依托信息技術(shù) 深化拓展探究

蔡云

摘要：結(jié)合STEM教育打造少年農(nóng)科院，促使我們審視農(nóng)科院與STEM教育的聯(lián)結(jié)。筆者試以本校少年農(nóng)科院發(fā)展為例，就充分運(yùn)用現(xiàn)代信息技術(shù)，寓教于樂(lè)，精簡(jiǎn)過(guò)程，拓展應(yīng)用，趣化、簡(jiǎn)化、深化農(nóng)科院STEM探究活動(dòng)，為助推少年科學(xué)院發(fā)展作一些實(shí)踐與探索。

關(guān)鍵詞：農(nóng)科院 STEM教育 信息技術(shù)

一、著眼發(fā)展：STEM農(nóng)科院的背景

社會(huì)的飛速發(fā)展，科技創(chuàng)新起著主導(dǎo)作用。而對(duì)一個(gè)國(guó)家、一個(gè)民族的強(qiáng)盛榮辱興衰起著至關(guān)重要的青少年接班人，他們的創(chuàng)新STEM素養(yǎng)培養(yǎng)尤為重要。許多中小學(xué)也充分認(rèn)識(shí)到這一點(diǎn)，不少學(xué)校的少科院都開設(shè)了以農(nóng)業(yè)種植為主要內(nèi)容的“農(nóng)科院”活動(dòng)。農(nóng)科院是豐富少年兒童活動(dòng)經(jīng)驗(yàn)，提升少年兒童科學(xué)素養(yǎng)的重要途徑，受到越來(lái)越多學(xué)生的接受和歡迎。傳統(tǒng)教育下的農(nóng)科院培養(yǎng)模式越來(lái)越不能滿足知識(shí)型經(jīng)濟(jì)的要求，無(wú)法在質(zhì)與量上提供具創(chuàng)意的人才，因此在少年農(nóng)科院引入STEM教育理念，嵌入STEM相關(guān)課程，并將該課程與農(nóng)科院特有的探究資源與環(huán)境相結(jié)合，可以使學(xué)生們有效學(xué)習(xí)STEM課程，并且開創(chuàng)性地進(jìn)行工程方面的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生利用STEM教育素養(yǎng)解決問(wèn)題，進(jìn)一步發(fā)揮創(chuàng)意，成就創(chuàng)新。

二、審視反思：STEM農(nóng)科院的困境

1.教師方面：銜接困難

STEM農(nóng)科院的輔導(dǎo)教師通常為一線科學(xué)教師，缺少農(nóng)業(yè)種植經(jīng)驗(yàn)，在農(nóng)科院活動(dòng)較難給出創(chuàng)新性指導(dǎo)。更有多數(shù)指導(dǎo)教師認(rèn)為，STEM是門“高大上”的學(xué)問(wèn)，應(yīng)該與機(jī)器人、探究實(shí)驗(yàn)結(jié)合；而農(nóng)科院是以傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)種植為主，農(nóng)業(yè)種植傳承了幾千年，學(xué)生在短短的幾個(gè)學(xué)期的實(shí)踐中很難與STEM理念銜接，開展創(chuàng)新性探究。

2.學(xué)生方面：持久度差

缺少STEM課程活動(dòng)的介入，農(nóng)科院的活動(dòng)主要是種植物，定期觀察與管理，成熟后及時(shí)采摘，主要功能為探究植物的生長(zhǎng)奧秘。農(nóng)科院種植往往需要一個(gè)漫長(zhǎng)的過(guò)程，受眾多因素（如氣候、土質(zhì)、管理等）的影響與限制。另外，對(duì)農(nóng)科院種植作物的探究活動(dòng)，沒(méi)有物理、化學(xué)實(shí)驗(yàn)探究那樣有劇烈明顯的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象沖擊學(xué)生的思維，要捕捉到明顯現(xiàn)象需要持續(xù)跟蹤觀察。農(nóng)科院活動(dòng)難以組織，孩子參與度低，許多孩子在農(nóng)科院培養(yǎng)活動(dòng)中半途而廢，難以培養(yǎng)STEM素養(yǎng)。

審視STEM農(nóng)科院建設(shè)的困境，其根源是對(duì)STEM教育的認(rèn)知存在誤區(qū)，導(dǎo)致與農(nóng)科院活動(dòng)的對(duì)按難以找到切入口，繼而難以達(dá)成培養(yǎng)學(xué)生STEM素養(yǎng)的目的。

