基于項目學(xué)習(xí)的小學(xué)科學(xué)STEAM課程實(shí)踐與學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)探究

洪曉玲

摘要：科學(xué)具有跨學(xué)科特點(diǎn)，包含物質(zhì)科學(xué)、生命科學(xué)、地球與宇宙科學(xué)和技術(shù)與工程領(lǐng)域等相關(guān)內(nèi)容，具有一定的基礎(chǔ)性、實(shí)踐性、綜合性。在科學(xué)教學(xué)當(dāng)中融入STEAM教學(xué)法，能夠通過科學(xué)課程學(xué)習(xí)內(nèi)容，從科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)、數(shù)學(xué)等維度培養(yǎng)學(xué)生，能讓學(xué)生靈活地運(yùn)用科學(xué)知識解釋生活現(xiàn)象，攻克生活難題，形成自己獨(dú)特的解決問題的方法。文章結(jié)合科學(xué)教學(xué)內(nèi)容以及教學(xué)效果，對STEAM課程實(shí)踐與學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)展開研究。

關(guān)鍵詞：科學(xué)教學(xué)；項目學(xué)習(xí)；STEAM；課程實(shí)踐；創(chuàng)新能力

中圖分類號：G421；G623.6文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號：1008-3561（2022）15-0067-03

目前，智能機(jī)器人已經(jīng)在諸多行業(yè)領(lǐng)域得到應(yīng)用。為了讓青少年學(xué)生了解智能機(jī)器人研發(fā)、生產(chǎn)制造流程以及核心技術(shù)，學(xué)校以“走進(jìn)智能機(jī)器人”為主題開展了小學(xué)科學(xué)校本課程。其中特別融入了STEAM教學(xué)法，以期學(xué)生可以綜合運(yùn)用科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)、數(shù)學(xué)等相關(guān)知識，在機(jī)器人功能設(shè)計、外形設(shè)計中充分發(fā)揮想象力，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。

一、課程背景

我國教育“十三五”規(guī)劃中明確指出了教師需要運(yùn)用信息技術(shù)完善教學(xué)，讓學(xué)生跨學(xué)科學(xué)習(xí)，提高學(xué)生的信息素養(yǎng)以及創(chuàng)新能力、動手能力，讓學(xué)生具備多種素養(yǎng)，徹底改變傳統(tǒng)教學(xué)的諸多問題，實(shí)現(xiàn)教學(xué)的真正改革?？茖W(xué)具有跨學(xué)科特點(diǎn)（包含物質(zhì)科學(xué)、生命科學(xué)、地球與宇宙科學(xué)和技術(shù)與工程等領(lǐng)域），具備STEAM教學(xué)法的融入優(yōu)勢。

STEAM教學(xué)法，是“S”科學(xué)、“T”技術(shù)、“E”工程、“A”藝術(shù)、“M”數(shù)學(xué)，即對一門學(xué)科展開教學(xué)時，要抓住這五個領(lǐng)域，確保學(xué)生能夠形成思維耦合，進(jìn)而提升學(xué)生靈活應(yīng)用各種學(xué)科知識的能力。該教學(xué)法和項目教學(xué)法具有很高的融合度，綜合使用會達(dá)成教育上事半功倍的效果。

隨著時代的發(fā)展，智能機(jī)器人已經(jīng)走進(jìn)尋常家庭，如早教機(jī)器人、學(xué)習(xí)機(jī)器人等，都非常吸引學(xué)生的目光。學(xué)生對機(jī)器人為什么能夠說話、交流感到好奇，對智能機(jī)器人的表情以及對人類表情的判讀也感到不可思議?！白哌M(jìn)智能機(jī)器人”能夠得到學(xué)生的熱烈響應(yīng)，因?yàn)檫@堂課符合學(xué)生探究心理，能夠催動他們探究智能機(jī)器人的構(gòu)造和涉及的技術(shù)，并可以參與智能機(jī)器人功能模塊設(shè)計、外形設(shè)計，在這樣充分的交互中深入了解智能科技，形成科技思維和創(chuàng)新意識。

