深度教學視角下 STEM 教育實施品質課堂的策略

鄧漢盤 畢燕輝

近年來很多教師開始把開源硬件、3D打印、人工智能融入STEM教育，但目前STEM課程尚缺乏系統探討，有些教師做了簡單的學科疊加，有些教師給一般的機器人教育戴上STEM教育帽子。

華中師范大學郭元祥教授指出，深度教學不是單純的知識量疊加，也不是對知識的簡單占有和機械訓練，而是基于知識內在結構處理知識，引導學生從符號學習走向學科思想和意義系統的理解和掌握。深度教學采用理解性教學策略、問題導向教學策略、回應性教學策略，追求教學的發展性。目前深度教學理念已廣泛用于品質課堂、STEM教育、創客教育、PBL項目式學習等教學中。

一、品質課堂理念下STEM課程的開展模式

品質STEM課堂以“課程”“活動”“評價”三個核心為主。課程是基礎，保證學生基礎技能的學習；活動是提升，完善學生知識結構；評價是反饋，學生以此了解自身不足，教師以此了解課程設計的缺陷，三大核心相輔相成。課堂中，采用問題導向教學策略，提升學生三個關鍵能力點：掌握傳感器技術、培養創新思維能力、提高科學素養水平（見下頁圖）。

二、實施STEM課程打造品質課堂的策略

STEM課程主要采用問題導向教學策略，引導學生體驗和探究具體知識所隱含的思想與方法，并培養解決問題的能力。在課程實施過程中采用的具體措施如下。

1. 基于觀察法和實驗法，突出教育功能

學生制作碰碰車的教學項目中，可先讓學生觀察碰撞傳感器的主要部件、碰撞開關的長度、接口線對應的主板數字端口。在編寫碰撞檢測程序后，學生自主設計觀察表格，對觀察數據進行分析和歸類，最后得出結論，鍛煉數據歸納能力。在開展實驗法教學過程中，使用實驗探究表為學生設計實驗指引方向，做到自主學習和任務驅動相結合，并重視小組合作，讓學生在合作中學會分解任務。

2. 傳感器應用教學融入科學素養培養

基本科學素養的主要內涵包括：對科學知識（科學術語和科學基本觀點）達到基本的了解程度；對科學方法達到基本的了解程度；對科學技術對社會和個人所產生的影響達到基本的了解程度。在傳感器教學中，可以采用以下幾種方法提高學生科學素養。

講原理。例如，講超聲波傳感器可以與聲音的特性聯系起來，講授聲音傳播需要的介質和聲音的反射。講軌跡傳感器可以與光的直線傳播和光的反射聯系起來。講顏色傳感器可以與光的組合和光的三原色原理聯系在一起，并了解不同顏色的光可以組合成不用的顏色。

講應用。介紹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，介紹視覺攝像頭在停車場、人臉識別、二維碼掃描中的應用。講光敏傳感器時聯系光感應燈。講震動傳感器時聯系地震監測儀。

講設計。學生學完傳感器之后，利用所學傳感器設計一個作品，提升學生的工程思想。

3. 采用6E設計型學習模式凸顯工程思想

6E設計型學習模式包含參與（engage）、探索（explore）、解釋（explain）、工程（engineer）、深化（enrich）、評價（evaluate）六個環節。參與階段，學生自主觀察，發現問題，確定主題任務，如學生觀察老人如何用嬰兒盆給嬰兒洗澡，定下設計“會發出高溫報警的安全嬰兒沐浴盆”任務。探索階段，學生基于主題任務開展探究活動，通過頭腦風暴法或文獻法，對主題任務進行可行性設計。解釋階段，學生用所學知識解釋項目設計，從理論層面證明設計的科學性。教師初步檢驗學生設計的作品，要求學生解釋作品設計原理與所使用的傳感器。工程階段，學生利用工程思路設計作品，不斷迭代，制作模型和編程測試。深化階段，對項目進行拓展和深入研究，要求學生在功能、外觀方面完善作品，如，2層電梯模型如何加到3層，淘氣機器人外形上如何改造更可愛。評價階段，按照評價標準進行多維評價，用小組評價、自我評價、教師評價的方式，評價學生作品和課堂表現。

4. 微創新課程培養創新思維

課程設計上突出微創新，立足知識的廣度而不是深度。不要求把系統做得多復雜，只需要學生在功能或程序方面進行完善，強調微創新。在講《簡易電梯》一章時，課本上電梯的結構和功能還不完善，可以引導學生從外觀、功能、結構等方面進行“增加”“調整”“代替”“改進”，這就是微創新。讓學生感受，創新并不是一件很難的事。

STEM課程的設計可以從生活物品的改造入手，以智創生活為主題進行開發?？梢允撬?、掃把、臺燈，取材容易，成本低，家長也可參與，適時進行親子活動。如家里的遙控器，一些“馬大哈”往往要找很久，此時可以啟發學生，在電視遙控器上安裝一個接收器和蜂鳴器，找不到遙控器時按一下安裝在固定位置的開關，遙控器上的蜂鳴器開始鳴響輔助尋找遙控器。再如家里的臺燈，可以安裝一個光敏傳感器，當主板檢測到光線微弱時點亮臺燈，實現智能化。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，學生對此十分感興趣，課堂也容易組織。

5. 智慧課堂高效教學

在STEM課堂中，借助智慧課堂系統提高課堂效率和課堂組織，實現教學決策數據化、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，提交工程筆記或模塊任務；教師通過查看，了解學生項目進度，對遇到問題而無法繼續進行的小組及時介入，實現教學決策的數據化。在評價方面，可以通過班級優化大師系統，進行課堂實時評價，提高學生積極性，實時把教師評價反饋給學生，實現評價反饋即時化。在項目開展過程中，師生可以通過倒計時、隨機點名、生生互動等方式實現交流互動立體化，提高學生積極性，提高注意力集中度，方便項目過程性點評討論。