周志宏 柳州市第一職業(yè)技術(shù)學(xué)校信息技術(shù)系

1. STEM 教育

STEM 教育是將科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)四門學(xué)科內(nèi)容組合形成有機(jī)整體，以更好地培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神與實(shí)踐能力。STEM 教育理念源于美國(guó)，并且逐漸發(fā)展。如今，STEM 已經(jīng)成為科學(xué)教育的發(fā)展趨勢(shì)，主導(dǎo)著許多國(guó)家科學(xué)教育的研究方向與相關(guān)政策，促進(jìn)了各國(guó)科學(xué)課程的改革。目前，我國(guó)在基礎(chǔ)教育、尤其是中等職業(yè)教育階段。STEM 教育提倡整合各領(lǐng)域的知識(shí)、技能，強(qiáng)調(diào)實(shí)踐探究與工程設(shè)計(jì)。可以肯定，分科課程在系統(tǒng)、高效學(xué)習(xí)學(xué)科的基礎(chǔ)知識(shí)和基本方法方面，有不可替代的優(yōu)勢(shì)；STEM 教育在綜合運(yùn)用知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題，提高應(yīng)對(duì)未來(lái)社會(huì)挑戰(zhàn)的能力方面，有顯而易見(jiàn)的發(fā)展前景。在學(xué)校課程中，確保綜合課程與分科課程恰當(dāng)互補(bǔ)，充分發(fā)揮各自的優(yōu)勢(shì)，是實(shí)施STEM 教育的前提。

2. Ard uion 機(jī)器人編程

Arduino 是2005 年由一個(gè)歐洲開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)便捷靈活、方便上手的開(kāi)源電子原型平臺(tái)。包含硬件（各種型號(hào)的Arduino 板）和軟件（Arduino IDE)。在硬件方面，Arduino 是一款印刷電路板。電路板上裝有專用集成電路，并將集成電路的功能引腳引出方便我們外接使用。同時(shí)，電路板還設(shè)計(jì)有USB 接口方便與電腦連接。在軟件方面，Arduino 提供了專門的程序開(kāi)發(fā)環(huán)境Arduino IDE。其界面設(shè)計(jì)簡(jiǎn)潔，對(duì)于初學(xué)者來(lái)講比較輕松上手，而且貼近現(xiàn)實(shí)，大大的激發(fā)了學(xué)生的興趣。最大的特點(diǎn)就是Arduion 是一款開(kāi)源的軟件資源，并且其功能強(qiáng)大。

3. 基于STEM 的中職Ard uion 機(jī)器人教學(xué)設(shè)計(jì)

STEM 跨學(xué)科項(xiàng)目設(shè)計(jì)模式以問(wèn)題或項(xiàng)目為中心，以某一具體教學(xué)任務(wù)為教學(xué)目標(biāo)。由于 STEM 的跨學(xué)科屬性，因而，在學(xué)情分析當(dāng)中包括了教學(xué)目標(biāo)分析、跨學(xué)科知識(shí)地圖（圖譜）分析以及學(xué)習(xí)者分析，目的在于明晰教學(xué)任務(wù)、學(xué)科間的關(guān)聯(lián)和了解學(xué)習(xí)者特征。教學(xué)任務(wù)分析完成后，學(xué)習(xí)者和助學(xué)者則針對(duì)問(wèn)題或項(xiàng)目完成一系列學(xué)習(xí)活動(dòng)，包括資訊引入、 過(guò)程分析、嘗試與答疑、小組討論、任務(wù)再實(shí)施、展示與評(píng)價(jià)六方面的內(nèi)容。

3.1 資訊引入

這個(gè)過(guò)程主要是激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)作熱情與興趣，所以老師以任務(wù)驅(qū)動(dòng)法的情景進(jìn)行導(dǎo)入，讓學(xué)生積極思考問(wèn)題后能發(fā)揮想象。這些情景貼近現(xiàn)實(shí)，源于生活，能讓學(xué)生從生活中得到啟發(fā)，貼近生活與自然。比如開(kāi)發(fā)溫濕度實(shí)驗(yàn)中，我們可以從現(xiàn)實(shí)生活中的大棚蔬菜作為一個(gè)切入點(diǎn)，讓學(xué)生能在實(shí)際應(yīng)用中了解任務(wù)的實(shí)質(zhì)性，增強(qiáng)學(xué)生的興趣。

