模电综合实践课在校外科技教育中的探索

2021-08-10张文龙刘星汉

中国校外教育(上旬) 2021年3期

张文龙刘星汉

摘要：科技创新在党和国家全局部署中的位置越来越重要，对青少年儿童进行科技教育、培养科学精神具有十分重要的意义。北京学生活动管理中心的模电综合实践课作为北京市“三个一”活动的创新项目，在校外儿童科技教育方面进行全新探索：在充分准备的基础上，经过SWOT分析，构建课程框架，构思育人理念及目标，改进教学方法和形式，进行教学评测，在培养学生的社会责任感、创新精神和实践能力等方面取得成效。

关键词：校外儿童;科技教育;模电综合实践课

中图分类号：G423 文献标识码：A 文章编号： 1004-8502（2021）03-0107-08

作者简介：张文龙，北京学生活动管理中心科技教学部部长，研究方向为科技教育;刘星汉，北京学生活动管理中心科技教学部教师，研究方向为科技教育。

一、引言

1956年1月，中共中央召开全国知识分子问题会议，大会向全党、全国人民发出“向现代科学进军”的号召[1]。同年，中央政府制定了中国第一个中长期科技规划——《1956-1967年科学技术发展远景规划》[2]。1978年，在全国科学大会上，邓小平同志强调“科学技术是生产力”，要求把“尽快培养一批具有世界第一流水平的科学技术家，作为我们科学、教育战线的重要任务”。20世纪90年代，以江泽民同志为核心的第三代领导集体全面落实“科学技术是第一生产力”的思想，提出实施科教兴国战略。2006年，胡锦涛同志提出“坚持走中国特色自主创新道路，为建设创新型国家而努力奋斗”[3]。党的“十八大”以来，以习近平同志为核心的党中央对科技创新进行了全局谋划和系统部署，深入实施科教兴国战略、人才强国战略。2016年，中共中央、国务院印发《国家创新驅动发展战略纲要》，明确我国到2050年建成世界科技创新强国“三步走”的战略目标，同月，习近平总书记在全国科技创新大会、两院院士大会、中国科协第九次全国代表大会上强调“科技兴则民族兴，科技强则国家强”，“要在我国发展新的历史起点上，把科技创新摆在更加重要位置，吹响建设世界科技强国的号角” [4]。党的十九届五中全会明确提出坚持创新在我国现代化建设全局中的核心地位，把科技自立自强作为国家发展的战略支撑。《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》又对坚持创新驱动发展、全面塑造发展新优势做出一系列重大部署。由此可以看出，科技创新在党和国家全局部署中的位置越来越重要。

在这样的背景下，科技教育的实施显得尤为迫切，因为一切科技创新活动都是人做出来的，实现科技创新关键在人，对青少年儿童进行科技教育，是培养德智体美劳全面发展的社会主义建设者和接班人必不可少的一环。对于青少年儿童的科技教育，习近平总书记多次提出殷切期望。2016年末，习近平总书记在给北京市八一学校科普小卫星研制团队学生的回信中写道，“希望你们保持对知识的渴望，保持对探索的兴趣，培育科学精神，刻苦学习，努力实践，带动更多青少年讲科学、爱科学、学科学、用科学，努力成长为祖国的栋梁之材，将来更好为实现中华民族伟大复兴的中国梦贡献力量。”[5] 2020年，在科学家座谈会上，习近平总书记指出，“好奇心是人的天性，对科学兴趣的引导和培养要从娃娃抓起，使他们更多了解科学知识，掌握科学方法，形成一大批具备科学家潜质的青少年群体。”[6]

2016年，核心素养研究课题组发布的《中国学生发展核心素养》将核心素养分为文化基础、自主发展和社会参与三个方面，其中科学精神是六大素养之一，主要是学生在学习、理解、运用科学知识和技能等方面所形成的价值标准、思维方式和行为表现[7]。2017年，教育部制定了《中小学综合实践活动课程指导纲要》，“强调学生综合运用学科知识，认识、分析和解决现实问题，提升综合素质，着力发展核心素养，特别是社会责任感、创新精神和实践能力”[8]。

这些指示精神、文件、理论框架等都为具体的科技教育实践提供了指引与依据。相对于学校教育的学科教学，校外教育能为科技教育提供更丰富多元的实践探索空间。校外科技教育的开展如火如荼，但也存在良莠不齐的现象。为满足中小学生对优质校外教育的需求，进一步提升校外教育质量，北京市教委在全市校外教育机构开展“培育一批创新项目、建设一批特色项目、发展一批精品项目”活动（以下简称“三个一”活动）[9]，北京学生活动管理中心的模电综合实践课作为创新项目应运而生。

