数智融合下STEM校本课程教学策略探索与实践

【摘要】在数智融合背景下，通过分析STEM教育的现状和面临的挑战，针对如何有效实施STEM校本课程教学，本文提出了STEM课程教学策略，以“人体红外感应灯”项目为例，介绍了该策略在实际教学中的具体应用和成效。研究发现，利用数智融合平台的丰富资源、高度互动性和个性化学习支持，可以有效提升学生的创新能力和实践技能，为未来STEM教育的优化提供了有益的经验和启示。【关键词】数智融合；STEM教育；校本课程；教学策略；人体红外感应灯随着大数据、云计算、物联网和人工智能等新兴技术的蓬勃兴起与广泛应用，在教育数字化基础上，教育的数智化进一步强调数据的智能化处理和应用，它使得教育更加个性化、智能化和高效化[1]。在这一时代背景下，STEM（科学、技术、工程和数学）教育作为培养学生综合素质、激发创新潜能、培育未来科技人才的关键领域，其教学模式与策略正经历着前所未有的变革与挑战。传统的STEM教学模式，往往侧重于知识的灌输与技能的训练，而忽视了对学生创新思维与实践能力的培养，这种模式已难以满足新时代学生多元化、个性化的学习需求。在数智融合的新时代背景下，混合式教学是教育研究与实践关注的热点[2]。因此，教师应充分利用数智技术的优势，打破传统教学的时空限制，构建线上线下相结合的混合式教学模式，积极探索并实践更为高效、灵活、富有创意的教学策略与方法。同时在教学过程中要注重培养学生的自主学习、合作学习和创新学习能力，以期在STEM教育中培养出更多具备创新思维与实践能力的未来科技人才。数智融合下STEM课程现状与问题分析1.数智融合概述数智融合是数字化技术与智能化手段的深度融合与创新应用[3]。随着大数据、云计算、人工智能等前沿技术的不断进步，以及社会对数据价值认知的显著提升，数智融合的概念应运而生。在这一融合过程中，“数”扮演着至关重要的角色，它代表着数据，而“智”则象征着智能化。数智融合，将“数”与“智”紧密结合，形成了一个高效协同的整体，数据是基础，智能化是手段，共同推动着决策与服务的智能化升级。数智融合不仅改变了信息处理的方式和效率，还推动了各行业的转型升级。在教育领域，数智融合为STEM课程的教学提供了全新的平台和工具，使得教学内容的呈现更加直观、生动，教学方法更加多样、灵活。2.STEM课程现状STEM是科学（Science）、技术（Technology）、工程（Engineering）和数学（Mathematics）的缩写，而STEM教育旨在通过四门学科之间的有机结合，运用这四门知识解决生活实际问题，培养学生的创新能力和综合实践应用能力[4]。STEM教育以建构主义理论为基础，为学习者设计学习活动，因此更注重学习者的体验、情境、合作和设计[5]。近年来，STEM教育在全球范围内得到了广泛的关注和发展。各国纷纷将STEM教育纳入基础教育体系，通过开设STEM课程、举办STEM各类比赛等方式，推动STEM教育的普及和深化。国内STEM教育和创客教育融合研究，可将热点知识分为“融合发展研究”“教学模式研究”“人工智能研究”“系统综述研究”四个种类[6]。尽管STEM教育的重要性日益凸显，但在STEM课程的实际教学过程中，仍存在一些问题和挑战，如教学资源分散、师生互动不足、个性化学习难以实现等。学校作为STEM教育的主要阵地，其校本教学情况直接关系到STEM教育的成效。学校的STEM校本课程通常是以STEM兴趣小组、特色课程等方式呈现，然而，每周仅设一次课程，就会有课时量不足和课后延续性缺失的问题。每周一次的课程难以保证学生有足够的时间深入学习和实践，而课后又缺乏有效的学习资源和指导，个性化学习难以实现，学生的STEM学习过程与成果也很难进行记录与展示，导致学生的学习效果难以持续提升。3.存在问题分析根据前期研究发现，在开展STEM教育实践中主要存在以下几个问题：一是教师专业发展与技术应用之间出现脱节；二是教学资源开发滞后和利用效率不高；三是学生学习方式的转变缓慢；四是教学评价机制不够完善。这些问题的存在，限制了STEM教育潜力的充分发挥，亟需通过有效的教学策略进行改进和优化。