基于STEAM理論的智慧課堂教學(xué)模式研究與設(shè)計(jì)

田蜜 楊德剛

摘 要：智慧課堂教學(xué)是順應(yīng)教育信息化的熱點(diǎn)產(chǎn)物，也是智慧教育落實(shí)到課堂的有力依據(jù)，對未來智慧教育融入校園十分有意義。STEAM理論強(qiáng)調(diào)的跨學(xué)科思維，為未來智慧課堂發(fā)展提供了新方向。本研究從分析STEAM理念與智慧課堂的內(nèi)在聯(lián)系出發(fā)，通過查閱文獻(xiàn)以及結(jié)合調(diào)研，分析了基于STEAM理論的智慧課堂教學(xué)現(xiàn)狀。最后，從情境與問題、探究與數(shù)學(xué)、工程與制作、創(chuàng)意與擴(kuò)展以及評價(jià)與反思五個(gè)環(huán)節(jié)構(gòu)建出基于STEAM理論的智慧課堂教學(xué)模式，并針對七年級信息技術(shù)3D打印內(nèi)容“制作水杯”進(jìn)行了教學(xué)設(shè)計(jì)，旨在教學(xué)過程中有機(jī)融合STEAM理論與智慧課堂技術(shù)，最終提高智慧課堂教學(xué)效率。

關(guān)鍵詞：智慧課堂；STEAM教育；教學(xué)模式；人工智能

中圖分類號：G4文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：2096-0069（2023）02-0078-07

一、問題提出

智慧課堂是在“互聯(lián)網(wǎng)+”背景下，將技術(shù)與教育相融合且對教育教學(xué)有著理念創(chuàng)新、實(shí)踐革命的智能新產(chǎn)物。2019年2月，中共中央、國務(wù)院發(fā)布了《中國教育現(xiàn)代化2035》，為我國教育信息化的未來發(fā)展方向提出了新指標(biāo)與新方案?！吨袊逃F(xiàn)代化2035》提出要加速智慧化校園的發(fā)展，而智慧課堂就是建設(shè)智慧校園的典型成果，其在教學(xué)中的應(yīng)用越來越受到關(guān)注。

STEAM理論指將科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)和數(shù)學(xué)多個(gè)學(xué)科知識有機(jī)結(jié)合和運(yùn)用的跨學(xué)科實(shí)踐理論[1]。在教育部頒布的《教育信息化“十三五”規(guī)劃》中，鼓勵采取跨學(xué)科教育、創(chuàng)客教育等新型創(chuàng)新實(shí)踐的教學(xué)模式。為了培養(yǎng)能夠適應(yīng)現(xiàn)代化信息社會的人才，需要總體提升學(xué)生的跨學(xué)科綜合能力和創(chuàng)新能力。

智慧課堂和STEAM理論分別在教育界得到了初步應(yīng)用，但目前也出現(xiàn)了一些需要改進(jìn)的地方。學(xué)者大多從單一的角度來分析智慧課堂或者 STEAM 教育存在的問題，對于兩者的結(jié)合的研究極少，處于初級階段。

因此，本研究將STEAM核心理論引入到智慧課堂教學(xué)中，以期為后續(xù)STEAM理論與智慧課堂的深度融合貢獻(xiàn)一份力量。

二、STEAM理論與智慧課堂的內(nèi)在耦合性

（一）STEAM理論的核心概念

以學(xué)科整合為特點(diǎn)的STEAM理論是面向未來復(fù)合型人才培養(yǎng)的創(chuàng)客教育范式[3]。它強(qiáng)調(diào)真實(shí)場景的建構(gòu)，教師通常拋出實(shí)際的問題，并設(shè)計(jì)靈活的項(xiàng)目式探究過程以及采用多學(xué)科的思維方式來引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行有計(jì)劃、有目的的學(xué)習(xí)。STEAM教學(xué)理念倡導(dǎo)跨學(xué)科知識、綜合性知識以及強(qiáng)調(diào)培養(yǎng)學(xué)生動手操作能力，順應(yīng)了時(shí)代的發(fā)展需要，與當(dāng)今社會倡導(dǎo)核心素養(yǎng)的知識觀、人才觀和創(chuàng)新觀高度契合。