二、模电综合实践课的构建过程

（一）前期准备

1.打造师资队伍

模电综合实践课教师队伍包括北京学生活动管理中心航模、海模、电子技术、创新机器人、科技制作、TTS（Technology Teaching Systems）传统科技教学部项目的6位教师。6位教师在模型知识、动手能力、电子知识、工具使用、结构搭建、逻辑编程、静态模型制作、文化研究、机械原理、制作技巧等方面各有侧重，教师本人和教授的学生在各自传统科技教学项目中多次获得全国、全市表彰和各类比赛奖项，专业水平得到同行认可。此外，北京学生活动管理中心教育教研室的专家长期为模电综合实践课的教师开展师资培训和教学指导，为课程建设把握方向。

2. 配置场地设施

模电综合实践课拥有占地1500平方米以上的8间教室，包括6间科技教学教室和2间科技活动预备教室，提供激光切割机、3D打印机、钻床小工具、航空模型、机器人等近60种设施、设备、工具和科技教学材料，设施设备适用、安全。

3. 建立管理体系

模电综合实践课教师的分工合理，有明确的项目管理办法。教学活动紧紧围绕项目活动目标，依托于项目教案的设计和编订的教材，制定项目阶段性的计划和评价目标，进行阶段性的总结和学期总结。教室及活动场所有完备详尽的安全管理制度，每间教室有固定的安全责任人，设计活动安全预案，严把审核流程。

4.加强经费保障

模电综合实践课在2018年由市财政专项经费支持科普材料费约19万元，项目实践与展示活动经费11万余元，为充分满足项目发展需求提供经费保障。

（二）SWOT态势分析

北京学生活动管理中心采用SWOT态势分析法①对上述基本状况及其他信息进行收集、分析与研究，总结发现，校外科技教育的优势在于：拥有多位教育教学经验丰富的教师;教室位置、面积、教学设备符合现代化的教学需求;同时，作为北京市唯一一家市级校外教育机构、市级学生金鹏科技团，有必要发挥示范引领作用，为传统校外科技教育项目改革做出探索。存在的问题：由于传统的校外教育采用学科分类方法（模型、电子、机器人等），导致各学科的发展方向、教研管理、活动设计等相对割裂，造成了各学科间缺乏共融，已无法满足学生发展需求。机会在于：党和国家越来越重视科技教育;北京市教委在全市校外教育机构大力开展“三个一”活动。这为校外科技教育探索提供了新的机会和方向。面临的挑战：学校教育功能日益完善、校外培训机构迅猛发展，对现有的校外教育发展提出了更高的要求，校外教育特别是校外科技教育亟待谋求新的发展之路。

通过学情分析和SWOT态势分析，北京学生活动管理中心启动研发“三个一”创新项目——模电综合实践课。

（三）课程构建

模电综合实践课是将模型、电子、机器人课程、科技制作、TTS有机整合后的综合实践课程，将原有科技教育相融合，对传统科技教育进行再塑造，实现整合与提升（如图1），搭建平台促使学生可以相互合作形成团队，在不同课程中完成自己的创新作品，最终以团队形式开发出更有创意、更有科技含量的创新作品。

电子技术项目提供的是电子元器件及控制电路原理的相关知识，使学生了解电子知识，锻炼动手能力，建立科学的求真务实的世界观，培养创新能力。创新机器人项目提供了编程逻辑的相关知识，借助积木机器人的搭建、编程等，使学生获得持续的创造性。科技制作课程提供了机械传动相关知识，利用一系列材料，逐步掌握使用活动室中的各类工具和小机床，学会看懂作品流程图和简单工程图纸，学习加工装备方法，制作模型和科技作品，进行各种创新实验和小发明。TTS项目提供了简单机械加工的相关知识，让学生通过动手动脑实践体验的学习方式，提高以科技为主的多种综合素质。模型项目提供了外观设计及建模的相关知识，以“模型教育”为载体，开展航模、海模、车模活动。

模电综合实践课，不是这些项目的简单整合，而是把各个项目中的知识有机整合，形成统一的知识体系，通过不同学科知识的融合，用探究式教学和多元化教育模式深化学生的探索能力与技巧，培养学生的创新精神和实践能力。以制作物联网植物温室这个项目为例，引导学生利用电子技术课程的知识，设计制作了植物温室的控制电路;利用机器人课程相关知识，实现了程序的编写、数据的上传和处理;利用TTS课程的知识，加工制作了温室的主体外观;利用科技制作项目的知识，加工了温室换风的顶棚开合系统;利用模型的知识，进行了外观尺寸的整体设计和3D打印建模，最终完成整体的物联网植物温室项目。

