依托信息技术 深化拓展探究

蔡云

摘要：结合STEM教育打造少年农科院，促使我们审视农科院与STEM教育的联结。笔者试以本校少年农科院发展为例，就充分运用现代信息技术，寓教于乐，精简过程，拓展应用，趣化、简化、深化农科院STEM探究活动，为助推少年科学院发展作一些实践与探索。

关键词：农科院 STEM教育 信息技术

一、着眼发展：STEM农科院的背景

社会的飞速发展，科技创新起着主导作用。而对一个国家、一个民族的强盛荣辱兴衰起着至关重要的青少年接班人，他们的创新STEM素养培养尤为重要。许多中小学也充分认识到这一点，不少学校的少科院都开设了以农业种植为主要内容的“农科院”活动。农科院是丰富少年儿童活动经验，提升少年儿童科学素养的重要途径，受到越来越多学生的接受和欢迎。传统教育下的农科院培养模式越来越不能满足知识型经济的要求，无法在质与量上提供具创意的人才，因此在少年农科院引入STEM教育理念，嵌入STEM相关课程，并将该课程与农科院特有的探究资源与环境相结合，可以使学生们有效学习STEM课程，并且开创性地进行工程方面的学习，培养学生利用STEM教育素养解决问题，进一步发挥创意，成就创新。

二、审视反思：STEM农科院的困境

1.教师方面：衔接困难

STEM农科院的辅导教师通常为一线科学教师，缺少农业种植经验，在农科院活动较难给出创新性指导。更有多数指导教师认为，STEM是门“高大上”的学问，应该与机器人、探究实验结合；而农科院是以传统的农业种植为主，农业种植传承了几千年，学生在短短的几个学期的实践中很难与STEM理念衔接，开展创新性探究。

2.学生方面：持久度差

缺少STEM课程活动的介入，农科院的活动主要是种植物，定期观察与管理，成熟后及时采摘，主要功能为探究植物的生长奥秘。农科院种植往往需要一个漫长的过程，受众多因素（如气候、土质、管理等）的影响与限制。另外，对农科院种植作物的探究活动，没有物理、化学实验探究那样有剧烈明显的实验现象冲击学生的思维，要捕捉到明显现象需要持续跟踪观察。农科院活动难以组织，孩子参与度低，许多孩子在农科院培养活动中半途而废，难以培养STEM素养。

审视STEM农科院建设的困境，其根源是对STEM教育的认知存在误区，导致与农科院活动的对按难以找到切入口，继而难以达成培养学生STEM素养的目的。

三、聚焦突破：STEM农科院的对接

1.STEM教育的界定

STEM教育包含了四大领域的科学知识。科学、技术、工程、数学四者之间存在着相互补充与支撑的关系，同时STEM教育也相应培养了学生的综合素养。与传统的教育体系相比，STEM教育的创新是将几门学科零散的知识有机地结合起来。学生获取知识的过程、方法较为系统化、多元化，能够使学生充分强化数理逻辑思维、创新思维并有效地解决实际问题。目前小学科学教育阶段中，学科之间划分明显，导致培养学生的能力较为单一，不能很好地全面发展，STEM教育对我国培养复合型、创新型人才有着重要的启示。STEM教育是当下科学教育的一种指导思想，其真正的含义就是要重视学科之间的交叉，将交叉领域的知识运用一定的教学方法让学生掌握。

2.STEM与农科院的联结

STEM教育的目标不仅仅是简单地将科学、技术、工程和数学这四方面组合起来，而是在特定的情境下，运用STEM四方面的综合知识和科学探究学习方式，让学生主动研究和设计问题、解决问题等，将学习到的零碎知识与机械过程转变成探究世界相互联系的不同侧面的过程（见图1）。

科学与数学思维进农科院。农科院中特有的探究资源与环境，是理想的STEM素养培养平台。如农科院中对各种植物的生长条件的探究，需要学生对不同植物的生长条件进行合理推测、细致观察、科学实验及测量，收集数据并对不同条件下植物的生长情况数据进行分析，从而得出结论，将科学、数学思维巧妙地结合到农科院活动中。