三、聚焦突破：STEM農(nóng)科院的對(duì)接

1.STEM教育的界定

STEM教育包含了四大領(lǐng)域的科學(xué)知識(shí)?？茖W(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)四者之間存在著相互補(bǔ)充與支撐的關(guān)系，同時(shí)STEM教育也相應(yīng)培養(yǎng)了學(xué)生的綜合素養(yǎng)。與傳統(tǒng)的教育體系相比，STEM教育的創(chuàng)新是將幾門學(xué)科零散的知識(shí)有機(jī)地結(jié)合起來(lái)。學(xué)生獲取知識(shí)的過(guò)程、方法較為系統(tǒng)化、多元化，能夠使學(xué)生充分強(qiáng)化數(shù)理邏輯思維、創(chuàng)新思維并有效地解決實(shí)際問(wèn)題。目前小學(xué)科學(xué)教育階段中，學(xué)科之間劃分明顯，導(dǎo)致培養(yǎng)學(xué)生的能力較為單一，不能很好地全面發(fā)展，STEM教育對(duì)我國(guó)培養(yǎng)復(fù)合型、創(chuàng)新型人才有著重要的啟示。STEM教育是當(dāng)下科學(xué)教育的一種指導(dǎo)思想，其真正的含義就是要重視學(xué)科之間的交叉，將交叉領(lǐng)域的知識(shí)運(yùn)用一定的教學(xué)方法讓學(xué)生掌握。

2.STEM與農(nóng)科院的聯(lián)結(jié)

STEM教育的目標(biāo)不僅僅是簡(jiǎn)單地將科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)這四方面組合起來(lái)，而是在特定的情境下，運(yùn)用STEM四方面的綜合知識(shí)和科學(xué)探究學(xué)習(xí)方式，讓學(xué)生主動(dòng)研究和設(shè)計(jì)問(wèn)題、解決問(wèn)題等，將學(xué)習(xí)到的零碎知識(shí)與機(jī)械過(guò)程轉(zhuǎn)變成探究世界相互聯(lián)系的不同側(cè)面的過(guò)程（見圖1）。

科學(xué)與數(shù)學(xué)思維進(jìn)農(nóng)科院。農(nóng)科院中特有的探究資源與環(huán)境，是理想的STEM素養(yǎng)培養(yǎng)平臺(tái)。如農(nóng)科院中對(duì)各種植物的生長(zhǎng)條件的探究，需要學(xué)生對(duì)不同植物的生長(zhǎng)條件進(jìn)行合理推測(cè)、細(xì)致觀察、科學(xué)實(shí)驗(yàn)及測(cè)量，收集數(shù)據(jù)并對(duì)不同條件下植物的生長(zhǎng)情況數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，從而得出結(jié)論，將科學(xué)、數(shù)學(xué)思維巧妙地結(jié)合到農(nóng)科院活動(dòng)中。

工程與技術(shù)思維進(jìn)農(nóng)科院。為保證農(nóng)科院種植的農(nóng)作物有更好的生長(zhǎng)條件，學(xué)生要在種植管理過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)存在的問(wèn)題及不足，根據(jù)發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題設(shè)計(jì)相關(guān)的工具提高種植效率。比如，搭建溫室大棚及自動(dòng)溫室感應(yīng)澆灌等管理工具的設(shè)計(jì)與制作，按照“提出假設(shè)聯(lián)系理論學(xué)習(xí)聯(lián)系工程應(yīng)用”的活動(dòng)組織方式，讓學(xué)生對(duì)相關(guān)工具模型進(jìn)行設(shè)想，根據(jù)想象準(zhǔn)備材料制作工具，并在農(nóng)科院管理中投入使用，測(cè)試效果不斷完善。這一設(shè)計(jì)過(guò)程極大發(fā)展了學(xué)生的工程及技術(shù)素養(yǎng)。

四、探索提升：STEM農(nóng)科院的策略

農(nóng)科院是培養(yǎng)STEM素養(yǎng)的平臺(tái)。然而，在農(nóng)科院的研究活動(dòng)中，需要花費(fèi)大量時(shí)間，而且研究成果常常還不易取得，取得后也不易展示和交流。在孩子們心目中，農(nóng)業(yè)已經(jīng)往往是落后農(nóng)耕文化的代名詞，不能有效激起隊(duì)員們的探索興趣。另一方面，學(xué)生在學(xué)校、家庭中輕易就能夠接觸到電腦、手機(jī)、網(wǎng)絡(luò)等現(xiàn)代信息技術(shù)媒體，由于其先進(jìn)的傳播方式而很容易進(jìn)入學(xué)生的頭腦之中，它們直觀、便捷、快速，成為廣大學(xué)生喜聞樂(lè)見的信息呈現(xiàn)和取得方式。因此，充分運(yùn)用現(xiàn)代信息技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，將其與農(nóng)科院有機(jī)結(jié)合起來(lái)，提高STEM教育內(nèi)容，更有效地培養(yǎng)隊(duì)員們的STEM能力與素養(yǎng)，培養(yǎng)創(chuàng)新型人才，讓STEM農(nóng)科院工作插上信息化的翅膀，就變得十分有必要了。

