STEAM理念引领下的初中无人机课程探索

李佳篷

初中无人机课程的目标是让学生通过科技学习与实践，在促进自身身心发展的同时，养成良好的学习习惯和敢于直面困难、勇于拼搏的优良品质，让学生在学习无人机的过程中，感受竞技体育的魅力，多方面发展学生的创造力、多维空间想象力以及动手能力等。但是从各学校无人机课程开展的现状来看，该课程仍存在一些有待克服的问题，如训练场地的局限，飞行设备零件的高成本、高损耗，训练时间的长短不一，家长的不理解与不支持等。针对初中无人机课程的现状和困难，笔者结合自身教学实践和训练比赛经验，从课程目标设置、教学实施开展、教学评价设计等方面，对初中无人机课程进行了深入的探索与实践。

● 课程设计

1.贯彻STEAM理念的课程目标

STEAM教育理念下的初中无人机课程是培养学生动手能力、创新能力以及多维空间想象力等综合能力的一门新型课程。不同于传统学科课程，它从学生主观能动性的角度启发学生学习兴趣，培养学生发现问题、分析问题、解决问题的能力，以及良好的学习习惯。基于此，其课程目标也和其他课程有所不同，在STEAM教育中无人机课程更强调学生的主观思考与自主动手能力。其课程目标为培养学生自主创新精神，让学生树立良好的思维习惯与学习方式，掌握基本飞行原理，提高科技认知。

2.异于传统的学科融合

传统的学科融合是浅层次的两门单一学科的相互使用，根据《基于项目的STEM学习》中“明确的结果和模糊的任务”理念，本文所说的学科融合是指在STEAM教育背景下将多门学科知识加以整合运用，相辅相成完成明确的结果。“模糊的任务”这个概念给学生们的发展提供了无限的可能，学生可以用不同学科的知识进行组合完成实践创新。

3.课程评价体系重构

对于初中无人机课程，课程教学的内容和细节都处在探索和发展的过程中，因此需要建立一套符合学校、学生现状的课程评价体系。同时，需要对PDCA流程进行改进，重构适合初中无人机课程的课程评价体系，即“实施—评价—计划—改进”（D-C-P-A）。初中无人机课程是一项基于实践操作的课程，它没有复杂的文字需要背诵，将实施（D）作为课程评价体系的第一个环节可以最为直接地发挥学生的自主创造能力。实施（D）后需要教师带领学生及时完成对结果的评价（C），总结整理后产生新的计划（P）并通过动手完成改进（A）。

4.项目式学习贯穿教学始终

在STEAM教育理念中，项目式学习是经常被提起的一环。项目式学习是一种以学生为中心的教学方法，强调的是学生们在试图解决问题的过程中发展出来的技巧和能力。基于这个理念，将初中无人机课程中原本复杂的各项技术，如了解飞行原理、器械零件组装、飞行控制等设计成项目式学习的各项任务，学习过程会变得较为轻松，也顺应了STEAM教育理念中项目式学习的理念。

● 教学实践

在开展初中无人机课程教学的过程中，笔者所在学校将课程教学分为三个阶段：通用基础知识、DIY积木飞行器、LiteBee无人机。在这三个阶段中主要针对LiteBee Brix积木无人机开展教学，LiteBee Brix是一款乐高积木DIY套件，重量70克，遥控距离30米，充电时长30分钟，飞行距离6分钟。

1.教学环境

为了满足初中无人机课程教学的特殊性，笔者所在学校参考美国STEAM实验室的建设，并根据学校的发展理念，建设了“无人机创客实验室”，设计了课程教学方案。

2.教学安排

学校将初中无人机课程的教学内容安排为校本课程，每学期的教学分为6个阶段（学习理论、制订计划、分解任务、重复练习、寻找规律、打破常规），12个课时。无人机理论的学习是让学生在脑海中建立一个基础的飞行框架，通过自身学习的情况制订整体“飞行计划”，在整体计划确立后用树状图的形式分解每一次的任务，可以小组或个人为单位。任务确立后便是学生不断地重复练习，在飞行过程中找到问题的关键，摸索规律并在一定控制基础上不断创新。在课堂安排上，笔者根据学生能力的差异组成不同的兴趣小组，从小组的特色出发布置不同的研究任务。在课程中，将体育、美术、信息技术等多门学科进行融合，在理论课的学习过程中，学生根据要求绘画出制订的机械构成与飞行路线，运用编程技术检测与设计机械，在平时训练过程中不仅要求掌握基本的机械，还会加入体能的训练以确保学生对无人机能够做到长时间的稳定控制。

