1、学讲背景下的STEM活动设计模式探究兰颖 【】全市中小学在课堂教学中实施“学进去，讲出来的教学方式（简称“学讲方式）已有四年，在这几年里，学讲方式已经深入融合到各个学科的教学中。但是在STEM教学中如何融合学讲方式，使学生学习更主动、有趣、活泼，使STEM教学活动更有目的性、针对性、实效性，使教师的教和学生的学变得更有成效、更具教育和生活的意义，是教师重点研究的课题。本文基于学讲方式的STEM课程教学模式展开探究，通过聚焦问题、提出任务、分解任务、建立模型、编程设计、优化设计、反思缺乏六个步骤，进一步将学讲方式融入STEM教育的教学实践中。【关键词】STEM工程;活动设计;教学实践【基金工程】
2、本文系徐州市第十二期教研课题“创客教育背景下高中arduino校本课程的开发与实践研究（课题编号：徐教研KT12088）的研究成果。一、STEM活动问题的提出STEM項目主要是基于真实情境，针对现实生活、学习中出现的问题，设计解决方案，从而解决问题，这种基于真实问题的情境创设，不仅能提高学生解决问题的兴趣，还能让学生将所学知识真正应用于实践，解决现实中遇到的问题，一举两得。比方，校本课程“物联创新设计，基于住校生无法在下雨天及时返回宿舍收拾晾晒衣物的真实情境，思考能不能设计制作一款下雨天能够自动关窗收衣服、天气晴时能够自动开窗晾衣服的智能窗户和晾衣架，学生为此展开探究并设计方案，具体流程图如图
3、1所示。二、小组讨论探究，确定工程方案，确认合作分工（1）制订工程方案：以小组为单位，集中讨论探究工程方案，每个小组确定方案后，通过展示交流，确定方案的可行性。（2）分析、确定要素：通过小组讨论，分析工程各功能所需要的要素。比方，能够根据天气情况（温度、湿度、污染情况等）自动开窗晾晒衣服，自动回收衣服并关窗。这个功能所需要的要素包括结构体和控制电路，而控制电路又包括硬件连接和软件编程设计。（3）合作分工：确定组长及各组员的分工、任务等。比方，小组长负责统筹协调工程设计及实施的过程进度，对工程过程进行记录和总结;组员1负责数学测量与计算（计算、测量窗户及支架的尺寸等）、3D设计与打印;组员2负责
4、电路设计及mixly编程设计;组员3负责结构体设计与制作。（4）准备活动：针对工程所需知识结构，提前做好知识储藏学习工作，并完成一些与工程相关的实践类体验活动。比方，在智能晾衣架工程中，学生可以完成以下体验活动。第一，利用PM2.5传感器和液晶屏，读取不同天气状态下，户外、户内PM2.5的值。第二，利用湿度传感器、光线传感器读取晴天、阴天、下雨天的湿度值和光照值，并显示在液晶屏上。充足的准备活动，一方面可以提高学生可视化编程的能力;另一方面可以让学生通过实验观察和调查研究，为工程实施提供准确、可靠的数据保障。整个过程都是在小组讨论、集体探究的气氛中完成的，每个小组设计出自己的方案和要素，并安排
5、自己的准备活动，这充分表达了学生学习的自主性和积极性，也培养了学生的合作能力。三、设计与制作：设计方案或作品草图，进行具体的制作1.结构的设计与制作（1）学生通过自主学习，对生活中的实物或已有作品进行调查研究，寻找结构设计的思路和着手点。（2）小组讨论结构的构成，测量尺寸，设计缩放比例等。（3）针对结构设计的难点展开讨论探究。（4）选择适宜的素材实施工程制作。比方，在制作伸缩晾衣架案例中，晾衣架可以采用嵌套伸缩式（见图2）或折叠伸缩式（见图3），小组需要结合所选素材和实现功能确定晾衣架的结构并进行制作。在结构的设计阶段，学生可先自主观察或自主学习，然后通过小组讨论共同形成制作方案，随后分工合作
6、完成结构设计与制作。这不仅锻炼了学生观察思考和合作探究的能力，还让学生感受到工程学中，从制订方案到实施方案，不断测试优化的系统性，既调动了学生的学习积极性，又能让学生综合多学科知识来解决现实问题。2.硬件电路设计及软件编程设计（1）按照方案设计的功能，每个小组根据自己的需求选择适宜的硬件、编制适宜的程序。（2）硬件电路设计：绘制电路连接图，确认所需设备;每个小组选取自己需要的硬件，并与主控板连接;学生分析活动体验工程时得到的数据，确认相关判断条件，如伸缩晾衣架工程中下雨时的湿度值、空气污染时的PM2.5值、晴天时的光照值等。设计意图：在准备活动时，学生记录了这些数据用于准确给出判断条件，意识到
7、数字的精确性和科学的严谨性，不能有半点虚假和模糊。（3）软件编程设计：选择适宜的软件展开编程设计，如arduino IDE， mixly， xding等。四、测试与优化1.组合结构件及电路硬件每个小组将下载好程序的控制器、传感器、执行器固定在结构体上，并探讨解决遇到的难点问题。2.测试工程功能实现的效果，并优化程序代码在整个设计与制作、测试与优化阶段，每个小组都在合作交流中设计制作自己的作品，遇到问题小组讨论解决或求助于其他小组，充分调动了学生的自主性，培养了学生的合作探究能力。同时这个阶段又以工程工程任务自然卷入了其他科学、技术和数学学科的学习。五、展示与评价（1）每个小组制订自己的评价标准
8、，再将标准统一汇总成评价方案，如表1所示。（2）每个小组展示汇报自己的作品，汇报方式可以多样化，但要包括以下几个方面：工程设计方案;结构设计制作介绍及问题解决方法;功能展示及解说;S（科学）、T（技术）、E（工程）、M（数学）的融合方面;改良优化策略及反思;小组分工合作情况。（3）每组根据评价标准进行自评和他评。（5）根据评价结果选出最正确作品组。六、拓展与应用学生要将作品应用于实践并根据实际情况拓展其功能和结构，以到达更加完善的效果。该活动教学模式在教学实践中的应用，不仅完成了预设的活动目标，还充分表达了STEM教育理念;不仅呈现了如何使学生参与工程、探索完成任务、分享解释自己的解决方案、评估并进一步完善解决方案的微观过程，还呈现了学生自主学习、小组合作学习、质疑探究、测试优化、展示交流的学讲过程，使学生在充分发挥学习主动性的同时，养成自主学习的习惯，营造了小组合作的气氛。同时，在STEM的领域中，学生将科学、技术、工程、数学知识紧密融合，解决问题，培养了自己解决问题的能力，提高了思维能力。【参考文献】元永，宋国良.关于STEM教育理念的科学实践活动探究J.科技经济导刊，2023，28（16）：158.孙俊梅. STEM理念下小学信息技术课程工程式学习设计研究以小学3D建模活动“现代机关大师为例J.中国信息技术教育，2023（11）：47-49.