二、課程設(shè)計

本課程的主要目的是通過項目學(xué)習(xí)法，讓學(xué)生了解智能機(jī)器人結(jié)構(gòu)、功能、技術(shù)、外形，并且構(gòu)建學(xué)習(xí)小組，讓學(xué)生分工合作，互相激發(fā)，讓他們發(fā)揮想象力、創(chuàng)造力，設(shè)計出一款新型智能機(jī)器人?？傮w而言，課程設(shè)計考慮到了以下因素。第一，核心素養(yǎng)培養(yǎng)?？茖W(xué)核心素養(yǎng)主要包括科學(xué)觀念與應(yīng)用、科學(xué)思維與創(chuàng)新、科學(xué)探究與交流、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任等方面。考慮到這一因素，需要融入互聯(lián)網(wǎng)、新媒體，因?yàn)檫@二者具有很強(qiáng)的融合性，能夠給予教師更多的素材，從而培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神，教會學(xué)生合理自學(xué)，讓學(xué)生帶著興趣探究。第二，跨學(xué)科能力培養(yǎng)。結(jié)合智能機(jī)器人具有的多門技術(shù)、多功能組件、多應(yīng)用領(lǐng)域的特點(diǎn)，積極對接STEAM教學(xué)法，形成跨學(xué)科教學(xué)方案，能夠讓學(xué)生形成靈活思維，利用多元知識解決常見生活問題。第三，創(chuàng)新意識培養(yǎng)。創(chuàng)新意識是國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展、技術(shù)更新的根本動力。學(xué)生創(chuàng)新意識的培養(yǎng)需要借助他們感興趣的事物，才能四兩撥千斤。智能機(jī)器人對未成年的孩子具有很強(qiáng)的吸引力，利用這一點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識，再恰當(dāng)不過。從STEAM角度來分析，主要有以下課程目標(biāo)（見表1）。

三、項目實(shí)施

1.準(zhǔn)備階段

第一，為了讓學(xué)生能夠?qū)χ悄軝C(jī)器人有更大的研究興趣，特別購進(jìn)了一臺智能機(jī)器人，該機(jī)器人涉及交流、動作（變形、避讓障礙物）、溫濕度探測等方面的功能。第二，通過互聯(lián)網(wǎng)下載了大量與智能機(jī)器人有關(guān)的文章，以功能、技術(shù)、應(yīng)用領(lǐng)域等為類別分別保存，于授課中作為素材。根據(jù)教學(xué)目標(biāo)，將“走進(jìn)智能機(jī)器人”分解為10課時，每課時40分鐘，每周兩節(jié)，歷時五周。第三，教學(xué)環(huán)境。充分開放WIFI，讓學(xué)生在課堂上隨時通過互聯(lián)網(wǎng)獲得與智能機(jī)器人有關(guān)的各類數(shù)據(jù)和信息。第四，教學(xué)工具。一臺智能機(jī)器人、計算機(jī)、智能手機(jī)、智能機(jī)器人說明書以及內(nèi)部模塊、電路圖等。

2.實(shí)施階段

第一，鼓勵學(xué)生用思維導(dǎo)圖梳理智能機(jī)器人的模塊構(gòu)造、功能特點(diǎn)、技術(shù)種類、應(yīng)用領(lǐng)域等關(guān)系，進(jìn)而能夠全面深入了解智能機(jī)器人。第二，教學(xué)方式：小組項目學(xué)習(xí)法、STEAM教學(xué)法。第三，項目推進(jìn)：（1）破冰。為了吸引學(xué)生對智能機(jī)器人的興趣，教師需要現(xiàn)場控制機(jī)器人，和機(jī)器人溝通交流，讓機(jī)器人表演，并對現(xiàn)場溫度、濕度予以測試。學(xué)生們看到可愛的智能機(jī)器人，被它的表演所吸引。教師在適當(dāng)時機(jī)拋出問題：“機(jī)器人為什么可以聽得懂我們的指令？它是怎么跳舞的？又是如何避開障礙物以及測試空氣溫度和濕度的呢？大家想不想看看它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，找找原因？”教師這樣的問題立刻引起了學(xué)生的共鳴，學(xué)生紛紛表示贊成。（2）任務(wù)說明和學(xué)習(xí)規(guī)劃。將學(xué)習(xí)任務(wù)主要分解為：智能機(jī)器人內(nèi)部構(gòu)造、智能機(jī)器人有關(guān)技術(shù)學(xué)習(xí)、智能機(jī)器人功能模塊設(shè)計、智能機(jī)器人外形設(shè)計、智能機(jī)器人有關(guān)數(shù)學(xué)問題學(xué)習(xí)五個部分，呼應(yīng)了STEAM的科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)和數(shù)學(xué)五個維度。（3）實(shí)踐操作。首先，在教師的引導(dǎo)下，結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)有關(guān)智能機(jī)器人的內(nèi)部構(gòu)造講解來認(rèn)識智能機(jī)器人具體的組成，包括驅(qū)動系統(tǒng)、傳動機(jī)構(gòu)、旋轉(zhuǎn)傳動機(jī)構(gòu)、傳感系統(tǒng)、位置監(jiān)測系統(tǒng)、交互系統(tǒng)等，并明確每個構(gòu)成部分的功能。其次，認(rèn)真學(xué)習(xí)智能機(jī)器人的傳感技術(shù)、定位技術(shù)、路徑規(guī)劃、智能控制等技術(shù)，了解智能機(jī)器人能夠行走、規(guī)避障礙、和人交流、能夠檢測室溫以及濕度的根本原因。學(xué)生利用思維導(dǎo)圖梳理智能機(jī)器人構(gòu)造、技術(shù)、功能、應(yīng)用領(lǐng)域等知識，對智能機(jī)器人形成全面認(rèn)知。再次，結(jié)合所學(xué)內(nèi)容發(fā)揮想象增加機(jī)器人功能以及對機(jī)器人外觀進(jìn)行設(shè)計。這樣的實(shí)踐流程，達(dá)成了學(xué)生科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)、數(shù)學(xué)的有效融合，讓學(xué)生形成更開闊的學(xué)習(xí)思維和良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣。

