基于项目学习的小学科学STEAM课程实践与学生创新能力培养探究

洪晓玲

摘要：科学具有跨学科特点，包含物质科学、生命科学、地球与宇宙科学和技术与工程领域等相关内容，具有一定的基础性、实践性、综合性。在科学教学当中融入STEAM教学法，能够通过科学课程学习内容，从科学、技术、工程、艺术、数学等维度培养学生，能让学生灵活地运用科学知识解释生活现象，攻克生活难题，形成自己独特的解决问题的方法。文章结合科学教学内容以及教学效果，对STEAM课程实践与学生创新能力培养展开研究。

关键词：科学教学；项目学习；STEAM；课程实践；创新能力

中图分类号：G421；G623.6文献标志码：A文章编号：1008-3561（2022）15-0067-03

目前，智能机器人已经在诸多行业领域得到应用。为了让青少年学生了解智能机器人研发、生产制造流程以及核心技术，学校以“走进智能机器人”为主题开展了小学科学校本课程。其中特别融入了STEAM教学法，以期学生可以综合运用科学、技术、工程、艺术、数学等相关知识，在机器人功能设计、外形设计中充分发挥想象力，培养学生的创新能力。

一、课程背景

我国教育“十三五”规划中明确指出了教师需要运用信息技术完善教学，让学生跨学科学习，提高学生的信息素养以及创新能力、动手能力，让学生具备多种素养，彻底改变传统教学的诸多问题，实现教学的真正改革。科学具有跨学科特点（包含物质科学、生命科学、地球与宇宙科学和技术与工程等领域），具备STEAM教学法的融入优势。

STEAM教学法，是“S”科学、“T”技术、“E”工程、“A”艺术、“M”数学，即对一门学科展开教学时，要抓住这五个领域，确保学生能够形成思维耦合，进而提升学生灵活应用各种学科知识的能力。该教学法和项目教学法具有很高的融合度，综合使用会达成教育上事半功倍的效果。

随着时代的发展，智能机器人已经走进寻常家庭，如早教机器人、学习机器人等，都非常吸引学生的目光。学生对机器人为什么能够说话、交流感到好奇，对智能机器人的表情以及对人类表情的判读也感到不可思议。“走进智能机器人”能够得到学生的热烈响应，因为这堂课符合学生探究心理，能够催动他们探究智能机器人的构造和涉及的技术，并可以参与智能机器人功能模块设计、外形设计，在这样充分的交互中深入了解智能科技，形成科技思维和创新意识。

二、课程设计

本课程的主要目的是通过项目学习法，让学生了解智能机器人结构、功能、技术、外形，并且构建学习小组，让学生分工合作，互相激发，让他们发挥想象力、创造力，设计出一款新型智能机器人。总体而言，课程设计考虑到了以下因素。第一，核心素养培养。科学核心素养主要包括科学观念与应用、科学思维与创新、科学探究与交流、科学态度与责任等方面。考虑到这一因素，需要融入互联网、新媒体，因为这二者具有很强的融合性，能够给予教师更多的素材，从而培养学生的科学精神，教会学生合理自学，让学生带着兴趣探究。第二，跨学科能力培养。结合智能机器人具有的多门技术、多功能组件、多应用领域的特点，积极对接STEAM教学法，形成跨学科教学方案，能够让学生形成灵活思维，利用多元知识解决常见生活问题。第三，创新意识培养。创新意识是国家经济发展、技术更新的根本动力。学生创新意识的培养需要借助他们感兴趣的事物，才能四两拨千斤。智能机器人对未成年的孩子具有很强的吸引力，利用这一点培养学生的创新意识，再恰当不过。从STEAM角度来分析，主要有以下课程目标（见表1）。

三、項目实施

1.准备阶段

第一，为了让学生能够对智能机器人有更大的研究兴趣，特别购进了一台智能机器人，该机器人涉及交流、动作（变形、避让障碍物）、温湿度探测等方面的功能。第二，通过互联网下载了大量与智能机器人有关的文章，以功能、技术、应用领域等为类别分别保存，于授课中作为素材。根据教学目标，将“走进智能机器人”分解为10课时，每课时40分钟，每周两节，历时五周。第三，教学环境。充分开放WIFI，让学生在课堂上随时通过互联网获得与智能机器人有关的各类数据和信息。第四，教学工具。一台智能机器人、计算机、智能手机、智能机器人说明书以及内部模块、电路图等。

