鄧漢盤 畢燕輝

摘 要：在當前的政策背景下，依據(jù)建構(gòu)主義和杜威“做中學”兩大理論，東莞市常平鎮(zhèn)振興中學提出了構(gòu)建STEM課程的設(shè)想并付諸實踐。學校在近幾年的研究過程中取得豐碩的研究成果，開發(fā)一系列STEM課程和活動項目，提出一系列的課程開展模式。經(jīng)過實踐發(fā)現(xiàn)，深度教學模式更能體現(xiàn)STEM課程的教育性。文章通過探究深度教學視角下STEM課程模式和實施深度教學的策略，從而有效提升學生的創(chuàng)新思維、工程思想和科學素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：深度教學;STEM教育;課程模式;實施策略

2021年6月國務(wù)院印發(fā)《全民科學素質(zhì)行動規(guī)劃綱要（2021—2035年）》的通知指出：“科學素質(zhì)是國民素質(zhì)的重要組成部分，掌握基本科學方法，了解必要科技知識，并具有應用其分析判斷事物和解決實際問題的能力具有十分重要的意義?！睆闹锌梢钥闯?，目前國家非常重視學生科學素質(zhì)的培養(yǎng)，STEM課程不但是實施科學素質(zhì)培養(yǎng)的課堂陣地，也是培養(yǎng)學生工程思想和創(chuàng)新思維的場所。

一、目前STEM教育的現(xiàn)狀

STEM是科學（Science）、技術(shù)（Technology）、工程（Engineering）、數(shù)學（Mathematics）的簡稱。STEM教育就是集科學、技術(shù)、工程、數(shù)學多領(lǐng)域融合的綜合教育，對鍛煉學生動手能力、編程能力、培養(yǎng)團隊協(xié)作精神有很大幫助。開展STEM教育活動，其根本目的在于發(fā)展學生的創(chuàng)造能力和綜合設(shè)計能力，進而形成良好的科學素養(yǎng)和創(chuàng)新思維品質(zhì)。然而，在傳統(tǒng)的STEM教育中，教師依然停留在技能的教育。近幾年，很多教師開始把開源硬件、3D打印、人工智能融入STEM教育中，但目前STEM課程尚缺乏系統(tǒng)的探討，大部分教師只進行簡單的學科疊加，或者把一般的機器人教育認為是STEM教育。

二、借助深度教學相關(guān)理論，開展STEM品質(zhì)課堂教育

2005年，華中師范大學郭元祥教授率先在我國提出了深度教學理論，指出深度教學不是無限增加知識難度和知識量，不是對知識的表層學習和表演學習，不是對知識的簡單占有和機械訓練，而是基于知識的內(nèi)在結(jié)構(gòu)，通過對知識完整處理，引導學生從符號學習走向?qū)W科思想和意義系統(tǒng)的理解和掌握，是對知識的深度學習。深度教學理念強調(diào)引導學生對知識的完整理解和深刻學習，追求的是教學的發(fā)展性，既讓學生在認知、情感、技能等方面發(fā)生系統(tǒng)的變化，又能使學生的學科核心素養(yǎng)和關(guān)鍵能力得到整體提升。在深度教學的課堂中，郭元祥教授提倡要有學習的豐富性和多樣性，提倡沉浸式學習與學習投入，深度教學采用的教學策略有理解性教學策略、問題導向教學策略、回應性教學策略。目前深度教學理念已經(jīng)廣泛被用于品質(zhì)課堂、STEM教育、創(chuàng)客教育、PBL項目式學習等教學中。

三、品質(zhì)課堂理念下，STEM課程的開展模式

品質(zhì)STEM課堂以三個核心為主，包括課程、活動、評價。課程是基礎(chǔ)，是學生學習基礎(chǔ)技能的保證;活動是提升，是在課程基礎(chǔ)上，對學生知識機構(gòu)的提升和完善;評價是反饋，學生可以通過評價知道自己的不足，教師可以從評價中了解課程的發(fā)展性。

三大核心相輔相成，在課堂中，采用問題導向教學策略，最終的效果是使學生提升三個關(guān)鍵能力點，分別是掌握傳感器技術(shù)、培養(yǎng)創(chuàng)新思維能力，提高科學素養(yǎng)水平。品質(zhì)課堂STEM課堂模型如圖所示：

四、STEM課程實施，打造品質(zhì)課堂的策略

STEM課程主要使用問題導向教學策略。郭元祥指出：體驗和探究是學生知識學習的必經(jīng)過程，是學生學科能力發(fā)展的根本途徑。以問題為導向，引導學生體驗和探究具體知識所隱含的思想與方法，以及問題解決的核心策略，是發(fā)展學生學科能力的基本要求，也是豐富學生學科經(jīng)驗和課程履歷的根本要求。在課程實施過程中，我們采用如下的具體措施。