（二）智慧課堂的核心概念

智慧課堂是智慧教育將技術(shù)與教育結(jié)合的焦點(diǎn)轉(zhuǎn)移到教師的“教”和學(xué)生的“學(xué)”的過程中的必然產(chǎn)物，也是智慧教育的核心。它可以通過“云—臺—端”的技術(shù)支撐，實(shí)現(xiàn)信息技術(shù)與教學(xué)課堂有機(jī)融合，構(gòu)建智能、高效、個(gè)性化的課堂，且全程跟蹤記錄學(xué)習(xí)過程，以此來促進(jìn)學(xué)生智慧成長。智慧課堂教學(xué)的靈活性、及時(shí)性和交互性等特點(diǎn)，可以使教學(xué)資源充分融入教學(xué)情境。

（三）兩者的內(nèi)在耦合性分析

隨著新興產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)生與發(fā)展，新興技術(shù)對教育行業(yè)的影響是不可忽視的，其特點(diǎn)從一定程度上推動了教育的改革。但是在教學(xué)過程中，新生技術(shù)的使用是要與教育教學(xué)不斷磨合、改進(jìn)的。智慧課堂基于數(shù)據(jù)分析的教學(xué)課堂可以對學(xué)生的學(xué)習(xí)情況精準(zhǔn)了解、學(xué)習(xí)興趣個(gè)性把握、學(xué)習(xí)趨勢準(zhǔn)確判斷。相對于傳統(tǒng)課堂，智慧課堂更加順應(yīng)了素質(zhì)教育的要求。STEAM理論的核心包括的STEAM素養(yǎng)、問題解決能力和創(chuàng)造性思維培養(yǎng)[4]，對學(xué)生在未來的智慧發(fā)展、價(jià)值取向、思維培養(yǎng)方面有著積極作用，這也與當(dāng)今所推崇的素質(zhì)教育理念相一致。將STEAM理論應(yīng)用于智慧課堂中，從一定程度上講，就是把科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)、數(shù)學(xué)等跨學(xué)科知識有機(jī)結(jié)合到智慧課堂的課前、課中、課后的各個(gè)環(huán)節(jié)中，對培養(yǎng)學(xué)生的主動性、積極性和綜合性有著積極的作用。雖說現(xiàn)在一部分學(xué)校已經(jīng)開展了智慧課堂，但是在課堂體驗(yàn)、課程環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)上依然存在較大的提升空間，因此將STEAM理論融入智慧課堂教學(xué)的普遍應(yīng)用是值得研究的，未來這樣的教學(xué)方式必將是大勢所趨。

三、基于STEAM理論的智慧課堂教學(xué)現(xiàn)狀調(diào)研設(shè)計(jì)與實(shí)施

（一）調(diào)研方法、調(diào)研內(nèi)容與調(diào)研過程

為切實(shí)了解中學(xué)生對目前智慧課堂的學(xué)習(xí)感想，以及基于STEAM理論的智慧課堂開展情況，發(fā)現(xiàn)教學(xué)中的問題，為后續(xù)開展基于STEAM理論的智慧課堂教學(xué)提供數(shù)據(jù)支撐，本課題進(jìn)行了基于STEAM理論的智慧課堂教學(xué)現(xiàn)狀調(diào)研設(shè)計(jì)，主要是針對已經(jīng)參與智慧課堂教學(xué)實(shí)踐的學(xué)生進(jìn)行調(diào)查。本次研究隨機(jī)抽選了某區(qū)A中學(xué)七、八、九3個(gè)年級的學(xué)生，共207名。據(jù)了解，該中學(xué)七年級、八年級的教學(xué)方式為智慧課堂教學(xué)，九年級曾進(jìn)行過智慧課堂教學(xué)，因?yàn)樯龑W(xué)壓力而轉(zhuǎn)換成傳統(tǒng)授課方式，但不影響調(diào)研。問卷設(shè)置了基本信息情況、智慧課堂參與情況、智慧課堂學(xué)習(xí)態(tài)度、智慧課堂學(xué)習(xí)興趣、智慧課堂開展協(xié)作學(xué)習(xí)情況、智慧課堂跨學(xué)科學(xué)習(xí)情況等共13道檢測題，通過問卷星進(jìn)行問卷分發(fā)，發(fā)放問卷207份，回收207份，回收率為100%。剔除2份無效問卷后，問卷有效率為99%。