工程与技术思维进农科院。为保证农科院种植的农作物有更好的生长条件，学生要在种植管理过程中，发现存在的问题及不足，根据发现的问题设计相关的工具提高种植效率。比如，搭建温室大棚及自动温室感应浇灌等管理工具的设计与制作，按照“提出假设联系理论学习联系工程应用”的活动组织方式，让学生对相关工具模型进行设想，根据想象准备材料制作工具，并在农科院管理中投入使用，测试效果不断完善。这一设计过程极大发展了学生的工程及技术素养。

四、探索提升：STEM农科院的策略

农科院是培养STEM素养的平台。然而，在农科院的研究活动中，需要花费大量时间，而且研究成果常常还不易取得，取得后也不易展示和交流。在孩子们心目中，农业已经往往是落后农耕文化的代名词，不能有效激起队员们的探索兴趣。另一方面，学生在学校、家庭中轻易就能够接触到电脑、手机、网络等现代信息技术媒体，由于其先进的传播方式而很容易进入学生的头脑之中，它們直观、便捷、快速，成为广大学生喜闻乐见的信息呈现和取得方式。因此，充分运用现代信息技术的优势，将其与农科院有机结合起来，提高STEM教育内容，更有效地培养队员们的STEM能力与素养，培养创新型人才，让STEM农科院工作插上信息化的翅膀，就变得十分有必要了。

1.寓教于乐，趣化STEM活动

兴趣是最好的老师。许多学生认为研究科学就应该成为大科学家，研究火箭、机器人等科技项目，而研究农业不属于科学范畴，不屑于研究农业项目，农业STEM研究引不起孩子的探究兴趣。而现代信息技术很容易就能进入孩子们的生活，打动孩子的心灵，在这样的情况下，我们有必要通过信息技术提升学生研究农业项目的兴趣。

（1）游戏植入，替代经验。农科院的学生基本都是“00后”，生活在工业化的家庭环境中，缺乏对农业种植的经验。农科院的STEM活动需要较丰富的农业实践经验，而多数孩子在生活中缺少农业实践的条件而导致在STEM课程开展中因缺乏经验指导而兴趣失落。在农科院STEM教学中，给学生提供模拟实践方式，弥补缺失的实践经验，从而激发STEM探究兴趣极为必要。如学生在STEM活动开展之前，我们可以采用类似于“开心农场”一类的涉农游戏激趣，让学生首先明白农业种植的主要步骤、过程、注意点等，通过不长的时间，让他们先在网络上体验成功的乐趣和丰收的愉悦，这种类似于“建模”的养成游戏模式，很容易就抓住了学生的心，让其内心对农业不排斥甚至产生兴趣。通过“开心农场”，学生在产生兴趣的同时知道农业种植需要耐心，作物需要我们时时刻刻的照顾和管理，让学生对农科院的种植活动有充分的认知，对种植活动有初步的规划，为学生的创新铺上了垫脚石。

（2）软件制模，丰富参与。农科院学员的种植探究活动形式比较单一，机械的操作管理，在活动中缺少思维参与，缺少发现问题、解决问题的热情，使得农科院的活动等同于综合实践活动与劳技课，STEM培养效果大打折扣。在农科院STEM活动设计中，适当嵌入种植之外的其他形式的活动，能大大激励学生对农科院活动的兴趣，多样化的组织形式也使得农科院STEM活动得以持续开展。如农科院中“给植物搭温室大棚”项目中，综合性较强，涉及科学、美学、工程及技术等多方面知识。学生在活动中，如果仅是单纯地讲解操作实践模式，让孩子将搭建大棚视为一项任务，被动参与，势必思维参与度较低。我们可以利用模块软件组织学生进行“温室模型设计”，先让学生根据农科院条件用软件对温室大棚进行三维设计，让孩子们利用信息技术，搜索海量信息，进行综合处理与设计制作。模型设计活动能较好地综合多学科知识，极大地激发学生对农科院STEM活动的参与度。

2.精简过程，简化STEM活动

（1）数码引入，优化记录形式。观察是农科院活动的基础，然而许多现象难以捕捉，往往只能以文本形式体现为主。这种传统方式让STEM教育的开展很不得力。一方面，文字表达的生动性明显不够，既不容易描述研究内容，也不方便受众接受和理解。另一方面，学生在文字表达方面并不完善，往往需要花大量时间组织语言进行描述，探究效率大打折扣。提升STEM教学效率，需要克服学生文字表达的困难。现代信息技术的天生优势，它可以化远为近、化静态为动态、化抽象为直观。如学生在实验探究中的过程性记录，可以引入数码产品记录。将观察到的现象以静态照片或动态视频形式记录。在遇到较难直接用语言让学生明白的探究課题，比如在研究凤仙花弹射传播种子时，因为过程迅速，往往讲述了半天，学生的头脑中依旧无法建立起弹射种子时的动态画面。将信息技术与STEM探究结合，用数码产品拍摄出种子弹射过程，并以相关软件进行剪辑制作，就可以将快速变化的现象特征清晰地展示给学生。优化记录描述形式，让学生的STEM探究事半功倍。

