洪曉玲

摘要：科學具有跨學科特點，包含物質科學、生命科學、地球與宇宙科學和技術與工程領域等相關內容，具有一定的基礎性、實踐性、綜合性。在科學教學當中融入STEAM教學法，能夠通過科學課程學習內容，從科學、技術、工程、藝術、數(shù)學等維度培養(yǎng)學生，能讓學生靈活地運用科學知識解釋生活現(xiàn)象，攻克生活難題，形成自己獨特的解決問題的方法。文章結合科學教學內容以及教學效果，對STEAM課程實踐與學生創(chuàng)新能力培養(yǎng)展開研究。

關鍵詞：科學教學；項目學習；STEAM；課程實踐；創(chuàng)新能力

中圖分類號：G421；G623.6文獻標志碼：A文章編號：1008-3561（2022）15-0067-03

目前，智能機器人已經(jīng)在諸多行業(yè)領域得到應用。為了讓青少年學生了解智能機器人研發(fā)、生產(chǎn)制造流程以及核心技術，學校以“走進智能機器人”為主題開展了小學科學校本課程。其中特別融入了STEAM教學法，以期學生可以綜合運用科學、技術、工程、藝術、數(shù)學等相關知識，在機器人功能設計、外形設計中充分發(fā)揮想象力，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力。

一、課程背景

我國教育“十三五”規(guī)劃中明確指出了教師需要運用信息技術完善教學，讓學生跨學科學習，提高學生的信息素養(yǎng)以及創(chuàng)新能力、動手能力，讓學生具備多種素養(yǎng)，徹底改變傳統(tǒng)教學的諸多問題，實現(xiàn)教學的真正改革?？茖W具有跨學科特點（包含物質科學、生命科學、地球與宇宙科學和技術與工程等領域），具備STEAM教學法的融入優(yōu)勢。

STEAM教學法，是“S”科學、“T”技術、“E”工程、“A”藝術、“M”數(shù)學，即對一門學科展開教學時，要抓住這五個領域，確保學生能夠形成思維耦合，進而提升學生靈活應用各種學科知識的能力。該教學法和項目教學法具有很高的融合度，綜合使用會達成教育上事半功倍的效果。

隨著時代的發(fā)展，智能機器人已經(jīng)走進尋常家庭，如早教機器人、學習機器人等，都非常吸引學生的目光。學生對機器人為什么能夠說話、交流感到好奇，對智能機器人的表情以及對人類表情的判讀也感到不可思議?！白哌M智能機器人”能夠得到學生的熱烈響應，因為這堂課符合學生探究心理，能夠催動他們探究智能機器人的構造和涉及的技術，并可以參與智能機器人功能模塊設計、外形設計，在這樣充分的交互中深入了解智能科技，形成科技思維和創(chuàng)新意識。

二、課程設計

本課程的主要目的是通過項目學習法，讓學生了解智能機器人結構、功能、技術、外形，并且構建學習小組，讓學生分工合作，互相激發(fā)，讓他們發(fā)揮想象力、創(chuàng)造力，設計出一款新型智能機器人?？傮w而言，課程設計考慮到了以下因素。第一，核心素養(yǎng)培養(yǎng)?？茖W核心素養(yǎng)主要包括科學觀念與應用、科學思維與創(chuàng)新、科學探究與交流、科學態(tài)度與責任等方面?？紤]到這一因素，需要融入互聯(lián)網(wǎng)、新媒體，因為這二者具有很強的融合性，能夠給予教師更多的素材，從而培養(yǎng)學生的科學精神，教會學生合理自學，讓學生帶著興趣探究。第二，跨學科能力培養(yǎng)。結合智能機器人具有的多門技術、多功能組件、多應用領域的特點，積極對接STEAM教學法，形成跨學科教學方案，能夠讓學生形成靈活思維，利用多元知識解決常見生活問題。第三，創(chuàng)新意識培養(yǎng)。創(chuàng)新意識是國家經(jīng)濟發(fā)展、技術更新的根本動力。學生創(chuàng)新意識的培養(yǎng)需要借助他們感興趣的事物，才能四兩撥千斤。智能機器人對未成年的孩子具有很強的吸引力，利用這一點培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識，再恰當不過。從STEAM角度來分析，主要有以下課程目標（見表1）。

