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发展空间技能以进行STEM成功的重要性

本文的特点是Mind的教育研究主管的贡献马丁·布什库尔(Martin Buschkuehl)

对数学有深刻的概念理解,创造了解决问题的基础,该基础是所有STEM的所有领域都建立在基础上的,数学技能是有力的预测因素以后的学习。20多年来,Mind已经发展并完善了我们的伟德1946亚洲娱乐城教学计划利用学生的时空推理技能,以帮助他们更深入地了解数学。给学生发展空间技能的机会还提供了超越数学的学习优势。研究表明,空间技能对科学,技术和工程成功也很重要。

《教育心理学杂志》上的2009年范德比尔特大学评论。超过50年的空间能力纵向研究并得出结论:“空间能力在发展STEM的专业知识中起着至关重要的作用。”在学会在空间上思考国家研究委员会(NRC)强调了空间技能的重要性,并指出:“在数学和科学方面取得成功的基础是空间思考的能力。”

培养空间技能

在空间技能方面,我们知道它们是可以训练的。2013年对200多个研究的荟萃分析在空间训练中,得出的结论是:“即使少量训练也可以改善男性和女性以及儿童和成人的空间推理。”

具有发达的空间技能对于高级STEM课程和许多与STEM相关的职业非常重要。但是,当学生没有机会在学校中发展那些空间技能时,他们在高等教育水平上面临挑战,这可能会导致他们离开STEM研究领域。在相同的学会在空间上思考上面提到的报告,NRC指出,缺乏利用空间思维的K-12课程是“美国教育系统中的盲点”。该盲点正在伤害高等教育中的STEM研究,并对当前和未来的STEM劳动力产生负面影响。

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高级阶段的空间技能和性别差距

数十年的研究表明,许多学生以欠发达的空间技能和这个差距更大。这有助于STEM专业的保留问题,以及某些STEM职业的性别差距,例如计算和工程,女性拥有25%和15%的工作, 分别。一个2013分析美国教育部国家教育统计中心发现,在毕业前进入STEM学位课程的大学生中有将近一半(48%)。该研究还发现,女性更有可能从STEM转变为非茎专业。

为了应对这些挑战,研究人员,教育工作者,大学和组织制定了培训计划,以提高本科生的空间技能,尤其是在工程课程中。高等教育服务例如,是由美国工程教育学会主席Sheryl Sorby博士创建的组织。她是一个冠军空间技能教育和缩小性别差距。她创造了广泛使用的“发展空间思维课程,并继续进行研究,并提供有关空间技能教育的咨询和培训。

另一个例子是参与工程这是一项由国家科学基金会资助的倡议,始于2009年,旨在保留一年级和二年级的工程专业的学生,​​否则可能会离开研究领域。该计划提供了各种基于研究的资源为了使STEM教师增强其现有课程。

最后,科罗拉多大学博尔德大学工程与应用科学学院已经开发了整个研讨会课程旨在帮助工程学生发展空间技能。雅各布·塞吉尔(Jacob Segil)博士是该课程的建筑师之一。他进行了研究调查需求,并空间技能培训的有效性对于本科生,是这种培训的直言不讳的倡导者。

“我们认为空间可视化技能是我们的学生人体的质量,即使他们可以预测我们的工程学科的成功。我们认为,我们需要监视和促进空间可视化技能,这是我们在大学中获得公平和包容的一部分。这项努力将确保所有学生在我们的工程和科学课程中取得成功。”

-雅各布·塞吉尔博士,科罗拉多大学博尔德大学高级讲师机械工程和工程加

一个2017年多伦多大学的研究研究了K-2年级实施的为期32周的空间技能干预。向入学的学生展示了针对空间技能的活动。这些活动涉及概念,例如寻找对称线,比例推理(填充空间的瓷砖数量),组成和可视化。研究发现,参与的学生表现出空间语言,视觉空间推理,2D精神旋转和符号数量比较的改善。

在八年级至8年级数学游戏中也存在类似的空间技能建设活动。伟德1946亚洲娱乐城

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在我们的早期学习计划中,学生有机会通过实体材料和数字游戏结合来发展空间技能。比赛位置是一款空间推理游戏,孩子们在其中识别与企鹅吉吉有关的障碍物(上方,下方,前部或背面)的位置。