（二）調(diào)查結(jié)果與內(nèi)容分析

通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，70%的七年級學(xué)生對智慧課堂教學(xué)形式是喜歡的，但較少開展小組協(xié)作學(xué)習(xí)和跨學(xué)科的動手操作學(xué)習(xí)。八年級、九年級學(xué)生只有大約40%對智慧課堂的學(xué)習(xí)表示喜歡，對智慧課堂的學(xué)習(xí)興趣遠(yuǎn)不如七年級學(xué)生。結(jié)合現(xiàn)場訪談可知，七年級學(xué)生對這種新型上課方式是有好奇心和新鮮感的，學(xué)習(xí)適應(yīng)能力很強(qiáng)。但隨著學(xué)習(xí)壓力的增強(qiáng)和教學(xué)模式的固定，使得學(xué)生對智慧課堂的學(xué)習(xí)產(chǎn)生了畏懼與沮喪情緒，降低了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。

智慧課堂的研究理論和實(shí)踐探索要與時(shí)俱進(jìn)。據(jù)調(diào)研，目前，智慧課堂慢慢出現(xiàn)了一些需要改進(jìn)的地方。一方面智慧課堂教學(xué)實(shí)施過程中存在一些形式化問題，一定程度上忽略了學(xué)生內(nèi)心變化和學(xué)生智慧能力的習(xí)得。另一方面，評價(jià)過程相對依賴數(shù)據(jù)。

四、基于STEAM理論的智慧課堂教學(xué)模式建構(gòu)

（一）要素分析

為充分發(fā)揮STEAM理論下智慧課堂教學(xué)模式的效果，設(shè)計(jì)出符合學(xué)生認(rèn)知規(guī)律的跨學(xué)科性智慧課堂教學(xué)流程，體現(xiàn)該模式的最大價(jià)值，本研究對該模式的核心元素以及各個(gè)要素之間的關(guān)系進(jìn)行了梳理。先進(jìn)技術(shù)，例如智能技術(shù)、信息化平臺、智慧教育方法等，可以促進(jìn)學(xué)生智慧學(xué)習(xí)。學(xué)者方海光等人[5]提到基于平板的課堂教學(xué)包括教師、學(xué)生、技術(shù)支撐以及教材。數(shù)字化學(xué)習(xí)環(huán)境為教師提供了豐富的教學(xué)媒體工具，便于教師合理優(yōu)化教學(xué)過程。對于學(xué)生而言，數(shù)字化學(xué)習(xí)環(huán)境將傳統(tǒng)的課本知識拓展成網(wǎng)絡(luò)化資源，便于學(xué)生隨時(shí)獲取，實(shí)現(xiàn)了學(xué)生個(gè)性化學(xué)習(xí)。數(shù)字化平臺將教師、學(xué)生、教學(xué)活動和教學(xué)資源緊緊聯(lián)系在一起。因此，基于STEAM理論的智慧課堂教學(xué)模式關(guān)鍵是要從跨學(xué)科教學(xué)活動、數(shù)字化環(huán)境支撐、教學(xué)主體三方面出發(fā)，聚焦學(xué)生智慧發(fā)展。

（二）設(shè)計(jì)原則

以STEAM理論為基礎(chǔ)的智慧課堂構(gòu)建遵循跨學(xué)科理念、任務(wù)驅(qū)動、協(xié)作學(xué)習(xí)和技術(shù)支撐四項(xiàng)原則。

1.堅(jiān)持注重融入跨學(xué)科理念原則，重塑教學(xué)流程

以STEAM跨學(xué)科理念重塑智慧課堂教學(xué)流程，課前設(shè)計(jì)體現(xiàn)STEAM理念、課中組織運(yùn)用STEAM理念、課后反饋擴(kuò)展依靠STEAM理念。在課前，教師選擇接近生活的教學(xué)情境，促使學(xué)生從不同渠道收集資料，學(xué)會舉一反三，提出不同的問題思考方向。教學(xué)認(rèn)知方向從學(xué)校延伸到社會，由單一學(xué)科知識延伸到多個(gè)學(xué)科知識綜合使用。在課中，通過數(shù)字化平臺和交互式白板等多種媒體，給學(xué)生提供多種學(xué)習(xí)資料、視頻，重現(xiàn)不同的教學(xué)場景，讓學(xué)生了解不同方面的知識，培養(yǎng)學(xué)生對課程中問題的多維分析能力、表達(dá)能力及思考能力，培養(yǎng)學(xué)生不同方面的才能。在課后，督促學(xué)生進(jìn)行自我反思，養(yǎng)成批判思維，對自己沒掌握的知識進(jìn)行互查和復(fù)查；提倡學(xué)生參與課外延伸實(shí)踐活動，學(xué)會整合學(xué)科知識并學(xué)以致用。

