勞浩勛

(廣州市八一希望學(xué)校，廣東廣州，510000)

越秀區(qū)轄內(nèi)的16所中小學(xué)于2016年組成立體學(xué)區(qū)，以學(xué)區(qū)內(nèi)資源共享及交流合作為途徑。實踐中發(fā)現(xiàn)，形成學(xué)區(qū)一體化課程開發(fā)機制，共同建設(shè)體現(xiàn)學(xué)區(qū)特色的學(xué)區(qū)課程，能有效推動教育向優(yōu)質(zhì)、均衡的方向發(fā)展，促進教育公平。STEM和創(chuàng)客教育的興起，給技術(shù)學(xué)科特別是信息技術(shù)與通用技術(shù)學(xué)科帶來了新的生命力。課程教學(xué)融入STEM理念，強調(diào)培養(yǎng)學(xué)生不斷提問、假設(shè)、探究、試錯和總結(jié)的科學(xué)思維能力，給學(xué)生帶來全新的體驗。

一、概念界定

進行智能桌面實驗盒項目中應(yīng)用STEM理念分析之前，有必要對STEM理念、學(xué)區(qū)課程、智能桌面實驗盒、科學(xué)思維進行概念界定。

(一)STEM教育理念

STEM是科學(xué)(Science)、技術(shù)(Technology)、工程(Engineering)、數(shù)學(xué)(Mathematics)四門學(xué)科英文首字母的縮寫，學(xué)習者接受STEM教育有助于更深入地理解數(shù)學(xué)和科學(xué)等內(nèi)容，有助于培養(yǎng)自身在真實世界中運用這些知識來解決跨學(xué)科問題的能力。需要指出的是，STEM素養(yǎng)，一方面是上述四種素養(yǎng)的組合，另一方面是需要把學(xué)習到的各學(xué)科知識融合與整合、拓展與創(chuàng)新，最終轉(zhuǎn)變成有機整體。STEM教育的課程設(shè)計應(yīng)該使用“整合的課程設(shè)計模式”，旨在培養(yǎng)學(xué)生超越傳統(tǒng)學(xué)科界限，動手解決實際問題的能力。

(二)科學(xué)思維

科學(xué)思維是一種正確、高效、具有可操作性的思維，在科技創(chuàng)新活動中起到核心作用，是創(chuàng)新活動的靈魂。科學(xué)思維方式強調(diào)的是思維加工處理方式和途徑的科學(xué)性。學(xué)生在開展基于智能桌面實驗盒的設(shè)計制作活動的過程中不斷提問、假設(shè)、探究、試錯和總結(jié)，對自身用科學(xué)思維方式思考問題、解決問題有著積極的指導(dǎo)意義。

(三)智能桌面實驗盒項目

智能桌面實驗盒項目是技術(shù)學(xué)科的教育載體，STEM和創(chuàng)客教育的技術(shù)套件極為豐富，為智能桌面實驗盒的設(shè)計提供了有力的支撐。廣州市第一中學(xué)、廣州市第三中學(xué)整合ScratchPi、樹莓派等產(chǎn)品，根據(jù)學(xué)習需求改件、補件，聯(lián)合設(shè)計了智能桌面實驗盒1.0版本(表1)。

(四)學(xué)區(qū)課程

學(xué)區(qū)課程是一門特色創(chuàng)新的課程，應(yīng)是介于地方課程與校本課程之間的課程，是能體現(xiàn)學(xué)區(qū)教育思想和課程觀念的課程。它應(yīng)根據(jù)學(xué)區(qū)內(nèi)的經(jīng)濟、政治、文化發(fā)展水平和對人才的特定需求，充分利用現(xiàn)有課程資源進行開發(fā)、設(shè)計、實施。其本位一是為了立體學(xué)區(qū)，二是在立體學(xué)區(qū)的學(xué)校中，三是基于立體學(xué)區(qū)的所有學(xué)校。越秀區(qū)立體學(xué)區(qū)課程建設(shè)主要是在小學(xué)、初中、高中整個階段幫助學(xué)生進行生涯規(guī)劃，將STEM教育理念應(yīng)用到智能桌面實驗盒項目中，是重實踐的超學(xué)科教育概念創(chuàng)新，使STEM的內(nèi)涵和外延越來越豐富的同時也體現(xiàn)著創(chuàng)新科技、教育和技術(shù)協(xié)同發(fā)展的探索和趨勢。

表1 智能桌面實驗盒1.0版本

二、STEM理念在智能桌面實驗盒課程中的應(yīng)用案例

STEM理念的特點是在建立學(xué)科集成的過程中將學(xué)生思維習慣由“低階思維”向“高階思維”提升。2019年，筆者觀摩了廣州市少年宮與廣州市名教師工作室聯(lián)合開展的基于STEM理念的智能桌面實驗盒系列公益課堂，在基于活動、項目、問題解決的課堂上發(fā)現(xiàn)了有實現(xiàn)新課改目標的可能性：教師與學(xué)生正在共同經(jīng)歷創(chuàng)造、設(shè)計、建構(gòu)、發(fā)現(xiàn)、合作并解決問題的過程。筆者記錄、歸納、整理了以下優(yōu)點。