提供给教育工作者的资源包括将游戏和活动扩展到课堂的方法。在此示例中,比赛位置游戏成为唱歌,孩子们在这里唱歌,以及在Pre-K/TK程序中与Jiji和其他角色相关的位置。

该计划的其他资源和活动包括可打印物品和操纵性,使孩子们可以进一步探索概念并在身体和数字上建立其空间技能。

培养空间推理技能的另一个游戏是直立的吉吉。这是一个空间旋转游戏,以多种级别的内容级别出现,以不同的复杂性水平。在此游戏中,学生可视化如何在给定的步骤中旋转Jiji,以便Jiji可以跨越屏幕。

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对称是另一个多年级游戏,顾名思义,要求学生通过对象找到对称性线。

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这只是三个示例,但是您可以看到这些St数学难题使学生能够利用他们的空间可视化技能来思考手头的问题。伟德1946亚洲娱乐城当学生做出选择时,他们会收到立即的形成性反馈,说明了他们采取的行动的结果。当学生通过年级学习目标时,这些难题可以帮助他们建立基本的理解,然后解决日益复杂的问题。科学研究拥有反复证明这种数学学习方法是有效的。

为STEM成功建立基础

不提供在早期课堂上发展空间技能的能力是一个错过的机会,可能导致学生不从事STEM领域的职业。证明需要课程,课程和教学工具,可以开发出强大的数学和空间技能,以使所有学生为未来的STEM取得成功。我们坚信在空间训练的方法中,全国各地的学生不仅建立了对数学的深刻概念理解,而且还提供了能够通过解决的每个问题来发展其空间技能的负担。伟德1946亚洲娱乐城

进一步阅读

参考

国家研究委员会。(2006)。学会在空间上思考。华盛顿特区:国家科学院出版社。https://doi.org/10.17226/11019。

Hawes,Z.,Moss,J.,Caswell,B.,Naqvi,S。和Mackinnon,S。(2017)。通过动态的空间方法来提高儿童的空间和数值技能:32周干预的影响。认知和指导,35(3),236–264。https://doi.org/10.1080/07370008.2017.1323902

Lauer,J。E.,Yhang,E。,&Lourenco,S。F.(2019)。空间推理中性别差异的发展:荟萃分析综述。心理公告,145(6)。https://doi.org/10.1037/bul0000191

Rutherford,T.,Kibrick,M.,Burchinal,M.,Richland,L.E.,Conley,A.M.,Osborne,K.,Schneider,S.,Duran,L.,Coulson,A.A.,&Martinez,M.E。(2010)。大规模的空间时间数学:一种创新且完全开发的范式,以提高所有学习者的数学成就伟德1946亚洲娱乐城。在丹佛公司的美国教育研究协会年会上发表。

Segil,J.L.,Sullivan,J.F.,Tsai,J.Y.,Reamon,D.T。,&Forbes,M。H.(2017)。调查世界各地的空间可视化技能。2017 IEEE教育会议(FIE),1-5。https://doi.org/10.1109/fie.2017.8190542

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Sorby,S.,Casey,B.,Veurink,N。和Dulaney,A。(2013年)。空间训练在改善工程学生中的空间和微积分表现方面的作用。学习与个体差异,26,20-29。https://doi.org/10.1016/j.lindif.2013.03.010

Uttal,D.H.,Meadow,N.G.,Tipton,E.,Hand,L.L.,Alden,A.R.,Warren,C。和Newcombe,N。S.(2013)。空间技能的延展性:培训研究的荟萃分析。心理公告,139(2),352–402。https://doi.org/10.1037/a0028446

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布莱恩·莱特德(Brian Letendre)

关于作者

Brian Letendre是Mind Research Institute Impact Advancement伟德备用的总监。除了建立思想领导力和品牌知名度外,布莱恩在内部和外部在跨功能上工作,以扩大思维的社会影响并加快我们的使命。他是作家,播客和狂热的游戏玩家。

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