STEAM理念下个性化推荐学习模式的应用案例探究

摘 要：当前，个性化推荐理论已经广泛应用于电子商务系统，并给消费者带来了很大的便利，给商家带来了很多商机。若将其与STEAM教育理念相结合，并应用在教育a领域，形成个性化推荐学习模式，可发挥其价值，对提高学生的学习效率和学习质量有重要的现实意义。文章以基于STEAM理念的项目活动——自动化黑板遮罩幕为例，探究个性化推荐学习模式在教学中的应用策略，以促进学生实践能力和核心素养的培养。

关键词：STEAM教育理念；个性化推荐学习；核心素养

作者简介：张丹（1986—），女，江苏省泰州市第二中学。

一、研究背景分析

（一）STEAM教育理念受到广泛运用

STEAM教育理念是一种将科学、技术、工程、艺术、数学有机融合的跨学科教育理念，旨在培养学习者的科学素养和创新素养。其有别于传统的单科教育模式，强调培养学习者的多种能力，促进人才的综合性发展。STEAM教育理念的本质是进行跨学科的知识整合，教师通过创设情境，让学生先明确主题，发现问题，再运用多学科知识创造性地解决实际问题，从而培养学生的综合素养。

（二）核心素养培养受到更多关注

从中国学生发展核心素养研究成果发布，到普通高中各学科课程标准中学科核心素养概念和内容的确定，围绕“培养全面发展的人”这个核心，各普通高中都在做有益的教育改革尝试。文章所讲述的案例就是一种教学改革尝试——教师布置项目任务，学生自主分析探究。整个项目过程贯穿了个性化学习理念的内容，学生需关注现实生活、发现问题，并运用跨学科知识分析问题、查阅资料，而后合作解决问题。

在“自动化黑板遮罩幕”项目活动中，学生需要通过自主分析和探究来完成任务。为此，学生需要自己思考和分析问题，自主查找资料，自己解决问题。项目过程贯穿了学以致用的理念：学生在参与项目活动的过程中，需做到服务大家、服务学校、服务社会；在解决问题的过程中，做到节约环保。随着项目的实施，学生可从中感受到成功的喜悦，发展创新精神、实践能力，强化社会责任感，促进自身核心素养的发展。

（三）个性化推荐策略应用于教育领域

个性化推荐理论原本是一个经济学理论，被广泛用于电子商务领域，相关人员通过收集用户的兴趣特点、个人风格、习惯等资料，推测其喜好，给用户进行个性化的推荐，使用户由浏览者变为购买者，从而实现质的飞越［1］。

将电子商务领域的个性化推荐观点迁移到教育领域，对提升教学质量有显而易见的好处。一是有利于帮助学生自主学习。以项目教学为例，有的学生喜欢按照从宏观到微观的顺序学习，即先学概念理论再学习操作技能，各个击破项目任务；有的学生喜欢按照从微观到宏观的顺序学习，先从项目分析开始，根据需要解决的问题，去选择相应的学习资源。对此，教师可以根据解决项目问题所需的知识技能，收集各种类型的学习资源，如文字类资料、图片类资料、视频类资料等，并根据不同学生的不同学习风格，设计不同的学习路径，供学生自主选择。二是有利于教师转变角色。教师提供丰富的学习资源后，学生可以根据个人兴趣爱好，选择适合自己的学习资源进行探究，解决问题，探索适合自己的学习路径，从而成为学习的主人，教师则由知识的传授者变成学生学习的组织者、引导者和合作者。总而言之，在个性化推荐学习模式中，教师可提供丰富的学习资源、不同的学习路径，供学生选择；学生可根据个人学习风格，选择适合自己的学习路径进行探究，解决问题，从受教育者变为主动学习者。两者结合可促进个性化、智能化、有效性强、自主性强的个性化推荐学习模式的形成［2］。

在个性化推荐学习模式中，有跨学科的多类型学习资源、多元化的知识和技能、个性化的学习路径，学生可以通过自主探究培养自身解决实际问题的能力，做到学以致用，最终实现核心素养的全面发展。

个性化推荐学习模式包括五个方面：1.个性化的学习风格；2.个性化的学习目标；3.个性化的学习路径；4.个性化的指导；5.个性化的评价［3］。

二、案例分析

（一）项目背景

由于地理位置和硬件条件的优势，我校每年都承担了较为繁重的大型社会考试的考点安排任务。依据考场布置的要求，所有有文字的地方都要进行擦除或遮挡，其中，教室中的黑板报是必须进行擦除或遮挡的对象。黑板报是学生的辛苦创意之作，若将其擦除，不仅花费时间，而且也不能充分体现对学生劳动成果的保护和尊重。有的班级用一层白纸覆盖住黑板，但这样的方式不仅不环保，而且遮挡纸张可能会被风吹开，或者黑板报作品被来回走动的人蹭掉，总的来说效果并不理想。

