STREAM理念下小學(xué)智能農(nóng)業(yè)課程初探

朱思楠 侯躍芳 王子璇 王菁瑜

【摘要】勞動(dòng)教育課程作為中小學(xué)特色教育發(fā)展的重要組成部分，一直廣受關(guān)注，本課程依托STREAM教學(xué)理念，引導(dǎo)學(xué)生利用人工智能技術(shù)解決勞動(dòng)教育實(shí)踐過(guò)程中產(chǎn)生的問(wèn)題。本文論述如何在勞動(dòng)課程中引進(jìn)人工智能技術(shù)運(yùn)用跨學(xué)科知識(shí)解決問(wèn)題、實(shí)施多元評(píng)價(jià)全面助力學(xué)生發(fā)展的舉措，在培養(yǎng)學(xué)生勞動(dòng)實(shí)踐能力的同時(shí)，涵養(yǎng)其科學(xué)精神、人工智能素養(yǎng)，提升創(chuàng)造能力。

【關(guān)鍵詞】STREAM課程;勞動(dòng)教育實(shí)踐;人工智能技術(shù)實(shí)踐

一、課程背景

STREAM課程項(xiàng)目聚焦科學(xué)（S）、技術(shù)（T）、閱讀（R）、工程（E）、藝術(shù)（A）、數(shù)學(xué)（M）六大核心能力培養(yǎng)?？鐚W(xué)科融合基于STREAM理念，引導(dǎo)學(xué)生在研究學(xué)習(xí)中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，圍繞驅(qū)動(dòng)性問(wèn)題，借助多學(xué)科知識(shí)要素進(jìn)行探究學(xué)習(xí)和活動(dòng)，依托多角度、多層面的評(píng)價(jià)機(jī)制，引導(dǎo)鼓勵(lì)學(xué)生全方位發(fā)展。

2020年，教育部印發(fā)《大中小學(xué)勞動(dòng)教育指導(dǎo)綱要（試行）》，對(duì)中小學(xué)勞動(dòng)教育的推廣與實(shí)踐提出重要要求，力求充分引導(dǎo)學(xué)生積極思考、實(shí)踐創(chuàng)新，提高學(xué)生發(fā)現(xiàn)、解決問(wèn)題的能力與創(chuàng)造意識(shí)，促進(jìn)學(xué)生德智體美勞全面發(fā)展。

人工智能技術(shù)，幫助學(xué)生在數(shù)字信息技術(shù)、科學(xué)知識(shí)儲(chǔ)備等方面實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展。 筆者大膽嘗試，依托STREAM教學(xué)理念，引導(dǎo)學(xué)生利用人工智能技術(shù)解決勞動(dòng)教育實(shí)踐過(guò)程中產(chǎn)生的問(wèn)題，在培養(yǎng)學(xué)生勞動(dòng)實(shí)踐能力的同時(shí)，涵養(yǎng)其科學(xué)精神、人工智能素養(yǎng)，提升創(chuàng)造能力。

二、通過(guò)勞動(dòng)實(shí)踐掌握勞動(dòng)技能，提升勞動(dòng)素養(yǎng)

（一）勞動(dòng)實(shí)踐場(chǎng)景及描述

為了全面推進(jìn)綠色質(zhì)量教育，踐行我校習(xí)性教育理念，培育學(xué)生的個(gè)性特長(zhǎng)，我校開(kāi)設(shè)了“植物工坊”勞動(dòng)實(shí)踐社團(tuán)。在勞動(dòng)實(shí)踐社團(tuán)中，學(xué)生通過(guò)親手種植植物、養(yǎng)護(hù)植物、記錄植物生長(zhǎng)日記等，不僅提升了勞動(dòng)意識(shí)，還掌握了種植的技能，增長(zhǎng)了植物相關(guān)的知識(shí)，學(xué)會(huì)了與同學(xué)合作分享，激發(fā)了探索科學(xué)奧秘的興趣。