3.教學(xué)及學(xué)習(xí)總結(jié)

為了保證學(xué)生的自我評價、生生互評、師生互評能夠有具體內(nèi)容，學(xué)生要在學(xué)習(xí)過程中動態(tài)記錄自己的問題，利用數(shù)據(jù)以及文字去佐證自己的成功之處，并評價他人的可取之處以及不當(dāng)之處。教師要全程從教育角度總結(jié)經(jīng)驗(yàn)。鑒于這一次教學(xué)活動每周兩次，需要?dú)v時五周，每次課程結(jié)束后都需要進(jìn)行必要的總結(jié)。這樣，學(xué)生才能清晰自己所學(xué)的內(nèi)容，教師才能動態(tài)解決課堂問題，保證下一堂課的效率得到提升。

四、“走進(jìn)智能機(jī)器人”教學(xué)效果分析

“走進(jìn)智能機(jī)器人”活動歷時五周，學(xué)生完成了所有內(nèi)容的學(xué)習(xí)。學(xué)生從來沒有這樣學(xué)習(xí)過，對課堂活動感到記憶猶新，對科學(xué)的興趣得到了明顯的提升。第一，通過歷時五周的學(xué)習(xí)，能夠非常清楚地介紹智能機(jī)器人的構(gòu)造、功能、技術(shù)以及三者間關(guān)系的學(xué)生達(dá)85%，和最初學(xué)情分析所得數(shù)據(jù)相比，提升了76%。當(dāng)時全班只有幾名學(xué)生初步了解智能機(jī)器人的一些構(gòu)造以及涉及的一些技術(shù)，尚不能完全解析構(gòu)造、技術(shù)、功能彼此間的關(guān)系。第二，學(xué)生利用互聯(lián)網(wǎng)自主學(xué)習(xí)的能力得到改善，對關(guān)鍵詞等利用水平提高，能夠快速鎖定所需信息，能夠有效地整合視頻、文字、音頻等資料為自己的學(xué)習(xí)提供便利。第三，在色彩、造型、功能設(shè)計上有所突破，這也證明大部分學(xué)生擺脫了傳統(tǒng)思維限制，敢于提出大膽的想法，也有學(xué)生提出了大膽的科學(xué)假設(shè)。第四，在STEAM學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生學(xué)會了分工合作以及交流溝通，小組合作學(xué)習(xí)時能夠配合教師設(shè)定學(xué)習(xí)目標(biāo)，有效分配任務(wù)，并準(zhǔn)備學(xué)習(xí)工具，保證小組學(xué)習(xí)得到推進(jìn)。

五、“走進(jìn)智能機(jī)器人”STEAM教學(xué)反思

這堂課主要是借助智能機(jī)器人，憑借其具有的功能、技術(shù)等吸引學(xué)生，并通過拆解、在線學(xué)習(xí)等方式使學(xué)生了解智能機(jī)器人內(nèi)部組件以及組件彼此關(guān)系，掌握信息技術(shù)是智能機(jī)器人的神經(jīng)系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)驅(qū)動系統(tǒng)、傳動機(jī)構(gòu)、旋轉(zhuǎn)傳動機(jī)構(gòu)、傳感系統(tǒng)、位置監(jiān)測系統(tǒng)、交互系統(tǒng)的彼此鏈接，讓機(jī)器人有非常靈活的“思維”?？傮w而言，達(dá)成了STEAM教學(xué)所要達(dá)成的跨學(xué)科教學(xué)目標(biāo)，然而仍然存在以下問題。