2.堅(jiān)持注重任務(wù)驅(qū)動原則，激發(fā)學(xué)生興趣

基于STEAM跨學(xué)科理念的智慧課堂注重以解決問題為指引，通過對問題的分析與思考，收集不同渠道的資料，從不同方面尋找解決方案?；诳鐚W(xué)科理念的智慧課堂注重培養(yǎng)學(xué)生問題解決能力，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，利用網(wǎng)絡(luò)平臺和STEAM跨學(xué)科思維，促使學(xué)生在利用整合學(xué)科知識解決問題的過程中主動構(gòu)建知識，在探究性學(xué)習(xí)過程中將知識慢慢固化，且注重實(shí)踐活動的開展，針對學(xué)習(xí)者設(shè)置模糊的一個(gè)或多個(gè)類型的動手活動，學(xué)生可以通過探索，學(xué)習(xí)到不同的解決問題的方法，從不同角度思考問題、解決問題，使學(xué)生更樂意沉浸于學(xué)習(xí)，激發(fā)其學(xué)習(xí)熱情。

3.堅(jiān)持注重協(xié)作學(xué)習(xí)原則，促進(jìn)分享交流

基于STEAM跨學(xué)科理念的智慧課堂注重協(xié)作學(xué)習(xí)原則，采用同質(zhì)分組、異質(zhì)分類的原則，使小組成員發(fā)揮各自所長，小組成員優(yōu)勢互補(bǔ)，將組間力量發(fā)揮到最大程度。各小組可以互相交流學(xué)習(xí)，各抒己見，通過小組成員的相互協(xié)作以及各組之間激烈競爭，使學(xué)生樹立正確的競爭意識，在競爭中成長。

4.堅(jiān)持注重突出技術(shù)支撐原則，提供智能服務(wù)

基于STEAM跨學(xué)科理念的智慧課堂注重突出技術(shù)支撐原則，充分利用智慧化環(huán)境。智慧課堂以利用信息技術(shù)賦能教學(xué)為指引，利用新一代的信息技術(shù)，將課堂打造成智慧化學(xué)習(xí)環(huán)境；利用大數(shù)據(jù)與人工智能技術(shù)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)呈現(xiàn)，精準(zhǔn)掌握學(xué)生學(xué)情，將基于教師經(jīng)驗(yàn)的傳統(tǒng)人工判斷轉(zhuǎn)變?yōu)榛跀?shù)據(jù)的精準(zhǔn)識別。動態(tài)跟蹤學(xué)生數(shù)據(jù)，更有利于教師教學(xué)決策合理化、科學(xué)化。

（三）設(shè)計(jì)呈現(xiàn)

以STEAM理論為基礎(chǔ)的智慧課堂教學(xué)模式設(shè)計(jì)的關(guān)鍵要素主要包括了跨學(xué)科教學(xué)活動、技術(shù)支撐、教學(xué)主體、學(xué)生學(xué)習(xí)路徑等，設(shè)計(jì)原則包括以STEAM理論重塑智慧課堂、以問題解決為指引、注重小組合作、體現(xiàn)技術(shù)支撐。教學(xué)模式設(shè)計(jì)決定了學(xué)生教學(xué)活動的設(shè)計(jì)，同時(shí)也決定了學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。基于STEAM理論的智慧課堂教學(xué)模式設(shè)計(jì)如圖1所示。該模式以劉邦奇教授的智慧課堂三段式與李克東教授的跨學(xué)科STEAM教學(xué)活動5EX式為構(gòu)建依據(jù)[6]，從跨學(xué)科活動設(shè)計(jì)入手，旨在培養(yǎng)學(xué)生智慧環(huán)境中的跨學(xué)科思維、問題動手解決能力等綜合素養(yǎng)。在此基礎(chǔ)上，以智慧環(huán)境支撐教學(xué)方式為基礎(chǔ)，與教學(xué)主體、跨學(xué)科教學(xué)活動相互有機(jī)連接，形成一個(gè)以學(xué)生為主體、以教師為主導(dǎo)的多元交互的智慧教育環(huán)境。