本勞動(dòng)實(shí)踐課程選擇了蔬菜的種植和養(yǎng)護(hù)勞動(dòng)。活動(dòng)初期，學(xué)生親手種植蔬菜，體會(huì)種植蔬菜的樂(lè)趣和不易。隨后安排學(xué)生對(duì)蔬菜進(jìn)行定期養(yǎng)護(hù)。養(yǎng)護(hù)植物，是一個(gè)長(zhǎng)期的過(guò)程，貫穿于整個(gè)活動(dòng)的始終，可以培養(yǎng)學(xué)生細(xì)心觀察的能力。在養(yǎng)護(hù)的過(guò)程中，學(xué)生體會(huì)到種植的艱辛與收獲的喜悅。另外，在整個(gè)活動(dòng)過(guò)程中，學(xué)生會(huì)將在理論課上學(xué)到的知識(shí)及實(shí)踐課上的體驗(yàn)，記錄在自己設(shè)計(jì)的植物生長(zhǎng)日記本中，從而有效培養(yǎng)學(xué)生堅(jiān)持記錄的好習(xí)慣。

親近自然，擁抱綠色，生命教育在種植活動(dòng)中滲透著。在“植物工坊”社團(tuán)，師生收獲的不只是蔬菜，更是一種自由幸福的生活經(jīng)歷和成長(zhǎng)經(jīng)歷。

（二）勞動(dòng)實(shí)踐日志

1.資料查詢準(zhǔn)備與播種

自2020年10月12日起，我校初步啟動(dòng)了植物工坊社團(tuán)并帶領(lǐng)學(xué)生開(kāi)始了項(xiàng)目式學(xué)習(xí)：學(xué)生依據(jù)課本提出的植物種植基本方法，了解植物的基本情況。并且，在學(xué)習(xí)了種子結(jié)構(gòu)的相關(guān)知識(shí)后，學(xué)生根據(jù)季節(jié)的要求，種植了這個(gè)季節(jié)里的特色蔬菜，其中包括學(xué)生所熟悉的白菜和蘿卜這兩種主要的秋冬季作物。根據(jù)對(duì)作物的研究，學(xué)生進(jìn)行了播種和科學(xué)的澆水種植。同時(shí)，教師要鼓勵(lì)學(xué)生繪制并書(shū)寫(xiě)心得。

2.植物生長(zhǎng)的觀察記錄

12月，學(xué)生仔細(xì)觀察了播種的白菜和蘿卜種子，驚奇地發(fā)現(xiàn)部分種子發(fā)芽的現(xiàn)象，明白了種子發(fā)芽需要先仔細(xì)地呵護(hù)它們。因此，學(xué)生借助水壺進(jìn)行澆水和養(yǎng)護(hù)，并去除了雜草。通過(guò)這堂課程，學(xué)生了解了種子發(fā)芽的基本知識(shí)，并且對(duì)新植株進(jìn)行了仔細(xì)的觀察和研究。

3.植物生長(zhǎng)中的問(wèn)題與解決

1、2月的深圳，降水量相對(duì)較少，學(xué)生發(fā)現(xiàn)地面經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)結(jié)塊和干裂的現(xiàn)象，由于課程安排是每周只有兩節(jié)課，澆水的頻率相對(duì)較少，導(dǎo)致菜園的地面比較干燥，嚴(yán)重影響到了發(fā)芽后種子幼苗的生長(zhǎng)。澆水較多的位置，幼苗生長(zhǎng)較為健壯，而澆水較少的位置，幼苗的發(fā)育則比較停滯，甚至有些幼苗出現(xiàn)變黃的情況。

通過(guò)師生共同查找資料，學(xué)生發(fā)現(xiàn)水量的缺失也有可能導(dǎo)致幼苗的生長(zhǎng)緩慢，甚至導(dǎo)致幼苗死亡。為此，學(xué)生開(kāi)始思考如何能夠設(shè)置一系列的裝置，在不需要人為的條件下也能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)灌溉。

