模電綜合實踐課在校外科技教育中的探索

張文龍 劉星漢

摘? 要：科技創(chuàng)新在黨和國家全局部署中的位置越來越重要，對青少年兒童進行科技教育、培養(yǎng)科學精神具有十分重要的意義。北京學生活動管理中心的模電綜合實踐課作為北京市“三個一”活動的創(chuàng)新項目，在校外兒童科技教育方面進行全新探索：在充分準備的基礎上，經過SWOT分析，構建課程框架，構思育人理念及目標，改進教學方法和形式，進行教學評測，在培養(yǎng)學生的社會責任感、創(chuàng)新精神和實踐能力等方面取得成效。

關鍵詞：校外兒童;科技教育;模電綜合實踐課

中圖分類號：G423 文獻標識碼：A 文章編號： 1004-8502（2021）03-0107-08

作者簡介：張文龍，北京學生活動管理中心科技教學部部長，研究方向為科技教育;劉星漢，北京學生活動管理中心科技教學部教師，研究方向為科技教育。

一、引言

1956年1月，中共中央召開全國知識分子問題會議，大會向全黨、全國人民發(fā)出“向現(xiàn)代科學進軍”的號召[1]。同年，中央政府制定了中國第一個中長期科技規(guī)劃——《1956-1967年科學技術發(fā)展遠景規(guī)劃》[2]。1978年，在全國科學大會上，鄧小平同志強調“科學技術是生產力”，要求把“盡快培養(yǎng)一批具有世界第一流水平的科學技術家，作為我們科學、教育戰(zhàn)線的重要任務”。20世紀90年代，以江澤民同志為核心的第三代領導集體全面落實“科學技術是第一生產力”的思想，提出實施科教興國戰(zhàn)略。2006年，胡錦濤同志提出“堅持走中國特色自主創(chuàng)新道路，為建設創(chuàng)新型國家而努力奮斗”[3]。黨的“十八大”以來，以習近平同志為核心的黨中央對科技創(chuàng)新進行了全局謀劃和系統(tǒng)部署，深入實施科教興國戰(zhàn)略、人才強國戰(zhàn)略。2016年，中共中央、國務院印發(fā)《國家創(chuàng)新驅動發(fā)展戰(zhàn)略綱要》，明確我國到2050年建成世界科技創(chuàng)新強國“三步走”的戰(zhàn)略目標，同月，習近平總書記在全國科技創(chuàng)新大會、兩院院士大會、中國科協(xié)第九次全國代表大會上強調“科技興則民族興，科技強則國家強”，“要在我國發(fā)展新的歷史起點上，把科技創(chuàng)新擺在更加重要位置，吹響建設世界科技強國的號角” [4]。黨的十九屆五中全會明確提出堅持創(chuàng)新在我國現(xiàn)代化建設全局中的核心地位，把科技自立自強作為國家發(fā)展的戰(zhàn)略支撐?！吨腥A人民共和國國民經濟和社會發(fā)展第十四個五年規(guī)劃和2035年遠景目標綱要》又對堅持創(chuàng)新驅動發(fā)展、全面塑造發(fā)展新優(yōu)勢做出一系列重大部署。由此可以看出，科技創(chuàng)新在黨和國家全局部署中的位置越來越重要。

在這樣的背景下，科技教育的實施顯得尤為迫切，因為一切科技創(chuàng)新活動都是人做出來的，實現(xiàn)科技創(chuàng)新關鍵在人，對青少年兒童進行科技教育，是培養(yǎng)德智體美勞全面發(fā)展的社會主義建設者和接班人必不可少的一環(huán)。對于青少年兒童的科技教育，習近平總書記多次提出殷切期望。2016年末，習近平總書記在給北京市八一學校科普小衛(wèi)星研制團隊學生的回信中寫道，“希望你們保持對知識的渴望，保持對探索的興趣，培育科學精神，刻苦學習，努力實踐，帶動更多青少年講科學、愛科學、學科學、用科學，努力成長為祖國的棟梁之材，將來更好為實現(xiàn)中華民族偉大復興的中國夢貢獻力量?！盵5] 2020年，在科學家座談會上，習近平總書記指出，“好奇心是人的天性，對科學興趣的引導和培養(yǎng)要從娃娃抓起，使他們更多了解科學知識，掌握科學方法，形成一大批具備科學家潛質的青少年群體?！盵6]

