深度教学视角下 STEM 教育实施品质课堂的策略

邓汉盘 毕燕辉

近年来很多教师开始把开源硬件、3D打印、人工智能融入STEM教育，但目前STEM课程尚缺乏系统探讨，有些教师做了简单的学科叠加，有些教师给一般的机器人教育戴上STEM教育帽子。

华中师范大学郭元祥教授指出，深度教学不是单纯的知识量叠加，也不是对知识的简单占有和机械训练，而是基于知识内在结构处理知识，引导学生从符号学习走向学科思想和意义系统的理解和掌握。深度教学采用理解性教学策略、问题导向教学策略、回应性教学策略，追求教学的发展性。目前深度教学理念已广泛用于品质课堂、STEM教育、创客教育、PBL项目式学习等教学中。

一、品质课堂理念下STEM课程的开展模式

品质STEM课堂以“课程”“活动”“评价”三个核心为主。课程是基础，保证学生基础技能的学习；活动是提升，完善学生知识结构；评价是反馈，学生以此了解自身不足，教师以此了解课程设计的缺陷，三大核心相辅相成。课堂中，采用问题导向教学策略，提升学生三个关键能力点：掌握传感器技术、培养创新思维能力、提高科学素养水平（见下页图）。

二、实施STEM课程打造品质课堂的策略

STEM课程主要采用问题导向教学策略，引导学生体验和探究具体知识所隐含的思想与方法，并培养解决问题的能力。在课程实施过程中采用的具体措施如下。

1. 基于观察法和实验法，突出教育功能

学生制作碰碰车的教学项目中，可先让学生观察碰撞传感器的主要部件、碰撞开关的长度、接口线对应的主板数字端口。在编写碰撞检测程序后，学生自主设计观察表格，对观察数据进行分析和归类，最后得出结论，锻炼数据归纳能力。在开展实验法教学过程中，使用实验探究表为学生设计实验指引方向，做到自主学习和任务驱动相结合，并重视小组合作，让学生在合作中学会分解任务。

2. 传感器应用教学融入科学素养培养

基本科学素养的主要内涵包括：对科学知识（科学术语和科学基本观点）达到基本的了解程度；对科学方法达到基本的了解程度；对科学技术对社会和个人所产生的影响达到基本的了解程度。在传感器教学中，可以采用以下几种方法提高学生科学素养。

讲原理。例如，讲超声波传感器可以与声音的特性联系起来，讲授声音传播需要的介质和声音的反射。講轨迹传感器可以与光的直线传播和光的反射联系起来。讲颜色传感器可以与光的组合和光的三原色原理联系在一起，并了解不同颜色的光可以组合成不用的颜色。

讲应用。介绍传感器的作用是什么，可以应用在哪些方面。例如，讲人工智能摄像头时，介绍视觉摄像头在停车场、人脸识别、二维码扫描中的应用。讲光敏传感器时联系光感应灯。讲震动传感器时联系地震监测仪。

讲设计。学生学完传感器之后，利用所学传感器设计一个作品，提升学生的工程思想。

3. 采用6E设计型学习模式凸显工程思想

6E设计型学习模式包含参与（engage）、探索（explore）、解释（explain）、工程（engineer）、深化（enrich）、评价（evaluate）六个环节。参与阶段，学生自主观察，发现问题，确定主题任务，如学生观察老人如何用婴儿盆给婴儿洗澡，定下设计“会发出高温报警的安全婴儿沐浴盆”任务。探索阶段，学生基于主题任务开展探究活动，通过头脑风暴法或文献法，对主题任务进行可行性设计。解释阶段，学生用所学知识解释项目设计，从理论层面证明设计的科学性。教师初步检验学生设计的作品，要求学生解释作品设计原理与所使用的传感器。工程阶段，学生利用工程思路设计作品，不断迭代，制作模型和编程测试。深化阶段，对项目进行拓展和深入研究，要求学生在功能、外观方面完善作品，如，2层电梯模型如何加到3层，淘气机器人外形上如何改造更可爱。评价阶段，按照评价标准进行多维评价，用小组评价、自我评价、教师评价的方式，评价学生作品和课堂表现。

4. 微创新课程培养创新思维

课程设计上突出微创新，立足知识的广度而不是深度。不要求把系统做得多复杂，只需要学生在功能或程序方面进行完善，强调微创新。在讲《简易电梯》一章时，课本上电梯的结构和功能还不完善，可以引导学生从外观、功能、结构等方面进行“增加”“调整”“代替”“改进”，这就是微创新。让学生感受，创新并不是一件很难的事。

STEM课程的设计可以从生活物品的改造入手，以智创生活为主题进行开发。可以是水杯、扫把、台灯，取材容易，成本低，家长也可参与，适时进行亲子活动。如家里的遥控器，一些“马大哈”往往要找很久，此时可以启发学生，在电视遥控器上安装一个接收器和蜂鸣器，找不到遥控器时按一下安装在固定位置的开关，遥控器上的蜂鸣器开始鸣响辅助寻找遥控器。再如家里的台灯，可以安装一个光敏传感器，当主板检测到光线微弱时点亮台灯，实现智能化。还可以参考以下实例：会自动加热的座位垫、倒水自动显示文字的杯子、自动浇花器等。实践证明，学生对此十分感兴趣，课堂也容易组织。

5. 智慧课堂高效教学

在STEM课堂中，借助智慧课堂系统提高课堂效率和课堂组织，实现教学决策数据化、评价反馈即时化、交流互动立体化。学生在项目制作过程中，可以通过智慧课堂系统，提交工程笔记或模块任务；教师通过查看，了解学生项目进度，对遇到问题而无法继续进行的小组及时介入，实现教学决策的数据化。在评价方面，可以通过班级优化大师系统，进行课堂实时评价，提高学生积极性，实时把教师评价反馈给学生，实现评价反馈即时化。在项目开展过程中，师生可以通过倒计时、随机点名、生生互动等方式实现交流互动立体化，提高学生积极性，提高注意力集中度，方便项目过程性点评讨论。