（一）基于觀察法和實驗法，突出STEM教學的教育功能

觀察法是指研究者根據(jù)一定的研究目的、研究提綱或觀察表，用自己的感官和輔助工具去直接觀察被研究對象，從而獲得資料的一種方法。在觀察法中，為了能對觀察到的數(shù)據(jù)得出結(jié)論，往往還需要我們對數(shù)據(jù)歸納分類，對比分析。例如，在教學生制作碰碰車項目時，可先讓學生觀察碰撞傳感器主要有哪些部件，碰撞開關(guān)的長度是多少，碰撞傳感器的接口線接在主板哪個數(shù)字端口。在編寫完碰撞檢測程序后，可讓學生自己設(shè)計觀察表格，學生必須要對觀察數(shù)據(jù)進行分析和歸類，才能得到正確的結(jié)論，這鍛煉了學生對數(shù)據(jù)歸納的能力。在實驗法里我們可以以基于項目的形式去開展實驗研究，提高學生的自我探究能力。在開展實驗法教學過程中，可以使用實驗探究表，讓學生在設(shè)計實驗過程中能有一個指引方向，做到自主學習和任務(wù)驅(qū)動相結(jié)合。最后是重視小組合作，讓學生在小組合作中學會對任務(wù)進行分解。

在STEM教學中，如果能適當加入各種科學實驗探究方法，久而久之，學生經(jīng)過潛移默化，在研究新生事物時，或在自己設(shè)計新項目時候，就會應用上所學的探究方法，這無論是對于學生綜合素質(zhì)的提高，還是學生科學素養(yǎng)的培養(yǎng)都有很大的幫助。

（二）在傳感器應用教學中融入科學素養(yǎng)的培養(yǎng)

基本科學素養(yǎng)的主要內(nèi)涵包括三個方面：1. 對科學知識（科學術(shù)語和科學基本觀點）達到基本的了解程度;2. 對科學方法達到基本的了解程度;3. 對科學技術(shù)對社會和個人所產(chǎn)生的影響達到基本的了解程度。在傳感器教學中，如何完成提高學生科學素養(yǎng)的使命呢？我們可以采用以下幾種方法：第一，講原理。例如講超聲波傳感器的時候，可以和聲音的特性聯(lián)系在一起，給學生講清楚聲音的傳播需要的介質(zhì)和聲音的反射。講軌跡傳感器的時候，可以和光的直線傳播和光的反射聯(lián)系在一起。講顏色傳感器的時候，可以和光的組合和光的三原色原理聯(lián)系在一起，并了解不同顏色的光可以組合成不用的顏色。第二，講應用。先讓學生明白所講的傳感器的作用是什么，可以應用在哪些方面。例如講人工智能攝像頭時，可以向?qū)W生介紹，現(xiàn)在所有停車場、人臉識別、二維碼掃描都用到視覺攝像頭，講光敏傳感器的時候，和光感應燈聯(lián)系在一起，講震動傳感器的時候，可以和地震監(jiān)測儀聯(lián)系在一起。第三，講設(shè)計。學生學完傳感器之后，利用所學的傳感器來設(shè)計一個作品，從而不斷提升學生的工程思想。

（三）課堂采用6E設(shè)計型學習模式凸顯工程思想

美國國際技術(shù)與工程教育學會于2014年提出的6E設(shè)計型學習模式，它包含六個階段，參與（engage）、探索（explore）、解釋（explain）、工程（engineer）、深化（enrich）、評價（evaluate）等六個環(huán)節(jié)。其中參與階段是指讓學生通過自主觀察發(fā)現(xiàn)問題，自我思考，并確定自己的主題任務(wù)。例如讓學生去觀察現(xiàn)在的老人怎樣用嬰兒盤給嬰兒洗澡，從而他們定下要設(shè)計《會溫度報警的安全嬰兒沐浴盤》的任務(wù)。探索階段是學生基于主題任務(wù)開展的探究活動，學生在這一階段通過頭腦風暴法或文獻法，去對第一階段確定下來的主題任務(wù)進行可行性設(shè)計。解釋階段是學生用所學知識來解釋自己項目的設(shè)計，從理論上證明設(shè)計的科學性。這一階段，教師會針對學生設(shè)計的作品進行初步檢驗，并要求學生向教師解釋作品的設(shè)計原理，所使用到的傳感器。工程階段是需要學生利用工程思路來設(shè)計自己的作品，對自己的作品不斷的迭代。在這一階段，是學生自己制作模型和編程測試。深化階段是對項目進行拓展和深入研究，在這一階段，我們可以要求學生在功能上、外觀上完善自己的作品。例如原來的電梯模型只有2層，如何加到3層;淘氣機器人如何在外形上改進，使其更可愛。評價階段是指按照評價標準進行多維評價，在這一環(huán)節(jié)，可采用小組評價、自己評價、教師評價的方式評價學生的作品和課堂表現(xiàn)，具體的評價標準可以參考STEM教育、創(chuàng)客教育評價標準。

