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

摘 要：在當前的政策背景下，依據建構主義和杜威“做中學”兩大理論，東莞市常平鎮振興中學提出了構建STEM課程的設想并付諸實踐。學校在近幾年的研究過程中取得豐碩的研究成果，開發一系列STEM課程和活動項目，提出一系列的課程開展模式。經過實踐發現，深度教學模式更能體現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新思維、工程思想和科學素養。

關鍵詞：深度教學;STEM教育;課程模式;實施策略

2021年6月國務院印發《全民科學素質行動規劃綱要（2021—2035年）》的通知指出：“科學素質是國民素質的重要組成部分，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。”從中可以看出，目前國家非常重視學生科學素質的培養，STEM課程不但是實施科學素質培養的課堂陣地，也是培養學生工程思想和創新思維的場所。

一、目前STEM教育的現狀

STEM是科學（Science）、技術（Technology）、工程（Engineering）、數學（Mathematics）的簡稱。STEM教育就是集科學、技術、工程、數學多領域融合的綜合教育，對鍛煉學生動手能力、編程能力、培養團隊協作精神有很大幫助。開展STEM教育活動，其根本目的在于發展學生的創造能力和綜合設計能力，進而形成良好的科學素養和創新思維品質。然而，在傳統的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、借助深度教學相關理論，開展STEM品質課堂教育

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，而是基于知識的內在結構，通過對知識完整處理，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，是對知識的深度學習。深度教學理念強調引導學生對知識的完整理解和深刻學習，追求的是教學的發展性，既讓學生在認知、情感、技能等方面發生系統的變化，又能使學生的學科核心素養和關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廣泛被用于品質課堂、STEM教育、創客教育、PBL項目式學習等教學中。

三、品質課堂理念下，STEM課程的開展模式

品質STEM課堂以三個核心為主，包括課程、活動、評價。課程是基礎，是學生學習基礎技能的保證;活動是提升，是在課程基礎上，對學生知識機構的提升和完善;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鍵能力點，分別是掌握傳感器技術、培養創新思維能力，提高科學素養水平。品質課堂STEM課堂模型如圖所示：

四、STEM課程實施，打造品質課堂的策略

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過程，是學生學科能力發展的根本途徑。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，是發展學生學科能力的基本要求，也是豐富學生學科經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據得出結論，往往還需要我們對數據歸納分類，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，碰撞開關的長度是多少，碰撞傳感器的接口線接在主板哪個數字端口。在編寫完碰撞檢測程序后，可讓學生自己設計觀察表格，學生必須要對觀察數據進行分析和歸類，才能得到正確的結論，這鍛煉了學生對數據歸納的能力。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，讓學生在設計實驗過程中能有一個指引方向，做到自主學習和任務驅動相結合。最后是重視小組合作，讓學生在小組合作中學會對任務進行分解。

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，學生經過潛移默化，在研究新生事物時，或在自己設計新項目時候，就會應用上所學的探究方法，這無論是對于學生綜合素質的提高，還是學生科學素養的培養都有很大的幫助。

（二）在傳感器應用教學中融入科學素養的培養

基本科學素養的主要內涵包括三個方面：1. 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;2. 對科學方法達到基本的了解程度;3. 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，如何完成提高學生科學素養的使命呢？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系在一起，給學生講清楚聲音的傳播需要的介質和聲音的反射。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，可以向學生介紹，現在所有停車場、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，和光感應燈聯系在一起，講震動傳感器的時候，可以和地震監測儀聯系在一起。第三，講設計。學生學完傳感器之后，利用所學的傳感器來設計一個作品，從而不斷提升學生的工程思想。

（三）課堂采用6E設計型學習模式凸顯工程思想

美國國際技術與工程教育學會于2014年提出的6E設計型學習模式，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）等六個環節。其中參與階段是指讓學生通過自主觀察發現問題，自我思考，并確定自己的主題任務。例如讓學生去觀察現在的老人怎樣用嬰兒盤給嬰兒洗澡，從而他們定下要設計《會溫度報警的安全嬰兒沐浴盤》的任務。探索階段是學生基于主題任務開展的探究活動，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進行可行性設計。解釋階段是學生用所學知識來解釋自己項目的設計，從理論上證明設計的科學性。這一階段，教師會針對學生設計的作品進行初步檢驗，并要求學生向教師解釋作品的設計原理，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，在這一環節，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，具體的評價標準可以參考STEM教育、創客教育評價標準。

（四）重視創新思維的培養，讓課堂進入微創新時代

在STEM課堂中，要重視創新思維的培養。具體做法如下，第一課程設計上要突出微創新，立足的是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，強調的是微創新。例如在講《簡易電梯》一章時，課本上電梯的結構和功能還不是很完善，可以引導學生從外觀、功能、結構等方面去進行“增加”“調整”“代替”“改進”，這就是微創新。讓學生了解，創新并不是一件很難的事。

第二，STEM課程的設計可以從生活中物品的改造入手，以智創生活為主題進行開發。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，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）利用智慧課堂環境進行高效課堂教學

在STEM課堂中，教師借助智慧課堂系統來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，提交自己工程筆記或模塊任務，教師通過查看學生工程筆記或模塊任務，了解學生項目進度，及時介入遇到問題而無法繼續項目的小組，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，實時把教師的評價反饋給學生，實現評價反饋即時化，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交流互動立體化。倒計時，可以對學生制作的任務計時，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品質課堂的成效

自學校開展STEM課程建設以來，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新人才培育基地、首批東莞市創客教育學校、2012—2017東莞市優秀科技活動學校;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。負責課程建設的教師中，鄧漢盤老師被評為名師工作室主持人、信息技術學科帶頭人、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”如何真實發生[J].今日教育，2017（06）.