三、運(yùn)用跨學(xué)科知識(shí)解決問(wèn)題，提升綜合素養(yǎng)

（一）自動(dòng)灌溉裝置的研發(fā)與討論

經(jīng)過(guò)一個(gè)假期的思考和研究，學(xué)生發(fā)現(xiàn)可以通過(guò)增大澆水量及增大光合作用的時(shí)間、天數(shù)，增加光照來(lái)有效加速植物的生長(zhǎng)。經(jīng)過(guò)學(xué)生大量的資料研究，發(fā)現(xiàn)了一些能夠加快植物生長(zhǎng)的方法。并且，學(xué)生從此著手來(lái)尋找制作一個(gè)能夠有效輔助澆水并且能夠增加光照的裝置。

經(jīng)過(guò)師生共同的合作、不停的努力，學(xué)生設(shè)置了一個(gè)能夠通過(guò)光感裝置及濕度感應(yīng)裝置這兩個(gè)裝置進(jìn)行輔助的相關(guān)設(shè)計(jì)，以此來(lái)達(dá)到自動(dòng)澆水、自動(dòng)補(bǔ)光的效果。

（二）人工智能工具（作品）的使用（制作）過(guò)程

機(jī)器學(xué)習(xí)：1.了解光敏傳感器的工作原理：當(dāng)外界環(huán)境光線的強(qiáng)弱發(fā)生變化的時(shí)候，傳感器的阻值也相應(yīng)發(fā)生改變，并把這種變化傳輸給機(jī)器人的微電腦。2.RC編程：進(jìn)入RC編程平臺(tái)主界面，編寫(xiě)讓機(jī)器人不停地檢測(cè)光源的程序。3.測(cè)試。光敏機(jī)器人檢測(cè)不到光時(shí)，彩燈亮起;光敏機(jī)器人檢測(cè)到光時(shí)，彩燈熄滅。經(jīng)檢測(cè)，此程序滿足在光線不足時(shí)提供裝飾和照明服務(wù)的要求。

（三）技術(shù)實(shí)踐性驗(yàn)證

1.學(xué)習(xí)諾寶RC編程基礎(chǔ)知識(shí)配合五年級(jí)下冊(cè)的信息技術(shù)課程內(nèi)容;2.學(xué)習(xí)光敏機(jī)器人的編程;3.通過(guò)檢驗(yàn)，證實(shí)編程后的硬件能夠識(shí)別出強(qiáng)光和黑暗環(huán)境，有效控制命令下一步的進(jìn)行。

（四）機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1.購(gòu)買(mǎi)濕度感應(yīng)模塊、功能盒下蓋、數(shù)據(jù)輸出總線、濕度傳感器插座、水泵出水口、水泵供水口等，嘗試組裝;2.優(yōu)化濕度感應(yīng)器裝置結(jié)構(gòu);3.決定添加自動(dòng)感光、補(bǔ)光裝置，購(gòu)買(mǎi)光傳感器插座、水泵插座、七彩LED燈插座、七彩燈等，繼續(xù)安裝豐富;4.完善光感裝置、調(diào)整濕度反應(yīng)閾值，增加語(yǔ)音播放裝置;5.組裝系統(tǒng)裝置，經(jīng)過(guò)通電測(cè)試，裝置能夠很好地完成澆水、智能補(bǔ)光、播放音樂(lè)的任務(wù)。

（五）功能完善

1.不同盆栽所需要的濕度值是不同的。學(xué)生升級(jí)了檢測(cè)系統(tǒng)模塊，添加了設(shè)置濕度值的顯示裝置。這樣就可以更直觀準(zhǔn)確地知道并設(shè)定土壤濕度閾值。當(dāng)濕度低于閾值時(shí)啟動(dòng)水泵灌溉，當(dāng)濕度超過(guò)閾值時(shí)關(guān)閉水泵停止灌溉。實(shí)驗(yàn)進(jìn)行過(guò)程中，學(xué)生進(jìn)行了以下的研究嘗試：