三、項目實施

1.準備階段

第一，為了讓學生能夠對智能機器人有更大的研究興趣，特別購進了一臺智能機器人，該機器人涉及交流、動作（變形、避讓障礙物）、溫濕度探測等方面的功能。第二，通過互聯(lián)網(wǎng)下載了大量與智能機器人有關的文章，以功能、技術、應用領域等為類別分別保存，于授課中作為素材。根據(jù)教學目標，將“走進智能機器人”分解為10課時，每課時40分鐘，每周兩節(jié)，歷時五周。第三，教學環(huán)境。充分開放WIFI，讓學生在課堂上隨時通過互聯(lián)網(wǎng)獲得與智能機器人有關的各類數(shù)據(jù)和信息。第四，教學工具。一臺智能機器人、計算機、智能手機、智能機器人說明書以及內部模塊、電路圖等。

2.實施階段

第一，鼓勵學生用思維導圖梳理智能機器人的模塊構造、功能特點、技術種類、應用領域等關系，進而能夠全面深入了解智能機器人。第二，教學方式：小組項目學習法、STEAM教學法。第三，項目推進：（1）破冰。為了吸引學生對智能機器人的興趣，教師需要現(xiàn)場控制機器人，和機器人溝通交流，讓機器人表演，并對現(xiàn)場溫度、濕度予以測試。學生們看到可愛的智能機器人，被它的表演所吸引。教師在適當時機拋出問題：“機器人為什么可以聽得懂我們的指令？它是怎么跳舞的？又是如何避開障礙物以及測試空氣溫度和濕度的呢？大家想不想看看它的內部結構，找找原因？”教師這樣的問題立刻引起了學生的共鳴，學生紛紛表示贊成。（2）任務說明和學習規(guī)劃。將學習任務主要分解為：智能機器人內部構造、智能機器人有關技術學習、智能機器人功能模塊設計、智能機器人外形設計、智能機器人有關數(shù)學問題學習五個部分，呼應了STEAM的科學、技術、工程、藝術和數(shù)學五個維度。（3）實踐操作。首先，在教師的引導下，結合互聯(lián)網(wǎng)有關智能機器人的內部構造講解來認識智能機器人具體的組成，包括驅動系統(tǒng)、傳動機構、旋轉傳動機構、傳感系統(tǒng)、位置監(jiān)測系統(tǒng)、交互系統(tǒng)等，并明確每個構成部分的功能。其次，認真學習智能機器人的傳感技術、定位技術、路徑規(guī)劃、智能控制等技術，了解智能機器人能夠行走、規(guī)避障礙、和人交流、能夠檢測室溫以及濕度的根本原因。學生利用思維導圖梳理智能機器人構造、技術、功能、應用領域等知識，對智能機器人形成全面認知。再次，結合所學內容發(fā)揮想象增加機器人功能以及對機器人外觀進行設計。這樣的實踐流程，達成了學生科學、技術、工程、藝術、數(shù)學的有效融合，讓學生形成更開闊的學習思維和良好的學習習慣。

3.教學及學習總結

為了保證學生的自我評價、生生互評、師生互評能夠有具體內容，學生要在學習過程中動態(tài)記錄自己的問題，利用數(shù)據(jù)以及文字去佐證自己的成功之處，并評價他人的可取之處以及不當之處。教師要全程從教育角度總結經(jīng)驗。鑒于這一次教學活動每周兩次，需要歷時五周，每次課程結束后都需要進行必要的總結。這樣，學生才能清晰自己所學的內容，教師才能動態(tài)解決課堂問題，保證下一堂課的效率得到提升。

四、“走進智能機器人”教學效果分析

“走進智能機器人”活動歷時五周，學生完成了所有內容的學習。學生從來沒有這樣學習過，對課堂活動感到記憶猶新，對科學的興趣得到了明顯的提升。第一，通過歷時五周的學習，能夠非常清楚地介紹智能機器人的構造、功能、技術以及三者間關系的學生達85%，和最初學情分析所得數(shù)據(jù)相比，提升了76%。當時全班只有幾名學生初步了解智能機器人的一些構造以及涉及的一些技術，尚不能完全解析構造、技術、功能彼此間的關系。第二，學生利用互聯(lián)網(wǎng)自主學習的能力得到改善，對關鍵詞等利用水平提高，能夠快速鎖定所需信息，能夠有效地整合視頻、文字、音頻等資料為自己的學習提供便利。第三，在色彩、造型、功能設計上有所突破，這也證明大部分學生擺脫了傳統(tǒng)思維限制，敢于提出大膽的想法，也有學生提出了大膽的科學假設。第四，在STEAM學習過程中，學生學會了分工合作以及交流溝通，小組合作學習時能夠配合教師設定學習目標，有效分配任務，并準備學習工具，保證小組學習得到推進。