1.寓教于樂(lè)，趣化STEM活動(dòng)

興趣是最好的老師。許多學(xué)生認(rèn)為研究科學(xué)就應(yīng)該成為大科學(xué)家，研究火箭、機(jī)器人等科技項(xiàng)目，而研究農(nóng)業(yè)不屬于科學(xué)范疇，不屑于研究農(nóng)業(yè)項(xiàng)目，農(nóng)業(yè)STEM研究引不起孩子的探究興趣。而現(xiàn)代信息技術(shù)很容易就能進(jìn)入孩子們的生活，打動(dòng)孩子的心靈，在這樣的情況下，我們有必要通過(guò)信息技術(shù)提升學(xué)生研究農(nóng)業(yè)項(xiàng)目的興趣。

（1）游戲植入，替代經(jīng)驗(yàn)。農(nóng)科院的學(xué)生基本都是“00后”，生活在工業(yè)化的家庭環(huán)境中，缺乏對(duì)農(nóng)業(yè)種植的經(jīng)驗(yàn)。農(nóng)科院的STEM活動(dòng)需要較豐富的農(nóng)業(yè)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，而多數(shù)孩子在生活中缺少農(nóng)業(yè)實(shí)踐的條件而導(dǎo)致在STEM課程開展中因缺乏經(jīng)驗(yàn)指導(dǎo)而興趣失落。在農(nóng)科院STEM教學(xué)中，給學(xué)生提供模擬實(shí)踐方式，彌補(bǔ)缺失的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，從而激發(fā)STEM探究興趣極為必要。如學(xué)生在STEM活動(dòng)開展之前，我們可以采用類似于“開心農(nóng)場(chǎng)”一類的涉農(nóng)游戲激趣，讓學(xué)生首先明白農(nóng)業(yè)種植的主要步驟、過(guò)程、注意點(diǎn)等，通過(guò)不長(zhǎng)的時(shí)間，讓他們先在網(wǎng)絡(luò)上體驗(yàn)成功的樂(lè)趣和豐收的愉悅，這種類似于“建?！钡酿B(yǎng)成游戲模式，很容易就抓住了學(xué)生的心，讓其內(nèi)心對(duì)農(nóng)業(yè)不排斥甚至產(chǎn)生興趣。通過(guò)“開心農(nóng)場(chǎng)”，學(xué)生在產(chǎn)生興趣的同時(shí)知道農(nóng)業(yè)種植需要耐心，作物需要我們時(shí)時(shí)刻刻的照顧和管理，讓學(xué)生對(duì)農(nóng)科院的種植活動(dòng)有充分的認(rèn)知，對(duì)種植活動(dòng)有初步的規(guī)劃，為學(xué)生的創(chuàng)新鋪上了墊腳石。

（2）軟件制模，豐富參與。農(nóng)科院學(xué)員的種植探究活動(dòng)形式比較單一，機(jī)械的操作管理，在活動(dòng)中缺少思維參與，缺少發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題的熱情，使得農(nóng)科院的活動(dòng)等同于綜合實(shí)踐活動(dòng)與勞技課，STEM培養(yǎng)效果大打折扣。在農(nóng)科院STEM活動(dòng)設(shè)計(jì)中，適當(dāng)嵌入種植之外的其他形式的活動(dòng)，能大大激勵(lì)學(xué)生對(duì)農(nóng)科院活動(dòng)的興趣，多樣化的組織形式也使得農(nóng)科院STEM活動(dòng)得以持續(xù)開展。如農(nóng)科院中“給植物搭溫室大棚”項(xiàng)目中，綜合性較強(qiáng)，涉及科學(xué)、美學(xué)、工程及技術(shù)等多方面知識(shí)。學(xué)生在活動(dòng)中，如果僅是單純地講解操作實(shí)踐模式，讓孩子將搭建大棚視為一項(xiàng)任務(wù)，被動(dòng)參與，勢(shì)必思維參與度較低。我們可以利用模塊軟件組織學(xué)生進(jìn)行“溫室模型設(shè)計(jì)”，先讓學(xué)生根據(jù)農(nóng)科院條件用軟件對(duì)溫室大棚進(jìn)行三維設(shè)計(jì)，讓孩子們利用信息技術(shù)，搜索海量信息，進(jìn)行綜合處理與設(shè)計(jì)制作。模型設(shè)計(jì)活動(dòng)能較好地綜合多學(xué)科知識(shí)，極大地激發(fā)學(xué)生對(duì)農(nóng)科院STEM活動(dòng)的參與度。