在厘清教學(xué)主體與整個(gè)教學(xué)邏輯的基礎(chǔ)上，本研究設(shè)計(jì)了基于STEAM理論的智慧課堂實(shí)踐活動。該實(shí)踐活動分為3個(gè)階段，分別對應(yīng)了不同的教學(xué)活動與教學(xué)目標(biāo)：課前的情景與問題，課中的探究與教學(xué)、工程與制作、擴(kuò)展與創(chuàng)意，課后評價(jià)與反思。旨在以問題為導(dǎo)向，設(shè)定接近真實(shí)的情境，在探究中用跨學(xué)科思維與工程學(xué)的實(shí)驗(yàn)方法，通過多個(gè)環(huán)節(jié)環(huán)環(huán)相扣來完成并創(chuàng)新教學(xué)任務(wù)成果。最后，在課后評價(jià)體現(xiàn)STEAM的多維性。同時(shí)，從技術(shù)賦能跨學(xué)科教學(xué)活動方面，分為具體的跨學(xué)科教學(xué)活動以及相應(yīng)的學(xué)習(xí)路徑和技術(shù)支撐，將技術(shù)與STEAM教育理念融會貫通教學(xué)全過程。

課前作為教學(xué)過程準(zhǔn)備階段，主要是對學(xué)生學(xué)情進(jìn)行智能診斷，教師在了解學(xué)生學(xué)情的情況下，鼓勵學(xué)生提出疑問，為后續(xù)的教學(xué)目標(biāo)做好鋪墊。與傳統(tǒng)的智慧課堂教學(xué)形式不同，在基于STEAM的智慧課堂上，教師利用智慧課堂大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，可以創(chuàng)設(shè)一個(gè)能夠引起學(xué)生興趣且與生活相關(guān)的跨學(xué)科場景，激發(fā)學(xué)生的聯(lián)想、創(chuàng)新、創(chuàng)造精神。提出問題的過程是思考和創(chuàng)新的過程。學(xué)生根據(jù)自身需要，通過網(wǎng)絡(luò)搜索各種資料，或是通過終端下載教師在平臺上上傳的資料，最后綜合各個(gè)角度的思考，運(yùn)用多方面知識，在教師的引導(dǎo)下，提出關(guān)于該項(xiàng)學(xué)習(xí)的問題并思考。這一階段也是在培養(yǎng)學(xué)生的資料收集能力與思考判斷能力，流程步驟如圖2所示。

課中是培養(yǎng)學(xué)生跨學(xué)科思維和綜合能力的關(guān)鍵，側(cè)重于對學(xué)生理論與實(shí)踐的結(jié)合，即動手實(shí)踐能力的鍛煉。在此環(huán)節(jié)，首先，在進(jìn)行探究與教學(xué)階段，學(xué)生可以通過選擇教師在平臺上推送的各種類型的資料，例如，微課視頻、文本文檔、思維導(dǎo)圖等進(jìn)行問題探究學(xué)習(xí)。對問題的思考視角由狹隘變?yōu)楦鼜V泛和更復(fù)雜的理解。教師引導(dǎo)學(xué)生利用各種工具對問題做出假設(shè)，用科學(xué)的方法對問題解決的指標(biāo)進(jìn)行量化，用數(shù)學(xué)邏輯思維分析最終預(yù)設(shè)數(shù)據(jù)。在這個(gè)過程中，學(xué)生需要觀察、理解、運(yùn)用數(shù)學(xué)數(shù)據(jù)來度量最后完成成果的可行性和成功率。其次，工程與制作階段是檢驗(yàn)學(xué)生預(yù)設(shè)實(shí)驗(yàn)的可行性的關(guān)鍵，學(xué)生利用工程思維方法來明確任務(wù)、分析任務(wù)，并進(jìn)行方案設(shè)定與組員分工布置。由于教師設(shè)置的是模糊的任務(wù)，小組可以經(jīng)過討論和決策后，設(shè)置屬于自己小組的個(gè)性化活動，在活動過程中注重資源分享與疑問討論。教師對不同小組給予不同指導(dǎo)，引導(dǎo)學(xué)生采用合適的工具與創(chuàng)作方法，展現(xiàn)學(xué)生的工具使用能力與創(chuàng)新能力。再次，通過平臺將小組完成的初步成果進(jìn)行展示，學(xué)生分工匯報(bào)，由其他組提出問題后，進(jìn)行小組總結(jié)。在此過程中，充分鍛煉學(xué)生信息處理能力、溝通社交能力以及工具使用能力、語言組織能力與表達(dá)能力。最后，在擴(kuò)展與創(chuàng)意階段，通過學(xué)生互評與教師點(diǎn)評，教師進(jìn)行更高階任務(wù)的布置，并針對不同小組進(jìn)行個(gè)性化答疑，鞏固知識。各小組進(jìn)行知識擴(kuò)展、學(xué)習(xí)反思，并進(jìn)行創(chuàng)意嘗試，最后形成創(chuàng)意任務(wù)結(jié)果，并通過平臺呈現(xiàn)。課中流程步驟如圖3所示。

