STEM教育策略与教学方案实施探究
作者：杨博衍 顾卫
来源：《中国教育信息化·基础教育》2018年第09期
        摘 要：作者以苏州市第二十四中学校开展的STEM教育项目教学实践为例，结合新时期教学改革工作内容，联系课堂教学实际，在学科渗透、课程融合、创意智造等方面开展了深入研究，摸索出了一套具有该校特的STEM教育与教学实施路线图，以期为同行提供借鉴。
        关键词：STEM教育；教学改革；课程融合；创意智造
编程入门先学什么自学
        中图分类号：G434 文献标志码：B 文章编号：1673-8454（2018）18-0026-02
        众所周知，STEM强调学科之间的交叉融合，重视学生问题解决能力、团队协作能力、实践创新能力等的培养。但对于一个生源95%以上为外来务工子女的公办初中来说，应如何联系课堂教学实际开展STEM教育活动呢？
        笔者所在的苏州市第二十四中学校作为江苏省STEM教育项目样本示范校，自2014年开展这一教育活动以来，在学科渗透、课程融合、创意智造三个方面开展了深入研究，摸索出了一
套具有该校特的STEM教育与教学实施路线图。
        一、学科渗透，从课堂内学习向课堂外探究延伸
        学校STEM教育最先是从学科渗透开始的，其原因有二：一是STEM教育是个新事物，由学科渗透入手，起步低、适用面广，而最重要的是随着近年来新课标的落实，一些学科中包含多学科知识内容越来越多，从而为在学科教学中开展STEM教育渗透创造了条件；二是随着新时代教育形势的发展，人们对学生培养目标提出了更高要求，借助STEM教育来快速提升学生分析问题、解决问题和创新思维能力不失为一个好办法。
        学校信息技术学科从数年前开始探索实践以来，广大学生的创新实践能力普遍获得到提高，作品连续三届获得市级以上组织的学生创客与创新活动奖杯。
        1.教材重组，为STEM教育活动开展编制好教材
        江苏省中小学教学研究室编制的《初中信息技术》教材分为七、八、九年级三册书，由于教材内容相对独立又分散于各册书中，不便于学生连贯学习和开展实践，更不便于教学活动的实施。
        为此我们对教材作了重组，编制了校本STEM学习讲义《Arduino创意智造入门》，并配置了相应的自学课件、微视频和实验器材，将内容整合于一块，配合学科教材开展STEM教学，从而大大方便了学生进行课内外自学与探究，为STEM教育渗透打下了基础。
        2.鼓励创新，在教学中注重创造性思维培育和引导
        STEM教育中最重要的一项是拓展性、创造性思维的培养，如何来做呢？
        （1）从“发现”训练开始，引导学生多观察、勤实践、想运用
        创造性思维的形成最初与人的好奇心有关，与“发现”能力高低密切相联。因此在教学中，我们常常有意识地组织一些与学习内容相关的社会实践活动，突破校园边界的限制，指导学生结合所学知识来收集、观察生活中所“发现”的应用实例，拍摄其影像、记录其过程，在一定程度上还原知识发生、发展与应用的现场。如物联网的智能应用，我们就让学生到生活中去实例，不但充实了教材中原有的内容，而且还到了许多教科书中没有写入的新应用，从而触发了学生创新思维与灵感的启动。在教师引导下，学生从初始时的被动学习，逐渐转变为主动探究，从书本到实践，从课内到课外，运用物联网知识开展智能应用的创设乐此不疲。
        根据我校位于苏州市古城区中心，学校人员多、操场跑道少的现况，学生运用学习到的物联网电子标签技术，设计了一个学生校园分时健身跑步智能管理系统；根据校园中一些教室经常出现的人走后电灯、电器忘关现象，运用所学的红外线传感器技术，构建了一个与“校园铃声系统”组合的教室智能节电管理系统等等，使得发现与创造能力得到了锻炼与培育。
        （2）从“观摩”作品开始，鼓励茬，助长“异想天开”
        观摩别人的优秀作品是学习，友善地给作品“点儿茬”、提点儿“意见”，这其实也是一种学习，是创新意识“萌芽”、生长的标志，值得鼓励与呵护。
        一次课上，信息技术教师组织学生参观一台新配置的交互式可编程桌面机器人，许多学生都对这台可编程、操控方便、集成有多种传感器的“小精灵”十分喜爱。可有位学生却说：“为什么它非要沿着商家提供的轨迹走，可否让它照着我画的路线跑呢？”这一问，当时真难住了不少人，因为那时候学生都还是第一次与真正意义上的“机器人”接触，想得还没那么深。