2.精簡(jiǎn)過(guò)程，簡(jiǎn)化STEM活動(dòng)

（1）數(shù)碼引入，優(yōu)化記錄形式。觀察是農(nóng)科院活動(dòng)的基礎(chǔ)，然而許多現(xiàn)象難以捕捉，往往只能以文本形式體現(xiàn)為主。這種傳統(tǒng)方式讓STEM教育的開展很不得力。一方面，文字表達(dá)的生動(dòng)性明顯不夠，既不容易描述研究?jī)?nèi)容，也不方便受眾接受和理解。另一方面，學(xué)生在文字表達(dá)方面并不完善，往往需要花大量時(shí)間組織語(yǔ)言進(jìn)行描述，探究效率大打折扣。提升STEM教學(xué)效率，需要克服學(xué)生文字表達(dá)的困難。現(xiàn)代信息技術(shù)的天生優(yōu)勢(shì)，它可以化遠(yuǎn)為近、化靜態(tài)為動(dòng)態(tài)、化抽象為直觀。如學(xué)生在實(shí)驗(yàn)探究中的過(guò)程性記錄，可以引入數(shù)碼產(chǎn)品記錄。將觀察到的現(xiàn)象以靜態(tài)照片或動(dòng)態(tài)視頻形式記錄。在遇到較難直接用語(yǔ)言讓學(xué)生明白的探究課題，比如在研究鳳仙花彈射傳播種子時(shí)，因?yàn)檫^(guò)程迅速，往往講述了半天，學(xué)生的頭腦中依舊無(wú)法建立起彈射種子時(shí)的動(dòng)態(tài)畫面。將信息技術(shù)與STEM探究結(jié)合，用數(shù)碼產(chǎn)品拍攝出種子彈射過(guò)程，并以相關(guān)軟件進(jìn)行剪輯制作，就可以將快速變化的現(xiàn)象特征清晰地展示給學(xué)生。優(yōu)化記錄描述形式，讓學(xué)生的STEM探究事半功倍。

（2）結(jié)合創(chuàng)客，優(yōu)化管理效率。有效的管理手段是農(nóng)科院STEM教學(xué)的保障。農(nóng)科院的管理事務(wù)較為繁瑣，每日澆水施肥等工作機(jī)械重復(fù)，耐心不足的孩子往往中途就打起了退堂鼓?，F(xiàn)代化的種植技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到自動(dòng)化種植，利用計(jì)算機(jī)自動(dòng)化管理植物的生長(zhǎng)情況，能大大減少學(xué)生在STEM探究中時(shí)間與精力的投入，大大提高探究效率。如露天種植試驗(yàn)地項(xiàng)目中，暑假期間因?yàn)樘?yáng)太猛烈又沒(méi)有及時(shí)澆水導(dǎo)致作物枯死的情況，我們鼓勵(lì)學(xué)生結(jié)合機(jī)器人程序設(shè)計(jì)知識(shí)，設(shè)計(jì)自動(dòng)澆灌系統(tǒng)——當(dāng)環(huán)境濕度持續(xù)1小時(shí)低于生長(zhǎng)需求時(shí)，水龍頭感應(yīng)系統(tǒng)將自動(dòng)啟動(dòng)，給植物澆水加濕。又如蘑菇種植房里的感光窗簾，當(dāng)光線強(qiáng)度大干蘑菇生長(zhǎng)需求時(shí)，將自動(dòng)拉下窗簾，控制光感強(qiáng)度。這些設(shè)計(jì)，大大提高了農(nóng)科院的管理效率，也大大提升了學(xué)生程序設(shè)計(jì)方面的創(chuàng)新能力。

3.應(yīng)用拓展，深化STEM活動(dòng)

農(nóng)科院STEM活動(dòng)與普通種植實(shí)踐活動(dòng)的根本區(qū)別在于：STEM活動(dòng)不是為了收成多少果實(shí)，重在探究過(guò)程。農(nóng)科院學(xué)生在享受收獲的成就感時(shí)，也是最適合孩子進(jìn)行STEM教學(xué)活動(dòng)的時(shí)機(jī)。