三、模电综合实践课的探索

（一）理念与特点

模电综合实践课贯彻“培养学生科学智趣、促进学生全面成长”的科技教育理念，关注学生核心素养，坚持活动育人、实践育人，坚持兴趣培养和个性化教育。该课程的主要特点包括融合、创新、提升。

融合——模电综合实践课是将传统的模型、电子、机器人、科技制作等课程有机整合后形成的一个综合实践课程。

创新——从理念上讲，模电综合实践课让原各项目教师形成合力，凭借各自的教育能力优势及专业特长进行优势互补。从内容形式上，突破原有教学内容及授课形式，探索新的课程模型，培养具备综合科学素养的人才。

提升——模电综合实践课通过针对传统项目的融合，使教师的教学研究能力、思维意识以及学生的综合能力得到提升。

（二）模电综合实践课的目标体系

模电综合实践课的对象分为三个阶段，分别是小学3～4年級学生，小学5～6年级学生和初中1～3年级学生。所有课程注重学生核心素养培养，突出活动育人的本质，体现探究、合作、自主等学习方式。教师根据学生实际情况设置课程目标，不断调整、生成适当的教育教学内容、方法和形式，最终形成形式新颖、内容原创、类型丰富、突出实践性和趣味性的模电综合实践课。

学生通过模电综合实践课的学习，能够掌握基本的电子技术知识、计算机程序编写、模型与结构学理论知识，积累丰富的文化内涵，锻炼动手能力，培养工匠精神，成为科技创新全能手。我们将课程目标分为掌握专业知识与技能、学会探究与合作、培养科学素养三个层级，然后针对三个阶段的学生设置具体的目标，见表1。

（三）教学方法与活动形式

在模电综合实践课中，教师以学生为中心，具体搭配讲授法、探究学习、实践教学法、案例分析教学法、对比分析法、合作学习等教学方法，针对不同阶段学生的教学方法侧重点有所不同，不同阶段学生参与课程的活动形式也有所不同，如表2所示。

（四）模电综合实践课的实施步骤

模电综合实践课的总体实施步骤包括：教师进行教学内容的整合、课程的开发→教师进行学生选拔，选取相关学生参加模电综合实践课的学习→学生进行跨科目走班学习→学生利用所学内容进行创作，研发创新作品→学生进行团队化分组，对复杂创新作品进行研发→教师对之前一个周期的教学成果进行总结，对教学周期、教学方法及课程内容改进后进行下一周期的教学。

（五）模电综合实践课的评测

除了精心设计的课程目标和内容，模电综合实践课还会针对不同学段的教学成果进行评测，检测方法与评价手段如表3所示。

通过表1、表2、表3可以看出，每个阶段的模电综合实践课目标、形式和评测的侧重点各有不同。具体来说，对于小学3～4年级的学生来说，模电综合实践课主要培养学生的自主学习能力和对实际问题的探究分析能力。学生在动手实践中逐渐摆脱对教师的依赖，自主发现问题、分析并解决问题。学生在团队实践中有分工合作意识，能积极参与作品讨论、互评和汇报展示各环节。

对于小学5～6年级的学生来说，模电综合实践课主要培养学生的研究实践精神和创新意识。学生以团队的形式自主分析选择任务目标，进而选择相应的课程学习板块。以团队合作的方式学习板块的专业理论知识和拓展内容，讨论并设计出电路原理图、模型结构图和程序原理图。团队能够合理有效地进行内部成员分工，制定编写出成员任务手册和任务日志。团队教学成果和作品设计基础理论正确，结构合理稳定，性能良好，具有一定的创新性和独特性。

对于初中段的学生来说，模电综合实践课主要是为团队自主学习和研究创客作品设计与产品分析、设计学的相关理论知识搭建信息平台。团队分工合作-设计-研发作品-推介的模式逐渐成形。团队逐渐养成作品市场调研、材料成本分析、设计开发、性能测试修正、研究日志的记录与整理这一整套科学的研究习惯和严谨务实的科研态度。

四、模电综合实践课的成效

《中小学综合实践活动课程指导纲要》强调要培养学生的核心素养，特别是社会责任感、创新精神和实践能力。模电综合实践课在这几方面充分发挥作用。

（一）培养社会责任感

模电综合实践课的学生要进行团队化分组，每个人都要有意识地运用科学知识并秉持科学态度提出问题、反思问题、解决问题。他们需要在团队中寻找到自己的位置，发挥自己的特长承担作品创作的相应模块，学会对自己的模块负责，并学会与其他队员合作探究，养成主动发现对方优点并合理分工的意识，共同促进整个团队走向成功。在这个过程中，学生的团队意识、责任心、使命感得到培养，为未来承担更大的社会责任打下基础。例如，学生制作智能药盒项目，就是关注高龄糖尿病老人难以准确按时用药的问题，通过计算用餐时间提醒老人按时用药，为社会的特殊群体提供服务。

