生為例,教師團隊看到單一專題研習主題對學生學習的局限性,亦透過In-STEM計劃,了解如何將自主學習融入學生的創意工程設計內,學校便決定開放今個年度(2020/2021)學生的專題研習範圍及闊度,讓學生自行決定所用的物料和科技,以及產出的成品,去改善長者生活,從而加強STEM課程單元的解難及人民精神元素,發展學生的重要價值觀及態度。教師強調,通過合適的學習條件,希望學生可以做到他們真正想做的研習主題,仔細經歷自主的創意工程設計過程,從中學習並獲益。

其實,學生享受的自主工程設計空間得來不易,亦需要教師及中層管理人員多方面的學習及配合,例如在教學方面,為教師提供適切的學習條件,學校管理層及中層管理人員完全支持計劃成員參與相關的教師專業發展活動,了解及掌握推行具自主學習的STEM教育的重要性及方法。並為教師安排每月最少兩次的共同備課時間,讓他們認真討論及探索新的STEM課程教學方法及實施策略。隨着中層管理人員從In-STEM計劃了解更多SDL-STEM的推行策略,他們為到新的STEM課程單元的實施「拆牆鬆綁」,為教師在課程發展方面,提供適切的學習條件,例如與教師團隊商討課程內容,作適當的調動以騰出教學空間;爭取教學時間,讓學生在課堂上有更多的動手做和探索的機會;迅速撥調資源購買所需教學材料;聯絡外間機構,為學生安排長者體驗活動,幫助他們定立可行的設計主題; 透過人手安排,如安排常識及電腦科由同一位教師任教,為跨科協助建立基礎等。

在這個全新的探索及學習過程中,核心團隊坦言都遇上不少困難,簡單如因為改變而帶來的問題,例如如何將學生天馬行空的創意變成可行的工程設計方案? 到各種改變帶來的張力,如課時及課程內容的重整,以及因改變帶來的不確定性及憂慮,雖然遇上種種困難,但團隊都不輕言放棄,在學校管理層為團隊締造的學習空間下探索,而謝校長的信任及各方面的支持,讓計劃核心團隊經歷了自主並無後顧之憂的學習過程!

學校為多層級締造的學習條件
教師前線教師定期進行課研,互相啟發及鼓勵、激發創意。除了課程目標、學科實踐步驟及教學法的規劃外,他們亦了解學生需要及計劃所需要的學習條件及資源。
中層管理人員

課程主任為團隊安排每月最少兩次共備時間,並積極參與在其中及溝通,為各科提供跨科合作的基礎。此外,她根據所需的學習條件提供支援,例如在校內爭取資源及課程調整,同時安排常識、電腦由同一位科任老師教學,以增加教學時間;以及在校外與合適機構聯絡為學生提供體驗長者生活的活動。
另外,課程主任早前協助建立「創客室」,讓教師和學生都更適合的場地設,設計出自己的作品。

學校領導層學校領導層 校長確立學校發展STEM的大方向,並賦權給中層管理人員和前線教師在課程上作出合理安排及調動資源。例如為教師釋出課擔以進行共同課課研;也容許In-STEM計劃在呈分試後進行。

SDL-STEM的未來發展方向

In-STEM 計劃核心團隊從學生的轉變及成長中得到激勵,決定來年繼續SDL-STEM教學創新的發展方向,透過不同策略,配合合適的人事調配,互動機制及組織架構,延續SDL-STEM教育創新的發展及擴大受惠人數:

遷移策略:學校期望將自主學習及STEM教育的精神及精粹,如透過清晰的學科實踐步驟,讓學生自主運用所學的不同知識及技能,解決日常生活面對的問題,遷移到其他科目,例如視藝及音樂科,以提升學生的解難能力。

延續策略:學校會安排今年參與過SDL-STEM課程實施的團隊成員為種子教師,把經驗分享給新加入的團隊成員,成為他們的同行者,透過「以舊帶新」及「邊做邊學」的策略,訓練更多具相關經驗及能力的團隊成員,延續SDL-STEM教育創新。

教師獎勵計劃的獎項

因為在SDL-STEM學習設計方面有出色的表現,學校在本中心舉辦的教師獎勵計劃 2021/22勇奪多個獎項,包括
「學習設計模式獎」、
「促進自主學習的STEM教育- 團隊協作獎」、
「關愛社區獎」及
「電子學習平台 (Learning Design Studio)最佳應用獎」
黃兆聲主任和許耀華老師更與在場及網上同工,分享In-STEM計劃核心團隊過往一年在SDL-STEM方面的學習歷程,他們都欣喜看到學生及各團隊成員的成長。歡迎瀏覽這個網址(<–confirm after school’s approval),重溫他們的精彩分享。

學生獎勵計劃的獎項

To be added