在課后與教學(xué)活動中，利用平臺進(jìn)行練習(xí)反饋，以及利用智慧課堂線上記錄學(xué)習(xí)軌跡，例如答題情況、參與討論情況、答疑情況及最后小組作業(yè)展示情況。并對線下小組中的個(gè)人貢獻(xiàn)、小組合作表現(xiàn)等進(jìn)行量表考評，充分將診斷性評價(jià)、過程性評價(jià)及結(jié)果性評價(jià)相結(jié)合，線上與線下評價(jià)相結(jié)合，教師評價(jià)與學(xué)生評價(jià)相結(jié)合。具體的評價(jià)與反思流程如圖4所示。

五、基于STEAM理論的智慧課堂教學(xué)設(shè)計(jì)

融入了STEAM理論的智慧課堂教學(xué)設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)智慧課堂的不同之處在于，其在課前、課中及課后充分融合了跨學(xué)科思維與智慧課堂技術(shù)支持，并利用同質(zhì)分層、異質(zhì)分組的分組原則進(jìn)行小組項(xiàng)目式實(shí)踐，以真實(shí)的問題為驅(qū)動，讓學(xué)生可以在動手操作中解決現(xiàn)實(shí)問題，從而潛移默化地實(shí)現(xiàn)學(xué)生知識深度構(gòu)建。

（一）教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)目標(biāo)設(shè)計(jì)

本研究針對重慶大學(xué)出版社出版的七年級《信息技術(shù)》下冊第三章“3D打印”中的“制作水杯”課程內(nèi)容進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)，以在真實(shí)情境中解決生活中的問題作為切入點(diǎn)，引導(dǎo)學(xué)生利用多個(gè)渠道進(jìn)行信息搜集，充分考慮到多種情況，進(jìn)行項(xiàng)目設(shè)計(jì)和邏輯判斷。同時(shí)，發(fā)揮小組合作精神和項(xiàng)目式探究學(xué)習(xí)優(yōu)勢，引導(dǎo)學(xué)生將跨學(xué)科知識利用到3D打印制作環(huán)節(jié)中，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維與創(chuàng)新創(chuàng)造能力。該部分的內(nèi)容是初中信息技術(shù)重點(diǎn)內(nèi)容，是前段理論知識的延伸和擴(kuò)展，如何使用3D設(shè)計(jì)軟件繪制和編輯出三維立體模型是這部分的重點(diǎn)和難點(diǎn)。

（二）教學(xué)對象分析

教學(xué)對象是七年級下學(xué)期的學(xué)生，這個(gè)階段的學(xué)生可以合理有效地使用網(wǎng)絡(luò)工具和資源，對3D打印技術(shù)知識有初步了解且充滿好奇心，但課堂中的動手實(shí)踐機(jī)會較少，對新型有吸引力的教學(xué)方式有一定的需求。

（三）教學(xué)過程設(shè)計(jì)