（二）发扬创新精神

模电综合实践课的一个特点就是创新，除了要求教师创新课程内容和形式，也对学生的创新提高要求。学生需要从课程中得到启发，将所学不同科目知识进行迁移，然后加入自己的创意完成相应模块，最后通过团队合作共同开发技术含量和复杂程度更高的创新作品。例如，2017和2018年时小学5～6年级和初中的学生在北京市中小学生“奇梦炫漫”创客展评活动中进行作品原创设计、展示和演出，获得好评。参与该活动的学生自己设计动漫脚本，开发可动手办、钥匙扣、纸模等与动漫脚本剧情相关的周边产品。开发这些动漫IP产品，需要学生团队利用所学模电综合实践课的知识，建模设计结构，制作装饰电路，利用机床、3D打印机、激光雕刻机等仪器进行粗加工，利用静态模型相关的工具进行精细加工及上色。这些活动的参与让学生的创新能力得以提高。

（三）提升实践能力

模电综合实践课是一个做中学的课程，在课程中，学生亲自操作车床等加工设备，生产零部件，用扳手等设备进行组装，动手焊接电路，编程实现控制，不仅掌握了基本的知识，还提高了动手实践能力，锻炼了逻辑思维能力。学生还能通过展示、推介作品，加深思考，提高语言表达能力。课程以问题为导向，学生在解决实际问题的过程中将学到的知识加以应用和实践，引发学生热爱生活、观察生活，在现实生活中找到有价值的兴趣点，真正做到学以致用、学有所用。以物联网智能健康系统这个项目为例，其创新点就是采用云端的模式，通过智能设备量化监控糖尿病患者的热量摄入与消耗，将它与用药以及其他健康数据一起提供给云端的医生，医生在系统的辅助下通过检测数据评估病人情况，与患者进行交互，远程撰写医嘱。本项目很好地解决了医患沟通、信息采集与共享的难点。

除了上述学生的收获，模电综合实践课还有助于促进教师发展，助力机构发展，提升了北京学生活动管理中心的整体教学质量、办学水平和综合实力，被家长和学生认可。

五、反思与展望

模电综合实践课与原有科技教育相融合，对传统科技教育进行再塑造，实现整合与提升，在首都校外科技教育中具有创新性与前瞻性。课程设计立足校外科技教育发现现存问题，结合政策要求，用融合创新的理念给出解决方案并进行探索。从教学内容到教学评测，从组织活动到促进教研，从学生成长到机构发展，模电综合实践课都取得了较好的示范效果。但模电综合实践课在课程研发及教务管理等方面还存在局限，还需向更好的方向发展：整合更多资源进行课程研发内容的补充;配合教学理念进行教材及科普套材的研发;探索与体育、艺术等更广范围内校外教育项目的融合;探索各区、省市间的优质科技项目的融合。

【参考文献】

[1]中共中央党史和文献研究院.中华人民共和国大事记（1949年10月- 2019年9月）[EB/OL].新华社.

（2019-09-27）.http：//www.gov.cn/xinwen/2019-09/27/content_5434223.htm.

[2]我國制定《1956-1967年科学技术发展远景规划》[EB/OL].新华社.（2009-09-01）.http：//www.gov.cn/jrzg/2009-09/01/content_1406708.htm.

[3]胡锦涛.坚持走中国特色自主创新道路为建设创新型国家而努力奋斗[C].（2006-01-09）. http：//www.most.gov.cn/yw/200601/t20060110_27737.htm.

[4]习近平. 为建设世界科技强国而奋斗——在全国科技创新大会、两院院士大会、中国科协第九次全国代表大会上的讲话[C].（2016-05-30）.

http：//www.moe.gov.cn/jyb_xwfb/moe_176/201606/t20160601_247259.html.

[5]习近平总书记给北京市八一学校科普小卫星研制团队学生的回信[EB/OL].新华社.（2016-12-28）.http：//www.xinhuanet.com/

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[6] 习近平.在科学家座谈会上的讲话[EB/OL].（2020-09-11）.http：//www.gov.cn/gongbao/content/2020/content_5547627.htm.

[7] 核心素养研究课题组.中国学生发展核心素养[J].中国教育学刊，2016（10）：1-3.

[8] 教育部. 中小学综合实践活动课程指导纲要[EB/OL].（2017-09-27）.