3.课程实施

授课中，根据“实施—评价—计划—改进”（D-C-P-A）课程体系进行教学，准备充足零件，布置好教学场地后，第一节课在实验室内进行理论教学并组织学生自主完成机械组装，第二节课安排学生到飞行区域进行飞行。对第一次的飞行试验教师应有心理准备，因为大部分的学生难以操控机械，所以会出现很多状况，要特别注意学生之间距离的大小、操作安全隐患等，及时对出现的问题组织学生思考与讨论，并做出评价。经过几次课时练习后回到实验室总结问题并提出整改方案。

● 教学效果

1.培养了学生的创新精神

“同类型机械中，通过何种方式能够将无人机的速度达到最快且不失控制”这个问题是笔者在教学的第二节课抛给学生的。在刚接触无人机时，学生们都认为这个问题难以解决，在課程进行到中后期时，有一个讨论小组提出了解决这个问题的创意。在飞行过程中，他们将LiteBee Brix无人机的积木零件进行减重，将弹力绷带替换为可粘性布带，通过更替材料、调整机身重量的办法来提高无人机的速度。

2.锻炼了学生动手实践能力

在无人机的教学里最基础的一个部分就是动手拆解、组装机械引擎，按照飞行原理调适机械，安装合适的螺旋桨以及电路。螺旋桨的位置摆放学生经常会出现问题，在教学过程中，笔者会安排学生对各个无人机进行多次组装、拆解、组装，在不知不觉中锻炼学生的实践能力。

3.培养了学生克服困难的毅力

组装并控制一台无人机需要学生综合物理、数学、计算机、体育甚至语文、英语等学科的内容来完成。在学习过程中会碰到各式各样的问题，但无人机的学习是学生自主意愿的导向，本能的求知欲和兴趣会促使学生在碰到困难时迎难而上，勇于克服。

4.提升学生竞争意识和竞技精神

在飞行比赛里，学生需要有很高的专注度和熟练的飞行技巧，这培养了学生专注的精神，锤炼了学生坚持的品质，也使其在比赛过程中享受到了竞技的魅力。

● 收获与启示

1.教师层面

通过课程的设计与实践，教师的学习观逐渐从“白板说”向“建构式”转变，其教学方法也从以往的“填鸭式”“讲解法”等转向“以学生为主体”，教师能够根据不同能力、不同基础的学生，采取不同的教学方法。第一，对动手能力不太强的学生，借助一些构造性训练，通过小部件的组装到多种零件混搭，一步步提升他们的动手能力并且让其获得一定的自我认同感。第二，对三维意识较为薄弱的学生，首先开展一些想象性训练，通过在慢跑的过程中，设置障碍，虚拟模拟飞行轨迹，在学生脑海中一点点树立三维立体的概念。这个环节在实践过程中面临一定的难度，但通过教师的辅导，从迈出第一步开始到最后顺利完成，学生的三维意识有了较为明显的提升。第三，对操控水平一般的学生，首先进行一些操作性训练，通过相同状态不同控制模式的飞机飞行，记录每次的飞行数据，让学生在数据中找出每次不同操作下会产生的不同轨迹。

2.学生层面

通过课程的学习，学生在无人机的技能上有所收获，通过训练意志品质，解决问题的方式也得到了不同程度的提高，即从开始的一味“被动获得”逐渐向“主动探索”转变，在一次次的训练和探索过程中，学生会从每次的细节里体会获得感。第一，认知的获得。一切发明创造都源于好奇，好奇是发明创造的动力源泉。在无人机课程中，学生能够在脑海里形成一个潜力无限的科学观。这会使学生产生一种截然不同的求知欲，并将这种求知欲运用到学习中去来解答自身对科技的困惑，从而为其身心发展打下良好的基础。第二，技能的获得。在当前STEAM教育的背景下，初中无人机课程的培养目标首先是要求学生掌握如何组装、搭建、控制飞行器械，其次才是情感意识的提高。技能的掌握是学生在参与学习的过程中学习成果的最直接展示，技能的掌握同样也是课程评价体系中重要的一个部分。第三，情感的获得。在初中无人机课程所建立的课程评价体系中，情感的获得是获得中的一种，同样也可以理解为是评价环节里不可或缺的一部分。

● 结语

在STEAM教育背景下，初中无人机课程的发展是充满潜力的，但在探索过程中仍有很多问题需要去解决，如课程的规范化、对场地设施的依赖性、飞行器械的损耗和成本等。另外，如何获得家长的理解、提升学生的重视程度、解决教学课时的冲突等都是未来初中无人机课程发展过程中需要解决的问题。

本文系江苏省教育科学“十三五”规划课题“初中生STEM+项目学习的行动研究”（编号：E-c/2018/05）阶段成果;梁溪区高校支持项目“‘深度学习 思维课堂：教师教学及科研能力培训”阶段成果;无锡市前瞻性项目“初中生STEM+項目式教学实践与研究”阶段成果。