五、“走進智能機器人”STEAM教學反思

這堂課主要是借助智能機器人，憑借其具有的功能、技術等吸引學生，并通過拆解、在線學習等方式使學生了解智能機器人內部組件以及組件彼此關系，掌握信息技術是智能機器人的神經(jīng)系統(tǒng)，能夠實現(xiàn)驅動系統(tǒng)、傳動機構、旋轉傳動機構、傳感系統(tǒng)、位置監(jiān)測系統(tǒng)、交互系統(tǒng)的彼此鏈接，讓機器人有非常靈活的“思維”。總體而言，達成了STEAM教學所要達成的跨學科教學目標，然而仍然存在以下問題。

1.沒有充分預估學生的理解力

學生在智能機器人有關技術學習中遇到了諸多難點。第一，大量的專業(yè)術語提高了學生的理解難度。例如，傳感技術等具有非常明顯的抽象性，僅以所收集資料解釋傳感技術難度較高。其中涉及了一些術語，只有不斷地解決這些術語，讓它們轉變?yōu)閷W生可以聽得懂的內容，才能確保課程質量得到提升，為此教師耗費了大量的時間，分別于網(wǎng)絡、圖書館、本地大學等渠道將傳感器、分辨力、靈敏度、漂移、階躍響應等術語一一轉變。第二，對教師意圖的理解能力不足。STEAM教學需要教師全面掌握和平衡，才能充分結合科學、技術、工程、藝術、數(shù)學，讓每一堂課都成為良好的跨界學習環(huán)境。在操作過程中，教師的表達和學生的理解存在一定的偏差。這是源于每一堂課之前，教師沒有做好課前安排，微課沒有融入進來，使得學生的學習目標不清晰。

2.在線學習受不良網(wǎng)頁內容影響嚴重

除了教師預先準備的一些素材之外，還需要學生以“提升學生信息素養(yǎng)”為目標的自我學習素材整合，要通過互聯(lián)網(wǎng)自行去尋找材料。此時，網(wǎng)絡上存在過多的游戲廣告等，分散了學生的注意力，甚至擾亂了課堂，需要教師介入引導。

3.課程素材收集難度很高

網(wǎng)絡上關于智能機器人的各類介紹比較分散，大部分文字內容對于學生來說理解有一定難度。視頻內容集中于廣告，少有內部結構視頻，最終還是與采購的智能機器人賣家溝通獲得了內部結構以及技術機理方面的視頻內容，但對學生而言內容仍然具有一定的難度。

4.急需要同一地區(qū)不同學校實現(xiàn)合作

從這次教學經(jīng)歷可以直接感受到區(qū)域性教學機構合作的必要性，因為一所學校的資源有限，不管是師資、教學硬件、教學軟件都不可能達到比較高的水平。若是幾個小學合作，能實現(xiàn)師資交流、師資組合以及一些資源的共享，不僅可以促進彼此教師水平提升，也會讓學生交流對象增多，形成更好的學習方案。

六、結語

總之，將項目教學法和STEAM教學法融合，以學生感興趣的智能機器人為研究對象，能夠有效地促進學生主動參與到探究、交流、總結等環(huán)節(jié)中，讓學生在科學、技術、工程、藝術、數(shù)學五個維度都有突破。這樣的課程設計給予了學生跨學科學習的機會，使他們能夠靈活運用各學科知識認知世界、發(fā)揮想象力，提高他們的創(chuàng)新能力。

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Research on the Practice of Primary School Science STEAM Curriculum and the Cultivation of Students Innovative Ability Based on Project Learning

Hong Xiaoling

（Xinyuan Primary School， Jimei District， Xiamen 361000， China）

Abstract： Science has interdisciplinary characteristics， including material science， life science， earth and universe science， technology and engineering and other related contents. It is basic， practical and comprehensive. Integrating STEAM teaching method into science teaching can cultivate students from the dimensions of science， technology， engineering， art and mathematics through the learning content of science courses， and enable students to flexibly use scientific knowledge to explain life phenomena， overcome life problems and form their own unique methods to solve problems. Combined with the scientific teaching content and teaching effect， this paper studies the STEAM curriculum practice and the cultivation of students innovative ability.

Key words： scienceteaching；projectlearning； STEAM；curriculumpractice；innovation ability