3.2 過(guò)程分析

畫流程圖，了解任務(wù)執(zhí)行的過(guò)程。整個(gè)過(guò)程中，教師要確保任務(wù)的循序漸進(jìn)，從易到難，層層遞進(jìn)。通過(guò)學(xué)生的學(xué)情分析，確定基礎(chǔ)任務(wù)、拓展任務(wù)再到發(fā)展任務(wù)，能較好的對(duì)良構(gòu)問(wèn)題的解決逐漸過(guò)度到劣構(gòu)問(wèn)題的解決的方案實(shí)施。教師通過(guò)讓學(xué)生畫流程圖，可以讓學(xué)生明確本節(jié)課的重難點(diǎn)。

3.3 嘗試與答疑

學(xué)生通過(guò)畫流程圖，了解任務(wù)的執(zhí)行過(guò)程，頭腦中已經(jīng)有了一定的思路。這個(gè)過(guò)程中主要考察的就是學(xué)生對(duì)自己創(chuàng)意的發(fā)揮，是否利用新的知識(shí)點(diǎn)完成任務(wù)。這個(gè)過(guò)程中老師應(yīng)該給予學(xué)生充分的時(shí)間進(jìn)行探索。在一定時(shí)間內(nèi)進(jìn)行任務(wù)的嘗試，加強(qiáng)同學(xué)對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解和掌握。而在這個(gè)過(guò)程，老師主要為輔導(dǎo)作用，指導(dǎo)學(xué)生完成任務(wù)，注重作品的“多樣性”。真正做到以“學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)”的教育理念。

3.4 小組討論

在這個(gè)過(guò)程中，老師可以采用螺旋式、迭代式的方法引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)。此過(guò)程是在小組中進(jìn)行展示自己的成果，也是屬于一個(gè)任務(wù)實(shí)施過(guò)程。學(xué)生通過(guò)在小組內(nèi)展示自己的成果，可以相互交流經(jīng)驗(yàn)，相互學(xué)習(xí)。展示完后，學(xué)生總結(jié)程序執(zhí)行成功的經(jīng)驗(yàn)并且提煉知識(shí)點(diǎn)，尋找失敗的原因并且找同學(xué)或者老師來(lái)解決問(wèn)題，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)。通過(guò)這樣，學(xué)生可以既可以驗(yàn)證知識(shí)的真實(shí)性，也可以鞏固知識(shí)，使知識(shí)從量變達(dá)到質(zhì)變，超越原有的認(rèn)知水平，構(gòu)建新的知識(shí)點(diǎn)。

3.5 任務(wù)再實(shí)施

教師通過(guò)學(xué)情分析，結(jié)合學(xué)生課堂任務(wù)完成情況，了解整節(jié)課中學(xué)生的差異性，給程序執(zhí)行失敗的同學(xué)繼續(xù)完成基本任務(wù)，直至成功。而任務(wù)已經(jīng)執(zhí)行成功的學(xué)生，教師要確定好拓展任務(wù)給這些學(xué)有余力的同學(xué)，讓他們進(jìn)一步發(fā)揮自己的創(chuàng)意。比如開(kāi)發(fā)溫濕度實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生已經(jīng)完成了溫濕度的監(jiān)控，那么學(xué)生可以發(fā)揮自己的創(chuàng)意，如果溫度高于40℃時(shí)，溫度顯示時(shí)亮綠燈等。這個(gè)過(guò)程中對(duì)學(xué)生的創(chuàng)新能力得到了提高。

3.6 展示與評(píng)價(jià)

這個(gè)過(guò)程中，老師把舞臺(tái)交給學(xué)生，學(xué)生將自己的成果在班上與同學(xué)們一起分享。這個(gè)過(guò)程中，學(xué)生可以通過(guò)自評(píng)與他評(píng)進(jìn)行組合評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)過(guò)程中以過(guò)程性評(píng)價(jià)為主，結(jié)果性評(píng)價(jià)為輔。通過(guò)這個(gè)過(guò)程，教師可以得出教學(xué)反思，明確學(xué)生本次課存在的問(wèn)題以及收獲。這個(gè)過(guò)程，對(duì)知識(shí)的鞏固得到了提高。

4. 結(jié)語(yǔ)

STEM 教育目前在我國(guó)的教育領(lǐng)域中越來(lái)越受重視，Arduion機(jī)器人編程也在我們?cè)絹?lái)越貼近集成電路的開(kāi)發(fā)。將兩者結(jié)合在一起，充分利用STEM 跨學(xué)科的知識(shí)結(jié)構(gòu)性，對(duì)學(xué)科知識(shí)以及項(xiàng)目設(shè)計(jì)進(jìn)行總體規(guī)劃，實(shí)現(xiàn)跨學(xué)科知識(shí)的均衡覆蓋。充分利用以“學(xué)生為主體教師為主導(dǎo)”的教育理念，有針對(duì)性的改進(jìn)措施，促進(jìn)教學(xué)的多元化與專業(yè)化。