（四）重視創(chuàng)新思維的培養(yǎng)，讓課堂進入微創(chuàng)新時代

在STEM課堂中，要重視創(chuàng)新思維的培養(yǎng)。具體做法如下，第一課程設(shè)計上要突出微創(chuàng)新，立足的是知識的廣度而不是深度。不要求把系統(tǒng)做得多復雜，只需要學生在功能或程序方面進行完善，強調(diào)的是微創(chuàng)新。例如在講《簡易電梯》一章時，課本上電梯的結(jié)構(gòu)和功能還不是很完善，可以引導學生從外觀、功能、結(jié)構(gòu)等方面去進行“增加”“調(diào)整”“代替”“改進”，這就是微創(chuàng)新。讓學生了解，創(chuàng)新并不是一件很難的事。

第二，STEM課程的設(shè)計可以從生活中物品的改造入手，以智創(chuàng)生活為主題進行開發(fā)。這些物品可以是喝水的水杯、掃把、臺燈，取材容易，成本不大，家長也可以一起參與進行親子活動。例如，學生對家里的遙控器并不陌生，但有時往往要找很久才能找到，在此可以啟發(fā)學生，在電視遙控器上安裝一個接收器和蜂鳴器，當找不到遙控器時，按一下安裝在固定位置的開關(guān)，遙控器上的蜂鳴器開始響，就能夠找到遙控器了。再例如家里的臺燈，我們可以啟發(fā)學生，安裝一個光敏傳感器，當主板檢測到光線暗的時候，讓臺燈亮起來，實現(xiàn)智能化。學生還可以參考以下實例：會自動加熱的座位墊、倒水自動顯示文字的杯子、自動澆花器等。實踐證明，學生對這些設(shè)計是非常有興趣的，我們在課堂中也很容易組織這些活動。

（五）利用智慧課堂環(huán)境進行高效課堂教學

在STEM課堂中，教師借助智慧課堂系統(tǒng)來提高課堂效率和課堂組織，實現(xiàn)教學決策數(shù)據(jù)化、評價反饋即時化、交流互動立體化。學生在項目制作過程中，可以通過智慧課堂系統(tǒng)，提交自己工程筆記或模塊任務(wù)，教師通過查看學生工程筆記或模塊任務(wù)，了解學生項目進度，及時介入遇到問題而無法繼續(xù)項目的小組，實現(xiàn)教學決策的數(shù)據(jù)化。在評價方面，可以通過班級優(yōu)化大師系統(tǒng)，進行課堂實時評價，提高學生積極性，實時把教師的評價反饋給學生，實現(xiàn)評價反饋即時化，在整個項目開展過程中，師生可以通過倒計時、隨機點名、生生互動等方式實現(xiàn)交流互動立體化。倒計時，可以對學生制作的任務(wù)計時，提高學生積極性;當項目需要展示或回答問題，可以使用隨機點名功能，讓系統(tǒng)自動選擇一個學生或小組，使得學生可以高度集中精神;生生互動可以讓學生對自己的項目進行拍照或錄像，上傳分享，師生進行點評討論。

五、打造STEM品質(zhì)課堂的成效

自學校開展STEM課程建設(shè)以來，無論是學校還是學生，都取得了不錯的成績，集體榮譽方面，學校先后被評為東莞市首批百校創(chuàng)新人才培育基地、首批東莞市創(chuàng)客教育學校、2012—2017東莞市優(yōu)秀科技活動學校;學生成績方面：2015年我校獲得第八屆亞洲機器人錦標賽冠軍，從2017年東莞市有科技特長生政策以來，我校共有16位學生通過科技特長生途徑進入五大校和普通高中。負責課程建設(shè)的教師中，鄧漢盤老師被評為名師工作室主持人、信息技術(shù)學科帶頭人、綜合實踐學科帶頭人、廣東省青少年科技活動咨詢專家，林輝德被評為初中綜合實踐教學能手。

■參考文獻

[1]郭元祥.論深度教學：源起、基礎(chǔ)與理念[J].教育研究與實驗，2017（03）.

[2]郭元祥.“深度教學”如何真實發(fā)生[J].今日教育，2017（06）.