(一)玩轉(zhuǎn)創(chuàng)意編程，提升學(xué)生科學(xué)與技術(shù)素養(yǎng)

豐富多彩的游戲背后是怎樣的規(guī)則與布局？建構(gòu)一個個神秘的游戲世界需要怎樣的創(chuàng)造力與想象力？在體驗課上，陳老師化身為“小小游戲設(shè)計師”，讓學(xué)生自主組合成6個組，每組4人，基于同樣的實驗盒器材、初始程序和多學(xué)科知識錦囊，創(chuàng)造性地在90分鐘內(nèi)合作完成任務(wù)，一起設(shè)計出專屬小游戲。這將大大拓展和提升學(xué)生想象的空間。游戲一：學(xué)生要解密打地鼠這款既簡單又充滿樂趣的游戲的制作過程，編寫程序后，用傳感器實現(xiàn)用編程密語喚醒魔法之錘。游戲二：在浩瀚的宇宙中，一大波蝙蝠突然向宇宙飛船襲來，學(xué)生被迫加入了太空之戰(zhàn)。學(xué)生在完成任務(wù)過程中會不斷遇到新問題，小組設(shè)計與制作的難度不斷加大：怎樣更快打到地鼠？如何精準打中蝙蝠？需要用到哪些器材？怎樣快速編寫程序？……教師引領(lǐng)學(xué)生逐步應(yīng)用STEM理念了解游戲背后的編程世界，在項目中突破常規(guī)思維，在解決問題的過程中提升學(xué)生的技術(shù)素養(yǎng)。

根據(jù)筆者觀測，在合作過程中，小組成員發(fā)揮各自獨特作用，每個學(xué)生都專注地設(shè)計、編寫、搭建，思維是高度活躍的。這正是基于STEM理念的智能桌面盒下的理想課堂：既是玩耍，又是學(xué)習。學(xué)生用ScratchPi制作出自己團隊的專屬游戲，體現(xiàn)了STEM 理念所倡導(dǎo)的學(xué)科集成理念：在問題解決的基礎(chǔ)上進行建構(gòu)、發(fā)現(xiàn)、合作與創(chuàng)造?？偨Y(jié)下來，課堂上團隊制作現(xiàn)場具備真實情境、探究、團隊協(xié)作、解決問題等要素，也是STEM理念所要達到的目的，即趣味編程讓學(xué)生的思維活躍起來，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造力、想象力和不斷試錯的問題解決能力。

(二)突出STEM理念的試錯功能，體現(xiàn)科學(xué)性與創(chuàng)新性

智能桌面實驗盒課程是避開煩瑣的代碼語法也能做出精妙的創(chuàng)意編程的課程。在黃老師的帶領(lǐng)下，學(xué)生迎來創(chuàng)意無處不在的“蘋果大豐收”。在ScratchPi里要體驗到“摘蘋果”的樂趣，學(xué)生就要思考如何才能進行高效摘取和運輸，考慮需要用到的工具。學(xué)生在設(shè)計、制作、展示、闡述的過程中總結(jié)和感悟，分享心得，提煉問題，擬定修改方案，這體現(xiàn)了技術(shù)學(xué)科應(yīng)有的科學(xué)性與創(chuàng)新性。

李老師為大家介紹了新的硬件工具——傳感器，借助這一裝置，學(xué)生可以創(chuàng)作出更為豐富多彩的互動作品。在現(xiàn)場設(shè)計與制作環(huán)節(jié)中，學(xué)生自主探究，打開程序，安裝驅(qū)動，將傳感器與電腦連接起來。在解決問題的過程中，教師發(fā)揮協(xié)助、指導(dǎo)、監(jiān)督、評價的作用，允許學(xué)生反復(fù)試驗，鼓勵組員之間相互糾錯，讓學(xué)生設(shè)置接口，添加指令，隨著手在光敏傳感器上移動、遮擋，燈或點亮或熄滅，再試試有什么新發(fā)現(xiàn)。在反饋完善的過程中，學(xué)生明白了“科學(xué)就是一個不斷犯錯，不斷修正，不斷假設(shè)，不斷驗證的過程”的道理。

(三)彰顯STEM理念對學(xué)生創(chuàng)造力的培養(yǎng)，評價標準多維度

在有限的時間里選用實驗盒里的器材完成任務(wù)，是對學(xué)生現(xiàn)場創(chuàng)造力的一種考查。在體驗課堂現(xiàn)場，學(xué)生與李老師一起研究老鼠晚上才會出來覓食的原因。他們用ScratchPi模擬怕光的老鼠，將光敏傳感器與電腦連接起來，編寫腳本，點擊綠旗后，仔細觀察舞臺發(fā)現(xiàn)：用手遮擋住光敏傳感器，當昏暗的時候，“老鼠”便會出來覓食，將手移開，燈光亮的時候，“老鼠”就被嚇跑了。在完成任務(wù)的構(gòu)思與制作過程中，學(xué)生的綜合能力、分析能力與實踐能力都將得到激發(fā)與展示，學(xué)生將成為一個全面發(fā)展的完整的人。