2.实施阶段

第一，鼓励学生用思维导图梳理智能机器人的模块构造、功能特点、技术种类、应用领域等关系，进而能够全面深入了解智能机器人。第二，教学方式：小组项目学习法、STEAM教学法。第三，项目推进：（1）破冰。为了吸引学生对智能机器人的兴趣，教师需要现场控制机器人，和机器人沟通交流，让机器人表演，并对现场温度、湿度予以测试。学生们看到可爱的智能机器人，被它的表演所吸引。教师在适当时机抛出问题：“机器人为什么可以听得懂我们的指令？它是怎么跳舞的？又是如何避开障碍物以及测试空气温度和湿度的呢？大家想不想看看它的内部结构，找找原因？”教师这样的问题立刻引起了学生的共鸣，学生纷纷表示赞成。（2）任务说明和学习规划。将学习任务主要分解为：智能机器人内部构造、智能机器人有关技术学习、智能机器人功能模块设计、智能机器人外形设计、智能机器人有关数学问题学习五个部分，呼应了STEAM的科学、技术、工程、艺术和数学五个维度。（3）实践操作。首先，在教师的引导下，结合互联网有关智能机器人的内部构造讲解来认识智能机器人具体的组成，包括驱动系统、传动机构、旋转传动机构、传感系统、位置监测系统、交互系统等，并明确每个构成部分的功能。其次，认真学习智能机器人的传感技术、定位技术、路径规划、智能控制等技术，了解智能机器人能够行走、规避障碍、和人交流、能够检测室温以及湿度的根本原因。学生利用思维导图梳理智能机器人构造、技术、功能、应用领域等知识，对智能机器人形成全面认知。再次，结合所学内容发挥想象增加机器人功能以及对机器人外观进行设计。这样的实践流程，达成了学生科学、技术、工程、艺术、数学的有效融合，让学生形成更开阔的学习思维和良好的学习习惯。

3.教學及学习总结

为了保证学生的自我评价、生生互评、师生互评能够有具体内容，学生要在学习过程中动态记录自己的问题，利用数据以及文字去佐证自己的成功之处，并评价他人的可取之处以及不当之处。教师要全程从教育角度总结经验。鉴于这一次教学活动每周两次，需要历时五周，每次课程结束后都需要进行必要的总结。这样，学生才能清晰自己所学的内容，教师才能动态解决课堂问题，保证下一堂课的效率得到提升。

四、“走进智能机器人”教学效果分析

“走进智能机器人”活动历时五周，学生完成了所有内容的学习。学生从来没有这样学习过，对课堂活动感到记忆犹新，对科学的兴趣得到了明显的提升。第一，通过历时五周的学习，能够非常清楚地介绍智能机器人的构造、功能、技术以及三者间关系的学生达85%，和最初学情分析所得数据相比，提升了76%。当时全班只有几名学生初步了解智能机器人的一些构造以及涉及的一些技术，尚不能完全解析构造、技术、功能彼此间的关系。第二，学生利用互联网自主学习的能力得到改善，对关键词等利用水平提高，能够快速锁定所需信息，能够有效地整合视频、文字、音频等资料为自己的学习提供便利。第三，在色彩、造型、功能设计上有所突破，这也证明大部分学生摆脱了传统思维限制，敢于提出大胆的想法，也有学生提出了大胆的科学假设。第四，在STEAM学习过程中，学生学会了分工合作以及交流沟通，小组合作学习时能够配合教师设定学习目标，有效分配任务，并准备学习工具，保证小组学习得到推进。