（2）结合创客，优化管理效率。有效的管理手段是农科院STEM教学的保障。农科院的管理事务较为繁琐，每日浇水施肥等工作机械重复，耐心不足的孩子往往中途就打起了退堂鼓。现代化的种植技术已经发展到自动化种植，利用计算机自动化管理植物的生长情况，能大大减少学生在STEM探究中时间与精力的投入，大大提高探究效率。如露天种植试验地项目中，暑假期间因为太阳太猛烈又没有及时浇水导致作物枯死的情况，我们鼓励学生结合机器人程序设计知识，设计自动浇灌系统——当环境湿度持续1小时低于生长需求时，水龙头感应系统将自动启动，给植物浇水加湿。又如蘑菇种植房里的感光窗帘，当光线强度大干蘑菇生长需求时，将自动拉下窗帘，控制光感强度。这些设计，大大提高了农科院的管理效率，也大大提升了学生程序设计方面的创新能力。

3.应用拓展，深化STEM活动

农科院STEM活动与普通种植实践活动的根本区别在于：STEM活动不是为了收成多少果实，重在探究过程。农科院学生在享受收获的成就感时，也是最适合孩子进行STEM教学活动的时机。

（1）成果展销，内化种植过程。农科院在成果丰收后，农产品的保鲜与销售是一大难题。抓住时机鼓励学生对农产品的保鲜进行STEM创新探究的同时，也让学生推销自己的收获。如给学生提供平台举行农产品“展销会”，给每个孩子一个展区，引导孩子利用iPad或者其他电子产品，对自己的产品生产过程进行总结和解说，吸引同学购买。一来解决了产品的滞留问题，二来在推销过程中，合理使用信息技术对学生自己的种植过程进行了总结，培养了学生的创新能力。

（2）经验介绍，深化种植拓展。经验引领和同伴分享对STEM素养培养有重要意义。传统的经验分享受众面小，不易推广。现代信息技术高度发展，网络发达，使用信息技术将农科院STEM学习成果推广应用，把孩子们有机整合起来，形成既能独立研究、又能及时联系合作的研究团队，更利于STEM研究的有效开展和实效的取得。孩子们也可以通过QQ群、农科院专题网站、专题研究论坛等随时展示阶段性研究成果，交流研究中遇到的问题，共同寻求解决办法等。学校可以让学生在一个探究阶段结束后，举行微课大赛，引导学生自己制作课件，当小老师，将自己的探究过程整理出来传授给同学，和同伴一起分享成功的经验。

总之，在STEM农科院活动中，恰当运动现代信息技术，必能有效提高研究效率，丰富研究成果，拓宽人才培养路径，创新人才培养模式，提升育人实效，并最终推动少年科学教育工作科学发展、可持续发展。

点评

结合2016年中国青少年科技辅导员协会征文内涵“科学教育信息化之路的融合创新”和“STEM教育理念本土化的实践尝试”，本文作者尝试通过所在小学少年农科院活动的实践与探索，以充分运用现代信息技术，寓教于乐，精简过程，拓展应用，趣化、简化、深化农科院STEM探究活动的成功案例和进一步的反思，较好地诠释了“科学教育新理念的实践探索”这一主题，对广大科技辅导员有一定的选题启示和实践研究的参考作用。

该论文所描述的实践研究过程相对科学，过程清晰完整，应用信息化手段解决问题的探索有一定的创新性，结论具有积极意义。当然，如果作者在所论述的研究过程中能够注意相关概念的界定，努力呈现实践研究的“教育科研”特色，以及扭转把“摘要”视为“内容提要”的认识，定会使本文的科学性更为明显。

——翟立原（中国青少年科技辅导员协会理论工作委员会副主任委员，第24届全国青少年科技辅导员论文征集活动评审委员会主任委员）