1.沒有充分預(yù)估學(xué)生的理解力

學(xué)生在智能機(jī)器人有關(guān)技術(shù)學(xué)習(xí)中遇到了諸多難點(diǎn)。第一，大量的專業(yè)術(shù)語提高了學(xué)生的理解難度。例如，傳感技術(shù)等具有非常明顯的抽象性，僅以所收集資料解釋傳感技術(shù)難度較高。其中涉及了一些術(shù)語，只有不斷地解決這些術(shù)語，讓它們轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)生可以聽得懂的內(nèi)容，才能確保課程質(zhì)量得到提升，為此教師耗費(fèi)了大量的時間，分別于網(wǎng)絡(luò)、圖書館、本地大學(xué)等渠道將傳感器、分辨力、靈敏度、漂移、階躍響應(yīng)等術(shù)語一一轉(zhuǎn)變。第二，對教師意圖的理解能力不足。STEAM教學(xué)需要教師全面掌握和平衡，才能充分結(jié)合科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)、數(shù)學(xué)，讓每一堂課都成為良好的跨界學(xué)習(xí)環(huán)境。在操作過程中，教師的表達(dá)和學(xué)生的理解存在一定的偏差。這是源于每一堂課之前，教師沒有做好課前安排，微課沒有融入進(jìn)來，使得學(xué)生的學(xué)習(xí)目標(biāo)不清晰。

2.在線學(xué)習(xí)受不良網(wǎng)頁內(nèi)容影響嚴(yán)重

除了教師預(yù)先準(zhǔn)備的一些素材之外，還需要學(xué)生以“提升學(xué)生信息素養(yǎng)”為目標(biāo)的自我學(xué)習(xí)素材整合，要通過互聯(lián)網(wǎng)自行去尋找材料。此時，網(wǎng)絡(luò)上存在過多的游戲廣告等，分散了學(xué)生的注意力，甚至擾亂了課堂，需要教師介入引導(dǎo)。

3.課程素材收集難度很高

網(wǎng)絡(luò)上關(guān)于智能機(jī)器人的各類介紹比較分散，大部分文字內(nèi)容對于學(xué)生來說理解有一定難度。視頻內(nèi)容集中于廣告，少有內(nèi)部結(jié)構(gòu)視頻，最終還是與采購的智能機(jī)器人賣家溝通獲得了內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及技術(shù)機(jī)理方面的視頻內(nèi)容，但對學(xué)生而言內(nèi)容仍然具有一定的難度。

4.急需要同一地區(qū)不同學(xué)校實(shí)現(xiàn)合作

從這次教學(xué)經(jīng)歷可以直接感受到區(qū)域性教學(xué)機(jī)構(gòu)合作的必要性，因?yàn)橐凰鶎W(xué)校的資源有限，不管是師資、教學(xué)硬件、教學(xué)軟件都不可能達(dá)到比較高的水平。若是幾個小學(xué)合作，能實(shí)現(xiàn)師資交流、師資組合以及一些資源的共享，不僅可以促進(jìn)彼此教師水平提升，也會讓學(xué)生交流對象增多，形成更好的學(xué)習(xí)方案。

六、結(jié)語

總之，將項目教學(xué)法和STEAM教學(xué)法融合，以學(xué)生感興趣的智能機(jī)器人為研究對象，能夠有效地促進(jìn)學(xué)生主動參與到探究、交流、總結(jié)等環(huán)節(jié)中，讓學(xué)生在科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)、數(shù)學(xué)五個維度都有突破。這樣的課程設(shè)計給予了學(xué)生跨學(xué)科學(xué)習(xí)的機(jī)會，使他們能夠靈活運(yùn)用各學(xué)科知識認(rèn)知世界、發(fā)揮想象力，提高他們的創(chuàng)新能力。

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Research on the Practice of Primary School Science STEAM Curriculum and the Cultivation of Students Innovative Ability Based on Project Learning

Hong Xiaoling

（Xinyuan Primary School， Jimei District， Xiamen 361000， China）

Abstract： Science has interdisciplinary characteristics， including material science， life science， earth and universe science， technology and engineering and other related contents. It is basic， practical and comprehensive. Integrating STEAM teaching method into science teaching can cultivate students from the dimensions of science， technology， engineering， art and mathematics through the learning content of science courses， and enable students to flexibly use scientific knowledge to explain life phenomena， overcome life problems and form their own unique methods to solve problems. Combined with the scientific teaching content and teaching effect， this paper studies the STEAM curriculum practice and the cultivation of students innovative ability.

Key words： scienceteaching；projectlearning； STEAM；curriculumpractice；innovation ability