        “好主意！去试试吧！”在教师的鼓励下，几位学生来了马克笔与大白纸，铺在桌上画
了好几张地图请机器人走，可机器人就是不动，是什么原因呢？经过与商家地图对比发现是学生画的线太细、彩涂得太不均匀所致，造成机器人底座下的灰度传感器识别不了。为此，学生重画了地图再次试验，机器人乖乖地沿着他们绘制的线路图跑了起来，学生的“异想天开”终于得到了验证。
        二、课程融合，从单学科知识学向多学科知识用扩展
        1.抓好“顶层设计”，运用信息技术实现多学科知识有机融合
        地理学科教师，根据课标首先从“顶层设计”抓起，仔细比对地理学科与其他学科间的契合处，深挖学科间融合点，运用信息技术充实融合课的课程资源，借助StarC云端一体化学习平台和未来教室网络与多屏环境，实现地理学科与各学科间的有机融合，从而突破教学活动中的时空限制，帮助学生更好地了解与把握所学知识内容。
        在上《印度》这一节课时，地理教师先是以印度的人口介绍作为切入点，从地理角度分析印度的人口现状作为引线，随后导入有关印度人口的历史背景和成因微视频，巧妙地实现了与历史知识的融合。
        2.从单学科知识教，向多学科知识用方向发散
        学校生物学科教师在教授有关鸟类知识时，设计的教案采用了翻转课堂模式，在课前将编制好的学习任务单与自学课件（含微视频），通过校园网络平台发放给每一位学生，指导学生开展课前自学。而当上课时，教师除了强调适合鸟类空中飞行的各个关键特征之外，留出更多时间供学生互动，如结合生物学知识回答树林里随处可见的小鸟、高空中翱翔的大雁为什么能够飞行，从而帮助学生加深对鸟类的基本结构和各部分机能的了解。
        人类若装上鸟类的翅膀能不能飞行？为什么飞机不煽动翅膀也能起飞？手折的纸飞机该如何做、怎样飞才能飞的更远、更高、更持久呢？随着教师一系列问题的抛出，学生被引入到了问题探究的深水区，而物理课中的浮力、空气动力学知识一下子成了大家手中问题解答的“利器”。一堂单学科知识教的生物课，通过生生、师生互动，演变成一节多学科知识用的研究课、实践课。
        学生在这一过程中，对知识的了解更具体、更全面，体验到的是从学到用需知道的知识更多、内容更细、技能更丰富，从而教育了学生在学习一门知识的同时，要时时关注与其它学科间的联系，达到学以致用，并能对问题的分析考虑更周全，对问题的解决更有效。
        三、创意智造，让设想变蓝图、使蓝图变实物
        苏州市出台了在市区禁止燃放烟花爆竹的规定后，怎样帮助人们寻既环保又具有时代气息的喜庆活动方式，一时成为学生关注的焦点。有学生说：可否在大疆无人机“肚”下悬挂个空投箱，在一些适宜飞行的喜庆场合，当飞机飞行到一定高度时，通过遥控在指定区域投放礼花、彩纸，这岂不是一个既有趣又环保的方法吗？
        为此，在教师帮助下，学生与校无人机社团合作成立了“无人机空投箱”STEM项目组，结合所学知识一步步将创意转化为可实施的具体方案，如设立箱体制作、仓门控制、放飞投放、后勤支援等四个工作小组，大家依据各自喜好与特长认领任务，充分调动了每一位参与者的积极性和智慧，使大家都能学得、习得、有所得。
        仓门控制是STEM项目中的关键，在实践课教师的辅导下，大家对该部分作了图解化分析，依照其任务与功能，再细分为主控、驱动、通信、供电等四个小项目进行攻关，这里不仅复习了所学过的物理、物联网和《Arduino创意智造入门》校本教材中的知识，还加学了电路焊接、无人机飞行等技能，学会了将一个复杂问题逐一化解为简单问题去认识它、分析它、解决它，使得每一位参与者都在这一科学活动中得到了很好的体验与锤炼。
        两个星期过去了，在大家的协同努力下，经过反反复复数十次试验，一个悬挂于无人机肚子下可遥控的空投箱终于被“造”了出来。当装满礼花、空降兵的空投箱随着无人机升空在校园里投下首批空降物时，围观的师生和家长们都高兴地鼓起了掌。
        通过一个个与课堂学习内容紧密相关的STEM项目实施，学生自然而然地把所读的书变活了，将所学的知识变实了，动脑动手造物的能力提高了，“好学、实践、融合、创新”的校园新风悄然兴起，STEM为新时代学校教育工作跨上新台阶注入了新活力。
        实践证明，贴近师生的“学科渗透、课程融合、创意智造”STEM教育教学策略适合于学校实际，有效地促进了学生创造性思维能力的提升与核心素养培育在课堂落地。
        （编辑：李晓萍）

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