依托信息技術 深化拓展探究

蔡云

摘要：結合STEM教育打造少年農科院，促使我們審視農科院與STEM教育的聯結。筆者試以本校少年農科院發展為例，就充分運用現代信息技術，寓教于樂，精簡過程，拓展應用，趣化、簡化、深化農科院STEM探究活動，為助推少年科學院發展作一些實踐與探索。

關鍵詞：農科院 STEM教育 信息技術

一、著眼發展：STEM農科院的背景

社會的飛速發展，科技創新起著主導作用。而對一個國家、一個民族的強盛榮辱興衰起著至關重要的青少年接班人，他們的創新STEM素養培養尤為重要。許多中小學也充分認識到這一點，不少學校的少科院都開設了以農業種植為主要內容的“農科院”活動。農科院是豐富少年兒童活動經驗，提升少年兒童科學素養的重要途徑，受到越來越多學生的接受和歡迎。傳統教育下的農科院培養模式越來越不能滿足知識型經濟的要求，無法在質與量上提供具創意的人才，因此在少年農科院引入STEM教育理念，嵌入STEM相關課程，并將該課程與農科院特有的探究資源與環境相結合，可以使學生們有效學習STEM課程，并且開創性地進行工程方面的學習，培養學生利用STEM教育素養解決問題，進一步發揮創意，成就創新。

二、審視反思：STEM農科院的困境

1.教師方面：銜接困難

STEM農科院的輔導教師通常為一線科學教師，缺少農業種植經驗，在農科院活動較難給出創新性指導。更有多數指導教師認為，STEM是門“高大上”的學問，應該與機器人、探究實驗結合；而農科院是以傳統的農業種植為主，農業種植傳承了幾千年，學生在短短的幾個學期的實踐中很難與STEM理念銜接，開展創新性探究。

2.學生方面：持久度差

缺少STEM課程活動的介入，農科院的活動主要是種植物，定期觀察與管理，成熟后及時采摘，主要功能為探究植物的生長奧秘。農科院種植往往需要一個漫長的過程，受眾多因素（如氣候、土質、管理等）的影響與限制。另外，對農科院種植作物的探究活動，沒有物理、化學實驗探究那樣有劇烈明顯的實驗現象沖擊學生的思維，要捕捉到明顯現象需要持續跟蹤觀察。農科院活動難以組織，孩子參與度低，許多孩子在農科院培養活動中半途而廢，難以培養STEM素養。

審視STEM農科院建設的困境，其根源是對STEM教育的認知存在誤區，導致與農科院活動的對按難以找到切入口，繼而難以達成培養學生STEM素養的目的。

三、聚焦突破：STEM農科院的對接

1.STEM教育的界定

STEM教育包含了四大領域的科學知識?？茖W、技術、工程、數學四者之間存在著相互補充與支撐的關系，同時STEM教育也相應培養了學生的綜合素養。與傳統的教育體系相比，STEM教育的創新是將幾門學科零散的知識有機地結合起來。學生獲取知識的過程、方法較為系統化、多元化，能夠使學生充分強化數理邏輯思維、創新思維并有效地解決實際問題。目前小學科學教育階段中，學科之間劃分明顯，導致培養學生的能力較為單一，不能很好地全面發展，STEM教育對我國培養復合型、創新型人才有著重要的啟示。STEM教育是當下科學教育的一種指導思想，其真正的含義就是要重視學科之間的交叉，將交叉領域的知識運用一定的教學方法讓學生掌握。

2.STEM與農科院的聯結

STEM教育的目標不僅僅是簡單地將科學、技術、工程和數學這四方面組合起來，而是在特定的情境下，運用STEM四方面的綜合知識和科學探究學習方式，讓學生主動研究和設計問題、解決問題等，將學習到的零碎知識與機械過程轉變成探究世界相互聯系的不同側面的過程（見圖1）。

科學與數學思維進農科院。農科院中特有的探究資源與環境，是理想的STEM素養培養平臺。如農科院中對各種植物的生長條件的探究，需要學生對不同植物的生長條件進行合理推測、細致觀察、科學實驗及測量，收集數據并對不同條件下植物的生長情況數據進行分析，從而得出結論，將科學、數學思維巧妙地結合到農科院活動中。