2016年，核心素養(yǎng)研究課題組發(fā)布的《中國學生發(fā)展核心素養(yǎng)》將核心素養(yǎng)分為文化基礎、自主發(fā)展和社會參與三個方面，其中科學精神是六大素養(yǎng)之一，主要是學生在學習、理解、運用科學知識和技能等方面所形成的價值標準、思維方式和行為表現(xiàn)[7]。2017年，教育部制定了《中小學綜合實踐活動課程指導綱要》，“強調學生綜合運用學科知識，認識、分析和解決現(xiàn)實問題，提升綜合素質，著力發(fā)展核心素養(yǎng)，特別是社會責任感、創(chuàng)新精神和實踐能力”[8]。

這些指示精神、文件、理論框架等都為具體的科技教育實踐提供了指引與依據(jù)。相對于學校教育的學科教學，校外教育能為科技教育提供更豐富多元的實踐探索空間。校外科技教育的開展如火如荼，但也存在良莠不齊的現(xiàn)象。為滿足中小學生對優(yōu)質校外教育的需求，進一步提升校外教育質量，北京市教委在全市校外教育機構開展“培育一批創(chuàng)新項目、建設一批特色項目、發(fā)展一批精品項目”活動（以下簡稱“三個一”活動）[9]，北京學生活動管理中心的模電綜合實踐課作為創(chuàng)新項目應運而生。

二、模電綜合實踐課的構建過程

（一）前期準備

1.打造師資隊伍

模電綜合實踐課教師隊伍包括北京學生活動管理中心航模、海模、電子技術、創(chuàng)新機器人、科技制作、TTS（Technology Teaching Systems）傳統(tǒng)科技教學部項目的6位教師。6位教師在模型知識、動手能力、電子知識、工具使用、結構搭建、邏輯編程、靜態(tài)模型制作、文化研究、機械原理、制作技巧等方面各有側重，教師本人和教授的學生在各自傳統(tǒng)科技教學項目中多次獲得全國、全市表彰和各類比賽獎項，專業(yè)水平得到同行認可。此外，北京學生活動管理中心教育教研室的專家長期為模電綜合實踐課的教師開展師資培訓和教學指導，為課程建設把握方向。

2. 配置場地設施

模電綜合實踐課擁有占地1500平方米以上的8間教室，包括6間科技教學教室和2間科技活動預備教室，提供激光切割機、3D打印機、鉆床小工具、航空模型、機器人等近60種設施、設備、工具和科技教學材料，設施設備適用、安全。

3. 建立管理體系

模電綜合實踐課教師的分工合理，有明確的項目管理辦法。教學活動緊緊圍繞項目活動目標，依托于項目教案的設計和編訂的教材，制定項目階段性的計劃和評價目標，進行階段性的總結和學期總結。教室及活動場所有完備詳盡的安全管理制度，每間教室有固定的安全責任人，設計活動安全預案，嚴把審核流程。

4.加強經費保障

模電綜合實踐課在2018年由市財政專項經費支持科普材料費約19萬元，項目實踐與展示活動經費11萬余元，為充分滿足項目發(fā)展需求提供經費保障。

（二）SWOT態(tài)勢分析

北京學生活動管理中心采用SWOT態(tài)勢分析法①對上述基本狀況及其他信息進行收集、分析與研究，總結發(fā)現(xiàn)，校外科技教育的優(yōu)勢在于：擁有多位教育教學經驗豐富的教師;教室位置、面積、教學設備符合現(xiàn)代化的教學需求;同時，作為北京市唯一一家市級校外教育機構、市級學生金鵬科技團，有必要發(fā)揮示范引領作用，為傳統(tǒng)校外科技教育項目改革做出探索。存在的問題：由于傳統(tǒng)的校外教育采用學科分類方法（模型、電子、機器人等），導致各學科的發(fā)展方向、教研管理、活動設計等相對割裂，造成了各學科間缺乏共融，已無法滿足學生發(fā)展需求。機會在于：黨和國家越來越重視科技教育;北京市教委在全市校外教育機構大力開展“三個一”活動。這為校外科技教育探索提供了新的機會和方向。面臨的挑戰(zhàn)：學校教育功能日益完善、校外培訓機構迅猛發(fā)展，對現(xiàn)有的校外教育發(fā)展提出了更高的要求，校外教育特別是校外科技教育亟待謀求新的發(fā)展之路。