五、“走进智能机器人”STEAM教学反思

这堂课主要是借助智能机器人，凭借其具有的功能、技术等吸引学生，并通过拆解、在线学习等方式使学生了解智能机器人内部组件以及组件彼此关系，掌握信息技术是智能机器人的神经系统，能够实现驱动系统、传动机构、旋转传动机构、传感系统、位置监测系统、交互系统的彼此链接，让机器人有非常灵活的“思维”。总体而言，达成了STEAM教学所要达成的跨学科教学目标，然而仍然存在以下问题。

1.没有充分预估学生的理解力

学生在智能机器人有关技术学习中遇到了诸多难点。第一，大量的专业术语提高了学生的理解难度。例如，传感技术等具有非常明显的抽象性，仅以所收集资料解释传感技术难度较高。其中涉及了一些术语，只有不断地解决这些术语，让它们转变为学生可以听得懂的内容，才能确保课程质量得到提升，为此教师耗费了大量的时间，分别于网络、图书馆、本地大学等渠道将传感器、分辨力、灵敏度、漂移、阶跃响应等术语一一转变。第二，对教师意图的理解能力不足。STEAM教学需要教师全面掌握和平衡，才能充分结合科学、技术、工程、艺术、数学，让每一堂课都成为良好的跨界学习环境。在操作过程中，教师的表达和学生的理解存在一定的偏差。这是源于每一堂课之前，教师没有做好课前安排，微课没有融入进来，使得学生的学习目标不清晰。

2.在线学习受不良网页内容影响严重

除了教师预先准备的一些素材之外，还需要学生以“提升学生信息素养”为目标的自我学习素材整合，要通过互联网自行去寻找材料。此时，网络上存在过多的游戏广告等，分散了学生的注意力，甚至扰乱了课堂，需要教师介入引导。

3.课程素材收集难度很高

网络上关于智能机器人的各类介绍比较分散，大部分文字内容对于学生来说理解有一定难度。视频内容集中于广告，少有内部结构视频，最终还是与采购的智能机器人卖家沟通获得了内部结构以及技术机理方面的视频内容，但对学生而言内容仍然具有一定的难度。

4.急需要同一地区不同学校实现合作

从这次教学经历可以直接感受到区域性教学机构合作的必要性，因为一所学校的资源有限，不管是师资、教学硬件、教学软件都不可能达到比较高的水平。若是几个小学合作，能实现师资交流、师资组合以及一些资源的共享，不仅可以促进彼此教师水平提升，也会让学生交流对象增多，形成更好的学习方案。

六、结语

总之，将项目教学法和STEAM教学法融合，以学生感兴趣的智能机器人为研究对象，能够有效地促进学生主动参与到探究、交流、总结等环节中，让学生在科学、技术、工程、艺术、数学五个维度都有突破。这样的课程设计给予了学生跨学科学习的机会，使他们能够灵活运用各学科知识认知世界、发挥想象力，提高他们的创新能力。

参考文献：

[1]盛兵，闫斐，马有才.基于STEAM项目学习与科技创新能力培养的实践与探索———以拉萨中学为例[J].西藏教育，2019（03）.

[2]黄泽朋.小学生实践创新能力培养与STEAM教育课程实施[J].教育观察， 2019（18）.

[3]李祥.基于“STEAM”教育的小学生科学探究能力培养的实践研究[J].安徽教育科研，2019（08）.

[4]聂炬.STEM教育视角下小学科学教学路径探究[J].基础教育研究， 2020（09）.

Research on the Practice of Primary School Science STEAM Curriculum and the Cultivation of Students Innovative Ability Based on Project Learning

Hong Xiaoling

（Xinyuan Primary School， Jimei District， Xiamen 361000， China）

Abstract： Science has interdisciplinary characteristics， including material science， life science， earth and universe science， technology and engineering and other related contents. It is basic， practical and comprehensive. Integrating STEAM teaching method into science teaching can cultivate students from the dimensions of science， technology， engineering， art and mathematics through the learning content of science courses， and enable students to flexibly use scientific knowledge to explain life phenomena， overcome life problems and form their own unique methods to solve problems. Combined with the scientific teaching content and teaching effect， this paper studies the STEAM curriculum practice and the cultivation of students innovative ability.

Key words： scienceteaching；projectlearning； STEAM；curriculumpractice；innovation ability