（1）成果展銷，內(nèi)化種植過(guò)程。農(nóng)科院在成果豐收后，農(nóng)產(chǎn)品的保鮮與銷售是一大難題。抓住時(shí)機(jī)鼓勵(lì)學(xué)生對(duì)農(nóng)產(chǎn)品的保鮮進(jìn)行STEM創(chuàng)新探究的同時(shí)，也讓學(xué)生推銷自己的收獲。如給學(xué)生提供平臺(tái)舉行農(nóng)產(chǎn)品“展銷會(huì)”，給每個(gè)孩子一個(gè)展區(qū)，引導(dǎo)孩子利用iPad或者其他電子產(chǎn)品，對(duì)自己的產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行總結(jié)和解說(shuō)，吸引同學(xué)購(gòu)買。一來(lái)解決了產(chǎn)品的滯留問(wèn)題，二來(lái)在推銷過(guò)程中，合理使用信息技術(shù)對(duì)學(xué)生自己的種植過(guò)程進(jìn)行了總結(jié)，培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新能力。

（2）經(jīng)驗(yàn)介紹，深化種植拓展。經(jīng)驗(yàn)引領(lǐng)和同伴分享對(duì)STEM素養(yǎng)培養(yǎng)有重要意義。傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)分享受眾面小，不易推廣?，F(xiàn)代信息技術(shù)高度發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)發(fā)達(dá)，使用信息技術(shù)將農(nóng)科院STEM學(xué)習(xí)成果推廣應(yīng)用，把孩子們有機(jī)整合起來(lái)，形成既能獨(dú)立研究、又能及時(shí)聯(lián)系合作的研究團(tuán)隊(duì)，更利于STEM研究的有效開展和實(shí)效的取得。孩子們也可以通過(guò)QQ群、農(nóng)科院專題網(wǎng)站、專題研究論壇等隨時(shí)展示階段性研究成果，交流研究中遇到的問(wèn)題，共同尋求解決辦法等。學(xué)?？梢宰寣W(xué)生在一個(gè)探究階段結(jié)束后，舉行微課大賽，引導(dǎo)學(xué)生自己制作課件，當(dāng)小老師，將自己的探究過(guò)程整理出來(lái)傳授給同學(xué)，和同伴一起分享成功的經(jīng)驗(yàn)。

總之，在STEM農(nóng)科院活動(dòng)中，恰當(dāng)運(yùn)動(dòng)現(xiàn)代信息技術(shù)，必能有效提高研究效率，豐富研究成果，拓寬人才培養(yǎng)路徑，創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式，提升育人實(shí)效，并最終推動(dòng)少年科學(xué)教育工作科學(xué)發(fā)展、可持續(xù)發(fā)展。

點(diǎn)評(píng)

結(jié)合2016年中國(guó)青少年科技輔導(dǎo)員協(xié)會(huì)征文內(nèi)涵“科學(xué)教育信息化之路的融合創(chuàng)新”和“STEM教育理念本土化的實(shí)踐嘗試”，本文作者嘗試通過(guò)所在小學(xué)少年農(nóng)科院活動(dòng)的實(shí)踐與探索，以充分運(yùn)用現(xiàn)代信息技術(shù)，寓教于樂(lè)，精簡(jiǎn)過(guò)程，拓展應(yīng)用，趣化、簡(jiǎn)化、深化農(nóng)科院STEM探究活動(dòng)的成功案例和進(jìn)一步的反思，較好地詮釋了“科學(xué)教育新理念的實(shí)踐探索”這一主題，對(duì)廣大科技輔導(dǎo)員有一定的選題啟示和實(shí)踐研究的參考作用。

該論文所描述的實(shí)踐研究過(guò)程相對(duì)科學(xué)，過(guò)程清晰完整，應(yīng)用信息化手段解決問(wèn)題的探索有一定的創(chuàng)新性，結(jié)論具有積極意義。當(dāng)然，如果作者在所論述的研究過(guò)程中能夠注意相關(guān)概念的界定，努力呈現(xiàn)實(shí)踐研究的“教育科研”特色，以及扭轉(zhuǎn)把“摘要”視為“內(nèi)容提要”的認(rèn)識(shí)，定會(huì)使本文的科學(xué)性更為明顯。

——翟立原（中國(guó)青少年科技輔導(dǎo)員協(xié)會(huì)理論工作委員會(huì)副主任委員，第24屆全國(guó)青少年科技輔導(dǎo)員論文征集活動(dòng)評(píng)審委員會(huì)主任委員）