通過學情分析和SWOT態(tài)勢分析，北京學生活動管理中心啟動研發(fā)“三個一”創(chuàng)新項目——模電綜合實踐課。

（三）課程構建

模電綜合實踐課是將模型、電子、機器人課程、科技制作、TTS有機整合后的綜合實踐課程，將原有科技教育相融合，對傳統(tǒng)科技教育進行再塑造，實現(xiàn)整合與提升（如圖1），搭建平臺促使學生可以相互合作形成團隊，在不同課程中完成自己的創(chuàng)新作品，最終以團隊形式開發(fā)出更有創(chuàng)意、更有科技含量的創(chuàng)新作品。

電子技術項目提供的是電子元器件及控制電路原理的相關知識，使學生了解電子知識，鍛煉動手能力，建立科學的求真務實的世界觀，培養(yǎng)創(chuàng)新能力。創(chuàng)新機器人項目提供了編程邏輯的相關知識，借助積木機器人的搭建、編程等，使學生獲得持續(xù)的創(chuàng)造性?？萍贾谱髡n程提供了機械傳動相關知識，利用一系列材料，逐步掌握使用活動室中的各類工具和小機床，學會看懂作品流程圖和簡單工程圖紙，學習加工裝備方法，制作模型和科技作品，進行各種創(chuàng)新實驗和小發(fā)明。TTS項目提供了簡單機械加工的相關知識，讓學生通過動手動腦實踐體驗的學習方式，提高以科技為主的多種綜合素質。模型項目提供了外觀設計及建模的相關知識，以“模型教育”為載體，開展航模、海模、車?；顒?。

模電綜合實踐課，不是這些項目的簡單整合，而是把各個項目中的知識有機整合，形成統(tǒng)一的知識體系，通過不同學科知識的融合，用探究式教學和多元化教育模式深化學生的探索能力與技巧，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神和實踐能力。以制作物聯(lián)網(wǎng)植物溫室這個項目為例，引導學生利用電子技術課程的知識，設計制作了植物溫室的控制電路;利用機器人課程相關知識，實現(xiàn)了程序的編寫、數(shù)據(jù)的上傳和處理;利用TTS課程的知識，加工制作了溫室的主體外觀;利用科技制作項目的知識，加工了溫室換風的頂棚開合系統(tǒng);利用模型的知識，進行了外觀尺寸的整體設計和3D打印建模，最終完成整體的物聯(lián)網(wǎng)植物溫室項目。

三、模電綜合實踐課的探索

（一）理念與特點

模電綜合實踐課貫徹“培養(yǎng)學生科學智趣、促進學生全面成長”的科技教育理念，關注學生核心素養(yǎng)，堅持活動育人、實踐育人，堅持興趣培養(yǎng)和個性化教育。該課程的主要特點包括融合、創(chuàng)新、提升。

融合——模電綜合實踐課是將傳統(tǒng)的模型、電子、機器人、科技制作等課程有機整合后形成的一個綜合實踐課程。

創(chuàng)新——從理念上講，模電綜合實踐課讓原各項目教師形成合力，憑借各自的教育能力優(yōu)勢及專業(yè)特長進行優(yōu)勢互補。從內容形式上，突破原有教學內容及授課形式，探索新的課程模型，培養(yǎng)具備綜合科學素養(yǎng)的人才。