工程與技術思維進農科院。為保證農科院種植的農作物有更好的生長條件，學生要在種植管理過程中，發現存在的問題及不足，根據發現的問題設計相關的工具提高種植效率。比如，搭建溫室大棚及自動溫室感應澆灌等管理工具的設計與制作，按照“提出假設聯系理論學習聯系工程應用”的活動組織方式，讓學生對相關工具模型進行設想，根據想象準備材料制作工具，并在農科院管理中投入使用，測試效果不斷完善。這一設計過程極大發展了學生的工程及技術素養。

四、探索提升：STEM農科院的策略

農科院是培養STEM素養的平臺。然而，在農科院的研究活動中，需要花費大量時間，而且研究成果常常還不易取得，取得后也不易展示和交流。在孩子們心目中，農業已經往往是落后農耕文化的代名詞，不能有效激起隊員們的探索興趣。另一方面，學生在學校、家庭中輕易就能夠接觸到電腦、手機、網絡等現代信息技術媒體，由于其先進的傳播方式而很容易進入學生的頭腦之中，它們直觀、便捷、快速，成為廣大學生喜聞樂見的信息呈現和取得方式。因此，充分運用現代信息技術的優勢，將其與農科院有機結合起來，提高STEM教育內容，更有效地培養隊員們的STEM能力與素養，培養創新型人才，讓STEM農科院工作插上信息化的翅膀，就變得十分有必要了。

1.寓教于樂，趣化STEM活動

興趣是最好的老師。許多學生認為研究科學就應該成為大科學家，研究火箭、機器人等科技項目，而研究農業不屬于科學范疇，不屑于研究農業項目，農業STEM研究引不起孩子的探究興趣。而現代信息技術很容易就能進入孩子們的生活，打動孩子的心靈，在這樣的情況下，我們有必要通過信息技術提升學生研究農業項目的興趣。

（1）游戲植入，替代經驗。農科院的學生基本都是“00后”，生活在工業化的家庭環境中，缺乏對農業種植的經驗。農科院的STEM活動需要較豐富的農業實踐經驗，而多數孩子在生活中缺少農業實踐的條件而導致在STEM課程開展中因缺乏經驗指導而興趣失落。在農科院STEM教學中，給學生提供模擬實踐方式，彌補缺失的實踐經驗，從而激發STEM探究興趣極為必要。如學生在STEM活動開展之前，我們可以采用類似于“開心農場”一類的涉農游戲激趣，讓學生首先明白農業種植的主要步驟、過程、注意點等，通過不長的時間，讓他們先在網絡上體驗成功的樂趣和豐收的愉悅，這種類似于“建模”的養成游戲模式，很容易就抓住了學生的心，讓其內心對農業不排斥甚至產生興趣。通過“開心農場”，學生在產生興趣的同時知道農業種植需要耐心，作物需要我們時時刻刻的照顧和管理，讓學生對農科院的種植活動有充分的認知，對種植活動有初步的規劃，為學生的創新鋪上了墊腳石。

（2）軟件制模，豐富參與。農科院學員的種植探究活動形式比較單一，機械的操作管理，在活動中缺少思維參與，缺少發現問題、解決問題的熱情，使得農科院的活動等同于綜合實踐活動與勞技課，STEM培養效果大打折扣。在農科院STEM活動設計中，適當嵌入種植之外的其他形式的活動，能大大激勵學生對農科院活動的興趣，多樣化的組織形式也使得農科院STEM活動得以持續開展。如農科院中“給植物搭溫室大棚”項目中，綜合性較強，涉及科學、美學、工程及技術等多方面知識。學生在活動中，如果僅是單純地講解操作實踐模式，讓孩子將搭建大棚視為一項任務，被動參與，勢必思維參與度較低。我們可以利用模塊軟件組織學生進行“溫室模型設計”，先讓學生根據農科院條件用軟件對溫室大棚進行三維設計，讓孩子們利用信息技術，搜索海量信息，進行綜合處理與設計制作。模型設計活動能較好地綜合多學科知識，極大地激發學生對農科院STEM活動的參與度。

2.精簡過程，簡化STEM活動

（1）數碼引入，優化記錄形式。觀察是農科院活動的基礎，然而許多現象難以捕捉，往往只能以文本形式體現為主。這種傳統方式讓STEM教育的開展很不得力。一方面，文字表達的生動性明顯不夠，既不容易描述研究內容，也不方便受眾接受和理解。另一方面，學生在文字表達方面并不完善，往往需要花大量時間組織語言進行描述，探究效率大打折扣。提升STEM教學效率，需要克服學生文字表達的困難?，F代信息技術的天生優勢，它可以化遠為近、化靜態為動態、化抽象為直觀。如學生在實驗探究中的過程性記錄，可以引入數碼產品記錄。將觀察到的現象以靜態照片或動態視頻形式記錄。在遇到較難直接用語言讓學生明白的探究課題，比如在研究鳳仙花彈射傳播種子時，因為過程迅速，往往講述了半天，學生的頭腦中依舊無法建立起彈射種子時的動態畫面。將信息技術與STEM探究結合，用數碼產品拍攝出種子彈射過程，并以相關軟件進行剪輯制作，就可以將快速變化的現象特征清晰地展示給學生。優化記錄描述形式，讓學生的STEM探究事半功倍。