為了使課堂評價具有可實施性，有說服力，在參考其他STEM科技項目規(guī)則及評分標準的基礎(chǔ)上，筆者采納了13位課程實施教師的建議，整合設(shè)計了三個有梯度的評價標準，多維度對學(xué)生進行評價，詳見表2。清晰可量化，每一個梯度的上升也是對學(xué)生綜合能力的一次肯定。

表2 中小學(xué)智能桌面實驗盒學(xué)區(qū)課程課堂評價標準

三、體現(xiàn)學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)的智能桌面實驗盒課程

STEM理念注重打破學(xué)科界限，建立學(xué)科集成理念。這與核心素養(yǎng)的“跨領(lǐng)域性”強調(diào)其連接學(xué)科知識與生活世界(真實情境)的“可連接性”是不謀而合的。鑒于此，筆者梳理了智能桌面實驗盒課程中體現(xiàn)學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)的精髓。

(一)彰顯人文底蘊，提升科學(xué)精神

STEM理念以“智能桌面實驗盒”作為教育載體，融入中外兒童故事和游戲，這是對人文積淀與情懷的一種喚醒與傳承。筆者發(fā)現(xiàn)，學(xué)生在編程與制作的過程中，或多或少會對自己設(shè)計的作品賦予特殊的含義，有對傳統(tǒng)文化的理解，有對自己未來職業(yè)的向往……這正是學(xué)生人文底蘊核心素養(yǎng)的顯性表現(xiàn)。

勇于探究、批判質(zhì)疑、理性思維的科學(xué)精神核心素養(yǎng)在基于STEM理念的智能桌面實驗盒體驗課中也得到了很好的體現(xiàn)?！昂Ｑ蟮纳钐?，兇惡的鯊魚要把海底所有的小魚都吃掉……”跟著陳老師的腳步，學(xué)生一起走進“海洋”。怎么拯救小魚？怎么保護生態(tài)環(huán)境？怎么把生活語言轉(zhuǎn)換成計算機語言？對這些問題的解答，學(xué)生需要綜合跨學(xué)科的知識與技能，運用理性思維進行批判質(zhì)疑，嘗試個性化的創(chuàng)新。

(二)真正學(xué)會學(xué)習，進行實踐創(chuàng)新

體驗課堂體現(xiàn)STEM理念，強調(diào)問題的真實性，倡導(dǎo)學(xué)生獨立完成每個項目，學(xué)生在項目完成過程中提升對信息的篩選能力，從網(wǎng)絡(luò)或其他渠道獲取有用的資源，更便捷地完成設(shè)計與制作，以達到理想的狀態(tài)。在體驗課中，陳老師念起“嘛哩嘛哩哄”的咒語，學(xué)生就想到選用哪個傳感器才能產(chǎn)生強大的氣流，實現(xiàn)吹走前方障礙物的風之魔法目的。謝老師提出有些生活噪聲是無法忍受的。在制作創(chuàng)意噪聲監(jiān)測儀的過程中，學(xué)生通過循環(huán)往復(fù)的試驗與改進措施，不斷提高檢測儀的性能，達到準確、便捷地用波形圖檢測聲音大小的目標。基于STEM理念的評價側(cè)重考查的是定義不良情況下學(xué)生的反應(yīng)，即實踐創(chuàng)新能力。這是對以往應(yīng)試教育下定義優(yōu)良問題解決的一次改進，與學(xué)生發(fā)展所倡導(dǎo)的實踐創(chuàng)新核心素養(yǎng)理念一致。

(三)構(gòu)建應(yīng)用智能桌面實驗盒的教學(xué)流程

智能桌面實驗盒課程參照“生活即教育”的理念，教學(xué)方法是“教學(xué)情境化、知識生活化、創(chuàng)作體驗化”。筆者所在團隊在基于STEM理念的體驗課實踐中，總結(jié)出“1+1”雙師導(dǎo)學(xué)課內(nèi)翻轉(zhuǎn)的有效教學(xué)流程。(圖1)

圖1 智能桌面實驗盒體驗課(主教+助教)教學(xué)流程

四、結(jié)語

廣州市實施科技教育提升工程的建設(shè)需要更多STEM教育試點課程提供基礎(chǔ)支撐。作為一個融合STEM理念，創(chuàng)新與實踐并重的課程，考查學(xué)生在課堂活動中思維開發(fā)的過程將是重點。學(xué)生享受科學(xué)探索的過程，是發(fā)現(xiàn)自己隱性優(yōu)點的過程，也是展示自己領(lǐng)導(dǎo)力、計劃力、學(xué)習力、創(chuàng)新力與綜合素養(yǎng)的過程。因此，如何依據(jù)學(xué)區(qū)平臺，開發(fā)學(xué)區(qū)課程，以STEM跨學(xué)科知識融合的教育理念，研究構(gòu)建和開發(fā)具有跨學(xué)科性、趣味性、體驗性、情境性、設(shè)計性的全學(xué)段拓展性課程體系，以項目學(xué)習、問題解決的方式推進實施科技教育提升工程是非常有價值的。