提升——模電綜合實踐課通過針對傳統(tǒng)項目的融合，使教師的教學研究能力、思維意識以及學生的綜合能力得到提升。

（二）模電綜合實踐課的目標體系

模電綜合實踐課的對象分為三個階段，分別是小學3～4年級學生，小學5～6年級學生和初中1～3年級學生。所有課程注重學生核心素養(yǎng)培養(yǎng)，突出活動育人的本質，體現(xiàn)探究、合作、自主等學習方式。教師根據(jù)學生實際情況設置課程目標，不斷調整、生成適當?shù)慕逃虒W內容、方法和形式，最終形成形式新穎、內容原創(chuàng)、類型豐富、突出實踐性和趣味性的模電綜合實踐課。

學生通過模電綜合實踐課的學習，能夠掌握基本的電子技術知識、計算機程序編寫、模型與結構學理論知識，積累豐富的文化內涵，鍛煉動手能力，培養(yǎng)工匠精神，成為科技創(chuàng)新全能手。我們將課程目標分為掌握專業(yè)知識與技能、學會探究與合作、培養(yǎng)科學素養(yǎng)三個層級，然后針對三個階段的學生設置具體的目標，見表1。

（三）教學方法與活動形式

在模電綜合實踐課中，教師以學生為中心，具體搭配講授法、探究學習、實踐教學法、案例分析教學法、對比分析法、合作學習等教學方法，針對不同階段學生的教學方法側重點有所不同，不同階段學生參與課程的活動形式也有所不同，如表2所示。

（四）模電綜合實踐課的實施步驟

模電綜合實踐課的總體實施步驟包括：教師進行教學內容的整合、課程的開發(fā)→教師進行學生選拔，選取相關學生參加模電綜合實踐課的學習→學生進行跨科目走班學習→學生利用所學內容進行創(chuàng)作，研發(fā)創(chuàng)新作品→學生進行團隊化分組，對復雜創(chuàng)新作品進行研發(fā)→教師對之前一個周期的教學成果進行總結，對教學周期、教學方法及課程內容改進后進行下一周期的教學。

（五）模電綜合實踐課的評測

除了精心設計的課程目標和內容，模電綜合實踐課還會針對不同學段的教學成果進行評測，檢測方法與評價手段如表3所示。

通過表1、表2、表3可以看出，每個階段的模電綜合實踐課目標、形式和評測的側重點各有不同。具體來說，對于小學3～4年級的學生來說，模電綜合實踐課主要培養(yǎng)學生的自主學習能力和對實際問題的探究分析能力。學生在動手實踐中逐漸擺脫對教師的依賴，自主發(fā)現(xiàn)問題、分析并解決問題。學生在團隊實踐中有分工合作意識，能積極參與作品討論、互評和匯報展示各環(huán)節(jié)。

對于小學5～6年級的學生來說，模電綜合實踐課主要培養(yǎng)學生的研究實踐精神和創(chuàng)新意識。學生以團隊的形式自主分析選擇任務目標，進而選擇相應的課程學習板塊。以團隊合作的方式學習板塊的專業(yè)理論知識和拓展內容，討論并設計出電路原理圖、模型結構圖和程序原理圖。團隊能夠合理有效地進行內部成員分工，制定編寫出成員任務手冊和任務日志。團隊教學成果和作品設計基礎理論正確，結構合理穩(wěn)定，性能良好，具有一定的創(chuàng)新性和獨特性。

對于初中段的學生來說，模電綜合實踐課主要是為團隊自主學習和研究創(chuàng)客作品設計與產品分析、設計學的相關理論知識搭建信息平臺。團隊分工合作-設計-研發(fā)作品-推介的模式逐漸成形。團隊逐漸養(yǎng)成作品市場調研、材料成本分析、設計開發(fā)、性能測試修正、研究日志的記錄與整理這一整套科學的研究習慣和嚴謹務實的科研態(tài)度。

四、模電綜合實踐課的成效

《中小學綜合實踐活動課程指導綱要》強調要培養(yǎng)學生的核心素養(yǎng)，特別是社會責任感、創(chuàng)新精神和實踐能力。模電綜合實踐課在這幾方面充分發(fā)揮作用。