學(xué)生自主設(shè)計(jì)并進(jìn)行了對(duì)鳳仙花發(fā)芽中最適宜的濕度閾值的探究活動(dòng)，實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)如下。實(shí)驗(yàn)材料：一次性透明杯和吸水紙若干，土壤、吸管和鏟子。實(shí)驗(yàn)步驟：挑選了一些飽滿的、沒(méi)有受過(guò)損傷的鳳仙花種子。分6組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，在透明的一次性杯子內(nèi)壁墊幾層吸水紙，裝進(jìn)一些土壤，使紙巾貼住杯壁，再將一次性杯子的底部鉆一個(gè)小孔，接著把鳳仙花種子放在杯壁和紙中間，在不同的方向都放置種子。往土壤中澆適量的水，不要讓種子浸在水里。在測(cè)試土壤中安裝濕度檢測(cè)器裝置，改變土壤濕度，靜置一晝夜，首先觀察種子膨脹的速度;第二觀察日，觀察種皮破裂速度;第三觀察日，觀察根的長(zhǎng)度與現(xiàn)象。

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄：

經(jīng)過(guò)一系列的研究，師生共同得出了最佳的試驗(yàn)結(jié)果為：當(dāng)濕度為70%及以上時(shí)，能有效幫助鳳仙花種子發(fā)芽。因此，在本裝置的濕度控制上使用的濕度控制值為70%，當(dāng)濕度低于閾值時(shí)啟動(dòng)水泵灌溉，當(dāng)濕度超過(guò)閾值時(shí)關(guān)閉水泵停止灌溉。

只有灌溉功能還不足以減輕學(xué)生一天學(xué)習(xí)、生活的疲勞。于是，學(xué)生增加了光線不足時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)裝飾、照明的功能，在增長(zhǎng)光合作用時(shí)間的同時(shí)還能欣賞到絢麗多彩的燈光秀。

2.通過(guò)仔細(xì)觀察，學(xué)生發(fā)現(xiàn)只有視覺(jué)效果還不夠，還需要聽(tīng)覺(jué)上的享受。于是，學(xué)生在七彩燈點(diǎn)亮?xí)r又增加了語(yǔ)音播放功能。在學(xué)生拖著疲憊的身軀回到家時(shí)，既能欣賞魔幻七彩燈光秀，又能享受悅耳的鳥(niǎo)鳴及森林中的寧?kù)o。

3.完成穩(wěn)定性測(cè)試，具體活動(dòng)流程圖如下。

人工智能工具（作品）解決問(wèn)題的效果

四、發(fā)揮多元化評(píng)價(jià)優(yōu)勢(shì)，全面助力學(xué)生發(fā)展

本課程的教學(xué)與學(xué)習(xí)過(guò)程中運(yùn)用了“云成長(zhǎng)檔案袋”，著眼于現(xiàn)當(dāng)代的課程評(píng)價(jià)要求——“立足過(guò)程，促進(jìn)發(fā)展”，針對(duì)學(xué)生主體的評(píng)價(jià)進(jìn)行多元化擴(kuò)展。以學(xué)生學(xué)習(xí)情況及作品為評(píng)定內(nèi)容，通過(guò)從學(xué)生自評(píng)、生生互評(píng)、教師評(píng)價(jià)與家長(zhǎng)評(píng)價(jià)等四個(gè)角度評(píng)價(jià)的維度量表，評(píng)價(jià)學(xué)生的知識(shí)、能力與素養(yǎng)所得，并將學(xué)生完成的作品上傳到數(shù)據(jù)庫(kù)中，通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與評(píng)價(jià)，具體評(píng)價(jià)制度如下。

（一）學(xué)生自評(píng)