1.情境與問題

在課前，利用智慧課堂平臺給學(xué)生推送3D打印技術(shù)概念、原理、運(yùn)用領(lǐng)域、設(shè)計(jì)方法等基礎(chǔ)問題，根據(jù)學(xué)生作答情況及時(shí)對學(xué)生學(xué)情進(jìn)行把握。根據(jù)學(xué)生學(xué)情設(shè)計(jì)出一個(gè)真實(shí)的跨學(xué)科場景，在平臺播放制作水杯獻(xiàn)愛心視頻，明確本節(jié)課目標(biāo)。引導(dǎo)學(xué)生先通過平臺發(fā)放的微課學(xué)習(xí)資料，以及從網(wǎng)絡(luò)上查找的其他各種資料，綜合考慮水杯外觀、尺寸大小、建模方法等體現(xiàn)藝術(shù)、數(shù)學(xué)、技術(shù)等思維的跨學(xué)科角度，設(shè)計(jì)意圖在于激發(fā)學(xué)生創(chuàng)造欲與動手實(shí)踐動力。通過初設(shè)水杯的步驟及方法，也讓學(xué)生思考并提出本次課程的問題，通過同學(xué)互助、教師引導(dǎo)展開本次課程。

2.探究與教學(xué)

在課中，學(xué)生通過選擇線上視頻以及利用平臺提問等功能進(jìn)行自主探究學(xué)習(xí)，對初設(shè)的水杯的形狀、實(shí)施難度、設(shè)計(jì)含義等多方面進(jìn)行考量。對水杯模型問題采用量化的方式，利用數(shù)學(xué)邏輯思維確定作品的外觀尺寸、圖形參數(shù)以及最后作品成功率等。設(shè)計(jì)意圖在于讓學(xué)生培養(yǎng)邏輯思維能力、獨(dú)立思考能力，為后面學(xué)生學(xué)習(xí)過程的針對性、計(jì)劃性做出合理安排和鋪墊。

3.工程與制作

在初步對制作水杯進(jìn)行規(guī)劃后，利用同質(zhì)分層，異質(zhì)分組的原則分成不同的小組。通過小組任務(wù)分析及不同意見綜合，確定最佳實(shí)現(xiàn)方案。利用工程思維將制作大任務(wù)分為一個(gè)個(gè)小任務(wù)，最終以小組合理分工合作的方式完成制作。在此小組學(xué)習(xí)過程中，若學(xué)生對3D one設(shè)計(jì)軟件存在操作問題，可利用平臺隨時(shí)和老師、同學(xué)進(jìn)行討論，教師也可及時(shí)給予學(xué)生個(gè)性化指導(dǎo)。通過對3D one工具草圖繪制功能、基本實(shí)體命令、特征造型命令、渲染功能等技巧的使用，設(shè)計(jì)出屬于本組獨(dú)一無二的作品。設(shè)計(jì)意圖在于讓學(xué)生利用工程學(xué)的思維方式完整地設(shè)計(jì)并制作一個(gè)作品，培養(yǎng)學(xué)生動手能力與工具使用能力，并通過小組合作培養(yǎng)學(xué)生合作精神、分享意識。

4.拓展與創(chuàng)意

在完成設(shè)計(jì)水杯作品制作后，各小組通過平臺進(jìn)行作品展示。在此過程中，小組對自己的成果進(jìn)行展示、評價(jià)，其他小組和老師補(bǔ)充評價(jià)。教師對小組提出更高階的任務(wù)要求，促進(jìn)學(xué)生反思，打破學(xué)生思想桎梏，在學(xué)生改進(jìn)和創(chuàng)意完成作品之后，利用平臺進(jìn)行最終作品展示。設(shè)計(jì)意圖在于鍛煉學(xué)生的表達(dá)能力與自我反思能力，通過再創(chuàng)作增加學(xué)生知識學(xué)習(xí)深度。

5.評價(jià)與反思

在課后，在平臺上發(fā)布知識點(diǎn)小結(jié)測試，安排學(xué)生獨(dú)立完成并上傳。根據(jù)學(xué)生完成情況、作品評價(jià)情況及平臺記錄討論發(fā)言軌跡，對學(xué)生個(gè)人進(jìn)行綜合評價(jià)。評價(jià)方式結(jié)合學(xué)前診斷評級、過程性評價(jià)及最后綜合性評價(jià)。評價(jià)內(nèi)容包括線上與線下的內(nèi)容，具體包括知識掌握情況、問題發(fā)現(xiàn)、表達(dá)方式、思維邏輯、小組表現(xiàn)等多種元素。在反思后，鼓勵學(xué)生將設(shè)計(jì)的模型切片打印出來，體現(xiàn)STEAM延伸。設(shè)計(jì)意圖在于促進(jìn)教師和學(xué)生反思、進(jìn)步，充分發(fā)揮STEAM理念的作用，結(jié)合智慧平臺促進(jìn)教育教學(xué)水平提升。