为了做到环保节约，应用现代科技手段解决问题，经过实际考察和头脑风暴，我校教师引导学生结合所学，讨论想法和解决方案。经过实际考察和实践可操作性、可行性的考虑，我校教师和学生最终确定了进行自动化黑板遮罩幕设计的项目活动。

（二）项目分析和设计

1.需求分析，确定项目主题

第一，教师引导学生进行头脑风暴。秉着节约环保的理念，以不浪费学生的劳动成果、实现自动化操作为前提，为了完成学校的考務要求，我校教师引导学生思考解决黑板报遮挡的问题。

第二，教师引导学生探究解决方案。结合卷帘的工作原理，学生可设计基于Arduino系统的自动化黑板遮罩幕。需要展示黑板报时，点击按钮，使遮罩幕自动收起来；需要遮挡黑板报时，点击按钮，使遮罩幕自动降下来，实现遮挡。

第三，确定项目主题。借由这个设计理念，我校教师和学生应用3D打印技术，制作了自动化黑板遮罩幕模型。

2.分解项目，探究项目设计

我校教师引导学生分解项目任务，总结项目设计方案。经过几次小组讨论，学生确定了如下实施步骤：第一步，设计遮罩幕草图；第二步，利用3D软件制图；第三步，3D打印零件；第四步，零件组装，并实现自动化；第五步，完善和美化产品，使其更加自动化、智能化。依据项目设计方案，我校教师引导学生进行任务分解，确定分任务，拟定具体步骤，一一完成项目各环节任务。

（三）项目实施过程

我校教师基于个性化学习理念，引导学生基于自主探究学习模式完成项目任务（如图1）。

流程简介：教师收集完成项目任务所需的知识技能资源，包括文字类资源、图片类资源、视频类资源等。比如：有关卷帘门工作原理的文字类知识、图片类说明、视频类演示等资源，3D软件的应用技能说明文字、视频类学习资源等。教师设计不同的学习路径，搜集不同类型的学习资源，供学生选择，使学生能根据完成项目任务的需求自己选择相应的学习资源和学习路径，进行自主探究。这充分体现了个性化学习模式中个性化学习路径的设计。

任务1：手工绘制设计草图

学生基于自动化黑板遮罩幕的工作原理自己设计草图，而后分析草图，确定完成项目任务所需的材料：墙1面、黑板1面、遮罩盒1个、滚轴1个、固定轴1个、齿轮2个、遮罩幕1块等。而后，学生需设计好尺寸。

在任务1中，学生需要解决如下问题。

（1）遮罩幕的工作原理是什么？

学生一开始准备用四个齿轮，后来经过反复讨论及可行性分析，确定利用两个齿轮实现减速转动。学生还需考虑齿轮的固定位置、滚动轴的固定位置、遮罩幕的定位方案，同时考虑便捷性、美观性、是否节省成本及材料等问题。经过分析讨论，学生最终确定了工作原理：以电机带动小齿轮，小齿轮带动大齿轮实现减速，大齿轮带动固定轴，固定轴带动滚动轴，滚动轴带动遮罩幕。基于此，学生在设计零件及其尺寸的时候要进行全面的考虑。

（2）如何实现滚动轴减速？

学生通过生活经验及观察各种机器，结合实用性得到解决方案，即用一大一小的齿轮实现滚动轴减速。

（3）齿轮的尺寸及两个齿轮如何匹配联动？

学生通过观察其他设备上的齿轮，认为在制作齿轮时需要注意齿间距，应使两个齿轮的齿间距一致。

（4）如何做到齿间距一致？

用齿轮的周长除以齿数，就可以得出齿间距，只要两个齿轮齿间距比例相等，就可以实现匹配。为此，学生初步设定了齿轮的大小。

大齿轮：外圆长20mm，齿轮齿长度为3mm，齿粗为0.5mm；内圆长度为20-6=14mm，半径为7mm。齿轮高为3mm。大齿轮轴洞为5.3mm（固定轴粗）。

小齿轮：外圆长10mm，齿轮齿长度为3mm，齿粗为0.5mm；内圆长度为10-6=4mm，半径为2mm。齿轮高为10mm。小齿轮轴洞为1.5mm（电机轴粗）（1mm打印不出来）。