在一個(gè)階段的學(xué)習(xí)后，組織學(xué)生對(duì)能體現(xiàn)學(xué)生成長(zhǎng)的材料進(jìn)行收集、歸袋。每月底，將本月課堂評(píng)價(jià)表和家庭作業(yè)反饋表歸袋。對(duì)于平時(shí)的作品，教師也要及時(shí)提醒學(xué)生收集。學(xué)生通過(guò)獨(dú)立的、理性的反思形成個(gè)人目標(biāo)，通過(guò)課程實(shí)踐和教師、同學(xué)一起交流，從而發(fā)展自身的創(chuàng)造性、社會(huì)性;另一方面，這樣的過(guò)程充分體現(xiàn)了評(píng)價(jià)的真正目的，即教師通過(guò)與學(xué)生交流分享，讓教師和學(xué)生共同對(duì)評(píng)價(jià)產(chǎn)生認(rèn)同感。這樣，學(xué)生才能在評(píng)價(jià)的引導(dǎo)下不斷完善自我，實(shí)現(xiàn)成長(zhǎng)和發(fā)展。

（二）生生互評(píng)

小組上臺(tái)匯報(bào)各自成果后，其余小組對(duì)其匯報(bào)情況進(jìn)行評(píng)價(jià)，整理評(píng)價(jià)結(jié)果，評(píng)選出“最受歡迎小組”。

（三）教師評(píng)價(jià)

學(xué)生在每次勞動(dòng)實(shí)踐課上都需要記錄本節(jié)課的原理、過(guò)程、注意事項(xiàng)、結(jié)果和反思。所以，教師需要對(duì)學(xué)生植物工坊畫(huà)冊(cè)的完成情況進(jìn)行評(píng)價(jià)。以科學(xué)學(xué)科為例，評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)如下：

五、結(jié)語(yǔ)

基于STREAM理念的勞動(dòng)教育課程顛覆了傳統(tǒng)的勞動(dòng)教育形式，人工智能技術(shù)的引進(jìn)賦予了它全新的生命力。學(xué)生通過(guò)跨學(xué)科融合學(xué)習(xí)的方法積極思考，針對(duì)勞動(dòng)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題提出設(shè)想，設(shè)計(jì)方案，準(zhǔn)備材料，制作作品，反思總結(jié)完成科學(xué)探究的全過(guò)程，將美術(shù)、勞動(dòng)、科學(xué)、數(shù)學(xué)、語(yǔ)文等學(xué)科知識(shí)進(jìn)行有機(jī)融合。將勞動(dòng)育人與人工智能進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，能夠更加有效地幫助學(xué)生開(kāi)展探究性學(xué)習(xí)、創(chuàng)造性學(xué)習(xí)，實(shí)現(xiàn)學(xué)生終身發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]張翔，王正麗.一種新型的農(nóng)學(xué)盆栽用高效灌溉裝置[J].農(nóng)業(yè)開(kāi)發(fā)與裝備，2021（5）：141-142.

[2]李燁桐，孫娜，劉銳等.基于單片機(jī)的花卉物流實(shí)時(shí)灌溉系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].物流技術(shù)，2021，40（5）：118-122.

[3]劉俊萍，李吉鵬，史永杰等.水肥一體化灌溉裝置蠕動(dòng)泵結(jié)構(gòu)優(yōu)化[J].節(jié)水灌溉，2021（2）：70-74.

[4]向艷艷，黃運(yùn)湘，龍懷玉等.負(fù)壓灌溉對(duì)菠菜生長(zhǎng)及水分利用效率的影響[J].排灌機(jī)械工程學(xué)報(bào)，2021，39（1）：68-74.

[5]劉倩，楊蘭，蔡松等.一種樹(shù)木集水灌溉裝置研究[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2020（31）：24-25.

[6]于浩，孟龍起，韓宇航等.基于32單片機(jī)控制的智能灌溉系統(tǒng)[J].科技視界，2020（11）：107-108.

責(zé)任編輯 ?陳紅兵