六、結(jié)論

信息時(shí)代為智慧課堂的發(fā)展提供了技術(shù)支持與發(fā)展機(jī)遇，智慧課堂作為智慧教育實(shí)踐在具體教學(xué)過程中的產(chǎn)物，使技術(shù)與教育得到了融合，因此贏得了教育界的關(guān)注。STEAM理論在教學(xué)目標(biāo)上注重學(xué)生主體地位，注重學(xué)生個(gè)性化發(fā)展。這與智慧課堂教學(xué)目標(biāo)趨于一致。本研究設(shè)計(jì)了基于STEAM理論的智慧課堂教學(xué)現(xiàn)狀調(diào)查問卷，調(diào)研結(jié)果顯示：傳統(tǒng)智慧課堂教學(xué)趨于形式化，工具的使用生硬化，教學(xué)評價(jià)過度關(guān)注數(shù)據(jù)，缺少學(xué)生發(fā)展性評價(jià)，學(xué)生動手能力差，很少與STEAM跨學(xué)科教育融合，導(dǎo)致學(xué)生興趣低。因此，本研究提出了以STEAM理論為中心，構(gòu)建面向培養(yǎng)學(xué)生跨學(xué)科思維的智慧課堂教學(xué)模式。該模式在課前、課中和課后有機(jī)融合了情境與問題、探究與教學(xué)、工程與制作、創(chuàng)意與擴(kuò)展以及評價(jià)與反思五個(gè)環(huán)節(jié)。另外，本研究以學(xué)習(xí)路徑和技術(shù)支撐對設(shè)計(jì)的跨學(xué)科教學(xué)活動進(jìn)行解剖，并基于此模式設(shè)計(jì)了七年級信息技術(shù)“制作水杯”3D打印課程，以此達(dá)到STEAM理論與智慧教育的有效配合，提高學(xué)生學(xué)習(xí)效率。

基金項(xiàng)目：教育部人文社科規(guī)劃項(xiàng)目“‘雙一流視野下教師教育學(xué)科群及評價(jià)體系研究”（18YJA880061）；重慶市教委研究生教改項(xiàng)目“應(yīng)用型研究生培養(yǎng)模式改革的實(shí)踐探索與應(yīng)用推廣”（yjg193089）；重慶師范大學(xué)智慧教育專項(xiàng)“基于STEAM理論的中小學(xué)智慧課堂教學(xué)模式設(shè)計(jì)”（YZH21013）

作者簡介：田蜜（1994 — ），女，重慶銅梁人，碩士研究生，研究方向?yàn)閯?chuàng)客教育、智慧教育；楊德剛（1976 — ），男，四川自貢人，博士，教授、碩士生導(dǎo)師，研究方向?yàn)槿斯ぶ悄艿取?/p>

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（責(zé)任編輯 孫興麗）

Abstract： Smart classroom teaching is a hot product conforming to educational informatization and a powerful basis for the implementation of smart education in the classroom. It is of great significance for the integration of smart education into the campus in the future. And the interdisciplinary thinking emphasized by STEAM concept provides a new direction for the development of smart classroom in the future. Starting from the analysis of the internal relationship between STEAM concept and smart classroom， this paper analyzes the current situation of smart classroom teaching based on STEAM theory through literature review and investigation. Finally， a smart classroom teaching mode based on STEAM theory is constructed from five links： context and questions， exploration and mathematics， engineering and technology， creativity and expansion， and evaluation and reflection. The teaching design is carried out with the 3D printed content of Grade 7 information technology "making water cup"， which aims to organically integrate STEAM theory and smart classroom technology in the teaching process， and finally improve the efficiency of smart classroom teaching.

Key words： Smart classroom; STEAM education; Teaching mode; Artificial intelligence