（2）結合創客，優化管理效率。有效的管理手段是農科院STEM教學的保障。農科院的管理事務較為繁瑣，每日澆水施肥等工作機械重復，耐心不足的孩子往往中途就打起了退堂鼓?，F代化的種植技術已經發展到自動化種植，利用計算機自動化管理植物的生長情況，能大大減少學生在STEM探究中時間與精力的投入，大大提高探究效率。如露天種植試驗地項目中，暑假期間因為太陽太猛烈又沒有及時澆水導致作物枯死的情況，我們鼓勵學生結合機器人程序設計知識，設計自動澆灌系統——當環境濕度持續1小時低于生長需求時，水龍頭感應系統將自動啟動，給植物澆水加濕。又如蘑菇種植房里的感光窗簾，當光線強度大干蘑菇生長需求時，將自動拉下窗簾，控制光感強度。這些設計，大大提高了農科院的管理效率，也大大提升了學生程序設計方面的創新能力。

3.應用拓展，深化STEM活動

農科院STEM活動與普通種植實踐活動的根本區別在于：STEM活動不是為了收成多少果實，重在探究過程。農科院學生在享受收獲的成就感時，也是最適合孩子進行STEM教學活動的時機。

（1）成果展銷，內化種植過程。農科院在成果豐收后，農產品的保鮮與銷售是一大難題。抓住時機鼓勵學生對農產品的保鮮進行STEM創新探究的同時，也讓學生推銷自己的收獲。如給學生提供平臺舉行農產品“展銷會”，給每個孩子一個展區，引導孩子利用iPad或者其他電子產品，對自己的產品生產過程進行總結和解說，吸引同學購買。一來解決了產品的滯留問題，二來在推銷過程中，合理使用信息技術對學生自己的種植過程進行了總結，培養了學生的創新能力。

（2）經驗介紹，深化種植拓展。經驗引領和同伴分享對STEM素養培養有重要意義。傳統的經驗分享受眾面小，不易推廣?，F代信息技術高度發展，網絡發達，使用信息技術將農科院STEM學習成果推廣應用，把孩子們有機整合起來，形成既能獨立研究、又能及時聯系合作的研究團隊，更利于STEM研究的有效開展和實效的取得。孩子們也可以通過QQ群、農科院專題網站、專題研究論壇等隨時展示階段性研究成果，交流研究中遇到的問題，共同尋求解決辦法等。學?？梢宰寣W生在一個探究階段結束后，舉行微課大賽，引導學生自己制作課件，當小老師，將自己的探究過程整理出來傳授給同學，和同伴一起分享成功的經驗。

總之，在STEM農科院活動中，恰當運動現代信息技術，必能有效提高研究效率，豐富研究成果，拓寬人才培養路徑，創新人才培養模式，提升育人實效，并最終推動少年科學教育工作科學發展、可持續發展。

點評

結合2016年中國青少年科技輔導員協會征文內涵“科學教育信息化之路的融合創新”和“STEM教育理念本土化的實踐嘗試”，本文作者嘗試通過所在小學少年農科院活動的實踐與探索，以充分運用現代信息技術，寓教于樂，精簡過程，拓展應用，趣化、簡化、深化農科院STEM探究活動的成功案例和進一步的反思，較好地詮釋了“科學教育新理念的實踐探索”這一主題，對廣大科技輔導員有一定的選題啟示和實踐研究的參考作用。

該論文所描述的實踐研究過程相對科學，過程清晰完整，應用信息化手段解決問題的探索有一定的創新性，結論具有積極意義。當然，如果作者在所論述的研究過程中能夠注意相關概念的界定，努力呈現實踐研究的“教育科研”特色，以及扭轉把“摘要”視為“內容提要”的認識，定會使本文的科學性更為明顯。

——翟立原（中國青少年科技輔導員協會理論工作委員會副主任委員，第24屆全國青少年科技輔導員論文征集活動評審委員會主任委員）