基于智慧農(nóng)田中學平臺化STEM課程設(shè)計

郭宏宇

摘要：在中國，STEM教育正越來越受到教育界重視。但是，部分地區(qū)開設(shè)也或多或少存在問題。會出現(xiàn)家長反對、領(lǐng)導(dǎo)反對、教師反對的局面。為解決目前各中學開展STEM課程存在問題，本文根據(jù)學校自身條件實事求是的開展教學設(shè)計。以最低成本，效率最高，提高各學科的知識使用能力，打破時空限制，利于長久課程發(fā)展。

關(guān)鍵詞：STEM;智慧農(nóng)田;平臺化

一、課程實施背景

STEM教育理念，是“科學”、“技術(shù)”、“工程”、“數(shù)學”四門學科的融合貫通式教育，重點培養(yǎng)學生四個方面的素養(yǎng)。

目前，在中國，STEM教育正越來越受到教育界重視。國家也出臺了一系列政策來支持STEM教育的探索與發(fā)展。2020年，教育部印發(fā)《中小學教師培訓課程指導(dǎo)標準》，將STEM課程開發(fā)納入研修主題。

與此同時，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教師培訓活動中，首次將STEM教師納入省級骨干教師評選范圍。

二、STEM課程現(xiàn)狀與問題分析

目前，發(fā)達地區(qū)學校在開展STEM課程方面都有優(yōu)秀案例，尤其在上海、深圳各中學開展非常成功。

但是，其他地區(qū)開設(shè)也或多或少存在問題。以陜西STEM交流活動中，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，其他學校更是很難開展起來。

究其原因，主要是因為過去的STEM課程開展，動用教師數(shù)量多，課時時間長，耗費器材費用大，課程多為各科拼湊不成系統(tǒng)，一次STEM課程居然需要兩個課時之長。對于學生學科知識、操作水平并沒有實質(zhì)上的幫助，反而浪費時間。因而家長反對、領(lǐng)導(dǎo)反對、教師反對的局面容易產(chǎn)生。

三、基于智慧農(nóng)田的STEM教學平臺

為解決目前各中學開展STEM課程存在問題，需要根據(jù)學校自身條件實事求是的開展。以最低成本，效率最高，提高各學科的知識使用能力，打破時空限制，利于長久課程發(fā)展。開發(fā)智慧農(nóng)田融創(chuàng)課程就具備有很大意義，設(shè)計實施如下：

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，將課堂開到戶外，方便各科教師隨時參與，學生隨時學習。

2、取消STEM課時時間限制，學生的學習時間利用課間時間。只要有足夠吸引力，學生路過觀看并思考便是參與學習。

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

4、引入健康激勵機制，無論是教師還是學生，只要將所學、所教學科知識應(yīng)用到了智慧農(nóng)田中，在所提供實驗位置插入標識牌展現(xiàn)，上邊突出參與人的姓名與班級、指導(dǎo)老師。

四、各學科教學整合設(shè)計

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

2、物理：聚焦農(nóng)用工具設(shè)計、水循環(huán)設(shè)計、溫度設(shè)計、電力設(shè)計等。放射性同位素用于改良品種、測定土壤水分、貯藏農(nóng)產(chǎn)品、殺菌等;激光用于育種、控制作物生長、治蟲、抑制雜草生長等;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，探測農(nóng)作物病蟲害和森林火災(zāi)，估計農(nóng)作物產(chǎn)量，測光合作用和加熱等;紫外線用于誘殺害蟲、檢驗種子純凈和霉爛情況及防止雞瘟等;微波加熱技術(shù)用于烘干和殺蟲，處理種子和培育良種，除草滅蟲和測定農(nóng)產(chǎn)品含水量、防霜等;高頻電磁場烘干糧食、木材，高頻育種和加速新酒陳化過程等;磁化水浸種催芽;電子流育種。農(nóng)業(yè)物理學還要研究太陽輻射及其利用、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：聚焦作物品種與習性、培育植株等

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

5、美術(shù)：聚焦農(nóng)田外觀設(shè)計、作物攝影。

6、數(shù)學：各科設(shè)計中的計算能力支撐。

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

1、專家引領(lǐng)

根據(jù)學校現(xiàn)實情況，聘請大學專家指導(dǎo)，可以是親自到場規(guī)劃，也可以遠程指導(dǎo)，豐富學科前沿創(chuàng)新能力。

2、企業(yè)引領(lǐng)

根據(jù)學校現(xiàn)實情況，邀請優(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)田提供實用參照。與此同時，將學校孵化產(chǎn)作品供給企業(yè)研發(fā)產(chǎn)品，形成“產(chǎn)學研”鏈條。也可以借力企業(yè)智能云平臺助力農(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)客教室作為實驗場地，并且整個系統(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、學生參與

首先科技類社團學生，包括創(chuàng)客社團、生物社團、航模社團、數(shù)學社團等可以直接在智慧農(nóng)田開展實驗，普通各班學生也可以在課間利用智慧農(nóng)田作為平臺開展思考，所孵化科技創(chuàng)新成果參加省市各項創(chuàng)新比賽。

5、校內(nèi)學科教師參與

根據(jù)學校現(xiàn)實情況，聘請校內(nèi)學科教師指導(dǎo)，講課內(nèi)知識點轉(zhuǎn)化為實驗，在智能實驗田里進行投放演示。保留實驗結(jié)果提高知識轉(zhuǎn)化效果。

六、預(yù)期效果

可形成STEM課程體系，讓學生、教師切實感受學科融合的優(yōu)勢。可打造優(yōu)質(zhì)STEM課例、對接省市創(chuàng)新比賽。可開發(fā)具有觀摩展示功能的試驗基地，吸引社會各界教育資源聚集。

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陜西省西安市雁塔區(qū)陜西師范大學附屬中學 710061