（一）培養(yǎng)社會責任感

模電綜合實踐課的學生要進行團隊化分組，每個人都要有意識地運用科學知識并秉持科學態(tài)度提出問題、反思問題、解決問題。他們需要在團隊中尋找到自己的位置，發(fā)揮自己的特長承擔作品創(chuàng)作的相應模塊，學會對自己的模塊負責，并學會與其他隊員合作探究，養(yǎng)成主動發(fā)現(xiàn)對方優(yōu)點并合理分工的意識，共同促進整個團隊走向成功。在這個過程中，學生的團隊意識、責任心、使命感得到培養(yǎng)，為未來承擔更大的社會責任打下基礎。例如，學生制作智能藥盒項目，就是關注高齡糖尿病老人難以準確按時用藥的問題，通過計算用餐時間提醒老人按時用藥，為社會的特殊群體提供服務。

（二）發(fā)揚創(chuàng)新精神

模電綜合實踐課的一個特點就是創(chuàng)新，除了要求教師創(chuàng)新課程內容和形式，也對學生的創(chuàng)新提高要求。學生需要從課程中得到啟發(fā)，將所學不同科目知識進行遷移，然后加入自己的創(chuàng)意完成相應模塊，最后通過團隊合作共同開發(fā)技術含量和復雜程度更高的創(chuàng)新作品。例如，2017和2018年時小學5～6年級和初中的學生在北京市中小學生“奇夢炫漫”創(chuàng)客展評活動中進行作品原創(chuàng)設計、展示和演出，獲得好評。參與該活動的學生自己設計動漫腳本，開發(fā)可動手辦、鑰匙扣、紙模等與動漫腳本劇情相關的周邊產品。開發(fā)這些動漫IP產品，需要學生團隊利用所學模電綜合實踐課的知識，建模設計結構，制作裝飾電路，利用機床、3D打印機、激光雕刻機等儀器進行粗加工，利用靜態(tài)模型相關的工具進行精細加工及上色。這些活動的參與讓學生的創(chuàng)新能力得以提高。

（三）提升實踐能力

模電綜合實踐課是一個做中學的課程，在課程中，學生親自操作車床等加工設備，生產零部件，用扳手等設備進行組裝，動手焊接電路，編程實現(xiàn)控制，不僅掌握了基本的知識，還提高了動手實踐能力，鍛煉了邏輯思維能力。學生還能通過展示、推介作品，加深思考，提高語言表達能力。課程以問題為導向，學生在解決實際問題的過程中將學到的知識加以應用和實踐，引發(fā)學生熱愛生活、觀察生活，在現(xiàn)實生活中找到有價值的興趣點，真正做到學以致用、學有所用。以物聯(lián)網(wǎng)智能健康系統(tǒng)這個項目為例，其創(chuàng)新點就是采用云端的模式，通過智能設備量化監(jiān)控糖尿病患者的熱量攝入與消耗，將它與用藥以及其他健康數(shù)據(jù)一起提供給云端的醫(yī)生，醫(yī)生在系統(tǒng)的輔助下通過檢測數(shù)據(jù)評估病人情況，與患者進行交互，遠程撰寫醫(yī)囑。本項目很好地解決了醫(yī)患溝通、信息采集與共享的難點。

除了上述學生的收獲，模電綜合實踐課還有助于促進教師發(fā)展，助力機構發(fā)展，提升了北京學生活動管理中心的整體教學質量、辦學水平和綜合實力，被家長和學生認可。

五、反思與展望

模電綜合實踐課與原有科技教育相融合，對傳統(tǒng)科技教育進行再塑造，實現(xiàn)整合與提升，在首都校外科技教育中具有創(chuàng)新性與前瞻性。課程設計立足校外科技教育發(fā)現(xiàn)現(xiàn)存問題，結合政策要求，用融合創(chuàng)新的理念給出解決方案并進行探索。從教學內容到教學評測，從組織活動到促進教研，從學生成長到機構發(fā)展，模電綜合實踐課都取得了較好的示范效果。但模電綜合實踐課在課程研發(fā)及教務管理等方面還存在局限，還需向更好的方向發(fā)展：整合更多資源進行課程研發(fā)內容的補充;配合教學理念進行教材及科普套材的研發(fā);探索與體育、藝術等更廣范圍內校外教育項目的融合;探索各區(qū)、省市間的優(yōu)質科技項目的融合。

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