郭宏宇

摘要：在中國(guó)，STEM教育正越來(lái)越受到教育界重視。但是，部分地區(qū)開(kāi)設(shè)也或多或少存在問(wèn)題。會(huì)出現(xiàn)家長(zhǎng)反對(duì)、領(lǐng)導(dǎo)反對(duì)、教師反對(duì)的局面。為解決目前各中學(xué)開(kāi)展STEM課程存在問(wèn)題，本文根據(jù)學(xué)校自身?xiàng)l件實(shí)事求是的開(kāi)展教學(xué)設(shè)計(jì)。以最低成本，效率最高，提高各學(xué)科的知識(shí)使用能力，打破時(shí)空限制，利于長(zhǎng)久課程發(fā)展。

關(guān)鍵詞：STEM;智慧農(nóng)田;平臺(tái)化

一、課程實(shí)施背景

STEM教育理念，是“科學(xué)”、“技術(shù)”、“工程”、“數(shù)學(xué)”四門(mén)學(xué)科的融合貫通式教育，重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生四個(gè)方面的素養(yǎng)。

目前，在中國(guó)，STEM教育正越來(lái)越受到教育界重視。國(guó)家也出臺(tái)了一系列政策來(lái)支持STEM教育的探索與發(fā)展。2020年，教育部印發(fā)《中小學(xué)教師培訓(xùn)課程指導(dǎo)標(biāo)準(zhǔn)》，將STEM課程開(kāi)發(fā)納入研修主題。

與此同時(shí)，各地方教育單位也非常重視，例如，在剛剛結(jié)束的陜西省第四屆STEM教師培訓(xùn)活動(dòng)中，首次將STEM教師納入省級(jí)骨干教師評(píng)選范圍。

二、STEM課程現(xiàn)狀與問(wèn)題分析

目前，發(fā)達(dá)地區(qū)學(xué)校在開(kāi)展STEM課程方面都有優(yōu)秀案例，尤其在上海、深圳各中學(xué)開(kāi)展非常成功。

但是，其他地區(qū)開(kāi)設(shè)也或多或少存在問(wèn)題。以陜西STEM交流活動(dòng)中，排在前位高新某中為例，前期校領(lǐng)導(dǎo)高度重視，有100多人參與，但后期參與STEM教師降到目前的4人左右，其他學(xué)校更是很難開(kāi)展起來(lái)。

究其原因，主要是因?yàn)檫^(guò)去的STEM課程開(kāi)展，動(dòng)用教師數(shù)量多，課時(shí)時(shí)間長(zhǎng)，耗費(fèi)器材費(fèi)用大，課程多為各科拼湊不成系統(tǒng)，一次STEM課程居然需要兩個(gè)課時(shí)之長(zhǎng)。對(duì)于學(xué)生學(xué)科知識(shí)、操作水平并沒(méi)有實(shí)質(zhì)上的幫助，反而浪費(fèi)時(shí)間。因而家長(zhǎng)反對(duì)、領(lǐng)導(dǎo)反對(duì)、教師反對(duì)的局面容易產(chǎn)生。

三、基于智慧農(nóng)田的STEM教學(xué)平臺(tái)

為解決目前各中學(xué)開(kāi)展STEM課程存在問(wèn)題，需要根據(jù)學(xué)校自身?xiàng)l件實(shí)事求是的開(kāi)展。以最低成本，效率最高，提高各學(xué)科的知識(shí)使用能力，打破時(shí)空限制，利于長(zhǎng)久課程發(fā)展。開(kāi)發(fā)智慧農(nóng)田融創(chuàng)課程就具備有很大意義，設(shè)計(jì)實(shí)施如下：

1、在校園選取空地建設(shè)小微智慧農(nóng)田，面積控制在4平方米以下，型取消教室地理位置限制，將課堂開(kāi)到戶(hù)外，方便各科教師隨時(shí)參與，學(xué)生隨時(shí)學(xué)習(xí)。

2、取消STEM課時(shí)時(shí)間限制，學(xué)生的學(xué)習(xí)時(shí)間利用課間時(shí)間。只要有足夠吸引力，學(xué)生路過(guò)觀看并思考便是參與學(xué)習(xí)。

3、真正吸引各科教師參與，引入眾創(chuàng)體系，讓學(xué)生、教師以智慧農(nóng)業(yè)為平臺(tái)，將所學(xué)學(xué)科知識(shí)在智慧農(nóng)田中創(chuàng)新綜合使用。

4、引入健康激勵(lì)機(jī)制，無(wú)論是教師還是學(xué)生，只要將所學(xué)、所教學(xué)科知識(shí)應(yīng)用到了智慧農(nóng)田中，在所提供實(shí)驗(yàn)位置插入標(biāo)識(shí)牌展現(xiàn)，上邊突出參與人的姓名與班級(jí)、指導(dǎo)老師。

四、各學(xué)科教學(xué)整合設(shè)計(jì)

1、化學(xué)：聚焦土壤、肥料、農(nóng)藥和水質(zhì)等，化學(xué)涉及的知識(shí)非常廣泛，與生物學(xué)及物理學(xué)等具有很大的交叉。相比于傳統(tǒng)的化學(xué)教學(xué)，STEM理念重在如何將多學(xué)科合理結(jié)合，并在教學(xué)過(guò)程中培養(yǎng)學(xué)生多學(xué)科思維習(xí)慣，重視實(shí)際問(wèn)題解決效果，非常適合交叉學(xué)科創(chuàng)新人才的培養(yǎng)。