（5）如何实现滚动轴与固定轴的组合？

滚动轴需要中空，把固定轴装进去，可以实现两个轴一起转动。因此，滚动轴的洞口与固定轴粗细应一致。由于3D打印有误差，所以洞口要稍大。

（6）如何实现齿轮与固定轴的组装？

由于大齿轮要装在固定轴上，实现一起转动，所以大齿轮的洞口要与固定轴粗细相匹配。

任务2：应用IME3D软件设计零件图

在此环节，教师引导学生使用IME3D软件中的3D魔术师软件制作3D图。

在此环节，学生需要解决如下问题。

（1）如何掌握3D魔术师软件的基本操作？

学生第一次使用3D魔术师软件，是在边用边学中摸索使用技巧的。学生可通过看视频教程、向教师请教、开展小组合作讨论探究等，掌握软件的基础操作方法。

（2）如何用3D魔术师软件设计齿轮？

对于齿轮设计，学生尝试了几种方法，如用星型制作、用线条制作、用图形制作等，为了使两个齿轮的齿间距可以精确匹配，学生最终使用图形阵列的方式。在使用阵列功能之前，学生需要计算阵列的半径。在探究的过程中，学生学会了用3D魔术师软件绘制线条、形状、图形，进行拉伸等，从而制作3D图；还掌握了图形合并、图形交集等功能。这可以促进学生的几何思维、逻辑思维和实际生活技能的提升。

（3）如何设计滚轴、齿轮的洞口？

学生可以应用软件中的图形相减功能。由于3D打印有误差，学生需要调整草图中的尺寸。

任务3：3D打印零件

利用3D打印机打印的功能，打印出所有配件。在此环节，学生需要掌握3D打印的技巧，掌握3D打印的图形格式转换技巧，掌握在3D打印的过程中图形放置的技巧等。

任务4：组装零件，实现自动化

组装模型，实现功能。

在组装的过程中，学生需要解决如下问题。

（1）如何解决墙面站立不稳的问题？

一开始，学生设计的是“L”形墙面，但装上遮罩盒之后，墙面立不稳，所以又反思分析，改成做“T”形墙面。

（2）如何解决打印误差与尺寸设计的问题？

学生进行3D打印后，发现滚动轴的洞小了、齿轮的洞口大了，而遮罩盒也需要安装洞口，且尺寸偏大，等等，对此，学生需要重新调整。

（2）如何实现自动化？

应用程序编程。师生基于Arduino主控板、风扇模块等功能，使用图形化编程软件Mind+完成程序编辑来实现相应的功能，使齿轮可以双向转动，从而实现遮罩幕上卷、下降等功能。

三、项目反思

项目总体效果较好，但项目还存在一些缺陷，比如，遮罩幕的卷轴限位问题没有设计好、3D打印尺寸的限制导致作品美观度不足、项目探究的时间和方式还有待提升、学生的过程性记录及总结评价反馈不够完整全面、学习资源和学习路径的个性化推荐策略还有待进一步研究和提升，等等。项目实施过程给了我校教师较多的启示。

探究方式的多元化和个性化。教师应为学生提供更多的学习资源，让学生自主探究和对比，实现个性化学习。由于课余时间有限，学生不方便进行某些环节的自主学习，教师应该多筛选并提供一些教程给学生，丰富学生的自主探究资源。

项目内容设计的合理化。项目设计应贴近生活，以解决生活实际问题为目的，注重实用性，这有助于提高学生的生活技能，让学生获得成就感。项目主题的设定是最根本的，教师设计的主题活动应能让学生从解决生活实际问题、节约环保等方面出发，使学生可以应用现代科技手段，提高生活效率，提高学生的责任感。

实施过程的科学严谨化。從分析项目任务到完成项目任务的过程，是学生不断探索、反复推敲、反复观察、反复失败再改进、反复学习再完善的过程，并不是每一步都顺利的，需要学生做到融会贯通。其中，最重要的是明确原理和绘制设计图，有了这个基础，即使后续进行改进，学生也有据可依。

研究学习的思维跨界化。在“自动化黑板遮罩幕”项目活动中，学生在解决问题的过程中，需要融合多个学科的知识和技能，如数学、物理、艺术、信息技术等。学生能从中感受到学习的乐趣，获得成就感，进而提升自身的问题解决能力，提高实践应用水平，增强责任感，获得核心素养的提升。

［参考文献］

余小高．大数据环境中微课程个性化学习的研究［J］．中国教育信息化，2015（13）：18-21，26.

姜强，赵蔚，李松，等.大数据背景下的精准个性化学习路径挖掘研究：基于AprioriAll的群体行为分析［J］.电化教育研究，2018，39（2）：45-52.

韩建华，姜强，赵蔚，等.智能导学环境下个性化学习模型及应用效能评价［J］.电化教育研究，2016，37（7）：66-73.