2、物理：聚焦農(nóng)用工具設(shè)計(jì)、水循環(huán)設(shè)計(jì)、溫度設(shè)計(jì)、電力設(shè)計(jì)等。放射性同位素用于改良品種、測(cè)定土壤水分、貯藏農(nóng)產(chǎn)品、殺菌等;激光用于育種、控制作物生長(zhǎng)、治蟲(chóng)、抑制雜草生長(zhǎng)等;紅外線技術(shù)用于大面積土壤普查、調(diào)查土壤的鹽堿成分，探測(cè)農(nóng)作物病蟲(chóng)害和森林火災(zāi)，估計(jì)農(nóng)作物產(chǎn)量，測(cè)光合作用和加熱等;紫外線用于誘殺害蟲(chóng)、檢驗(yàn)種子純凈和霉?fàn)€情況及防止雞瘟等;微波加熱技術(shù)用于烘干和殺蟲(chóng)，處理種子和培育良種，除草滅蟲(chóng)和測(cè)定農(nóng)產(chǎn)品含水量、防霜等;高頻電磁場(chǎng)烘干糧食、木材，高頻育種和加速新酒陳化過(guò)程等;磁化水浸種催芽;電子流育種。農(nóng)業(yè)物理學(xué)還要研究太陽(yáng)輻射及其利用、地面與大氣輻射、地溫、土壤凍結(jié)、河流湖泊在農(nóng)業(yè)中的作用及利用、水庫(kù)的水溫、農(nóng)田水溫、蒸發(fā)、土質(zhì)結(jié)構(gòu)、土地侵蝕及其防止、防護(hù)林、凍害與霜害、積雪與融雪、電力、放射性同位素、激光與微波利用等。

3、生物：聚焦作物品種與習(xí)性、培育植株等

4、信息技術(shù)：聚焦作物生長(zhǎng)環(huán)境傳感器、監(jiān)控、人工智能農(nóng)機(jī)工具設(shè)備。

5、美術(shù)：聚焦農(nóng)田外觀設(shè)計(jì)、作物攝影。

6、數(shù)學(xué)：各科設(shè)計(jì)中的計(jì)算能力支撐。

五、“兩引導(dǎo)一支撐兩參與”組織架構(gòu)產(chǎn)學(xué)研結(jié)合

1、專(zhuān)家引領(lǐng)

根據(jù)學(xué)?，F(xiàn)實(shí)情況，聘請(qǐng)大學(xué)專(zhuān)家指導(dǎo)，可以是親自到場(chǎng)規(guī)劃，也可以遠(yuǎn)程指導(dǎo)，豐富學(xué)科前沿創(chuàng)新能力。

2、企業(yè)引領(lǐng)

根據(jù)學(xué)?，F(xiàn)實(shí)情況，邀請(qǐng)優(yōu)秀人工智能企業(yè)、農(nóng)具企業(yè)、農(nóng)產(chǎn)品企業(yè)展示優(yōu)秀產(chǎn)品，給智能農(nóng)田提供實(shí)用參照。與此同時(shí)，將學(xué)校孵化產(chǎn)作品供給企業(yè)研發(fā)產(chǎn)品，形成“產(chǎn)學(xué)研”鏈條。也可以借力企業(yè)智能云平臺(tái)助力農(nóng)田建設(shè)，例如引入“商湯”科技、百度大腦等

3、網(wǎng)絡(luò)中心支撐

智慧農(nóng)田需要強(qiáng)大的人工智能設(shè)備作為基礎(chǔ)服務(wù)保證，需要聯(lián)合人工智能創(chuàng)客教室作為實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地，并且整個(gè)系統(tǒng)需要網(wǎng)絡(luò)支持網(wǎng)絡(luò)中心需要架設(shè)攝像頭監(jiān)控提供安防保障。

4、學(xué)生參與

首先科技類(lèi)社團(tuán)學(xué)生，包括創(chuàng)客社團(tuán)、生物社團(tuán)、航模社團(tuán)、數(shù)學(xué)社團(tuán)等可以直接在智慧農(nóng)田開(kāi)展實(shí)驗(yàn)，普通各班學(xué)生也可以在課間利用智慧農(nóng)田作為平臺(tái)開(kāi)展思考，所孵化科技創(chuàng)新成果參加省市各項(xiàng)創(chuàng)新比賽。

5、校內(nèi)學(xué)科教師參與

根據(jù)學(xué)校現(xiàn)實(shí)情況，聘請(qǐng)校內(nèi)學(xué)科教師指導(dǎo)，講課內(nèi)知識(shí)點(diǎn)轉(zhuǎn)化為實(shí)驗(yàn)，在智能實(shí)驗(yàn)田里進(jìn)行投放演示。保留實(shí)驗(yàn)結(jié)果提高知識(shí)轉(zhuǎn)化效果。

六、預(yù)期效果

可形成STEM課程體系，讓學(xué)生、教師切實(shí)感受學(xué)科融合的優(yōu)勢(shì)?？纱蛟靸?yōu)質(zhì)STEM課例、對(duì)接省市創(chuàng)新比賽?？砷_(kāi)發(fā)具有觀摩展示功能的試驗(yàn)基地，吸引社會(huì)各界教育資源聚集。

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陜西省西安市雁塔區(qū)陜西師范大學(xué)附屬中學(xué) 710061