为此，本文开展了基于数智融合教学平台下STEM教学策略的探究。数智融合下STEM课程教学策略探索未来的教育信息化将更关注学生的全面发展，更倡导“线上+线下”的混合式教学法，更注重教师的数字素养能力提升，更关注培养学生的自主学习和个性化发展[7]。数智融合下的STEM课程教学，通过“AiClass教学平台”实现，该平台不仅提供了丰富的学习资源和互动工具，还支持学生课后的自主学习和作品优化迭代，打破时间和空间的限制，为学生提供更加灵活、便捷的学习方式，有效提升了STEM教育的连续性和深度。教学中学生通过平台进行学习、提交成果和进行评价，让学生有机会展示自己的才华和创意，还能促进学生之间的交流与合作，激发学生的兴趣和动力，具体教学策略如图1所示。1.教学目标的明确与调整在数智融合背景下，STEM课程的教学目标应更加注重培养学生的信息素养、创新能力和跨学科思维。这要求教师明确课程目标，将知识传授与技能培养相结合，同时注重培养学生的问题解决能力和批判性思维。2.教学内容的整合与创新教学内容应围绕核心概念和基本原理进行整合，同时融入最新的科技成果和案例研究。教师可以利用智能教学平台提供的丰富资源，设计跨学科的学习项目，鼓励学生通过实践活动深入理解STEM领域的综合知识。3.教学方法的创新与应用教学方法的创新是提升STEM教育质量的关键。教师可采用项目式学习、合作学习等现代教学方法，结合在线交流和讨论平台，促进学生的主动学习和深度思考。此外，教师还应利用数据分析工具对学生的学习过程进行实时监控和反馈，以实现个性化教学。数智融合下STEM课程教学策略应用实践数智融合下，选择合适的STEM实践项目是实施教学策略的第一步。本文以“人体红外感应灯”项目为例，其教学内容不仅涵盖了电子工程、物理学和计算机编程等多个学科的知识，而且具有实际应用价值，能够激发学生的学习兴趣和创新思维。本课的教学内容为校本STEAM课程的第一个项目，教学对象为小学四年级学生。本项目的学习，让学生了解红外感应技术的基本原理和应用，掌握红外感应灯的制作方法，并通过实践操作和小组合作，培养学生的动手能力和团队合作精神，提高学生的问题解决能力进而激发学生对科学的兴趣和热爱，培养学生的创新意识和探索精神。在“人体红外感应灯”项目中，教学活动分为课前准备、课中探究和课后迭代三个阶段。课前，学生通过网络学习空间预习相关知识并参与讨论；课中，学生分组进行问题研讨和动手实践，教师提供必要的指导和支持；课后，学生对作品进行迭代优化，并在网络学习空间分享成果和体会。教学活动以线上、线下结合的STEAM学习形式开展，并贯穿课前、课中、课后。在网络学习空间的支持下，课前学生在周末、课余时间，利用平板电脑登录网络学习空间提前学习微课，并与老师、学生互动学习与交流。课中教师进行探究学习、动手造物，课后进行评价交流、迭代优化，并分享感想。学习活动变成了一种自然且自发的行为，学生学习变得更加积极主动。1.课前准备阶段在授课的5天前，教师在网络平台发布课程、调查问卷，上传学习资料和微课视频。学生利用课余时间登录平台进行学习。（1）设计调查问卷教师设计并发布节约用电调查问卷，了解学情。（2）学习资源的设计和准备教师在网络学习空间上传主控板、相应的传感器等元器件的资料文档和相关知识微课，力求资源的丰富性和准确性，为学生的学习提供强而有力的支撑。（3）汇总分析调查问卷教师根据调查问卷，深入挖掘数据，就相关问题与学生线上交流。2.课中实施阶段教师利用微课、课件引入项目，从问题出发，始于创意，师生共同研讨确定解决方案，学习开源硬件及相关传感器知识，结合基于开源硬件的编程创作智能化作品，以解决生活中的问题。在教学中引导学生学习、创作，完成作品，并进行讨论、分享。项目的活动过程包括以下四个环节。（1）构建情境，问题驱动教师播放视频并提问：电力是我们日常生活中一种重要的能源，没有了电，生活将会变得不可想象。而我国是一个用电大国，也是一个电力资源紧张的国家，所以节约用电是十分必要的。在家居生活中，如何做到更有效地节约用电呢？（2）小组研讨，确定方案首先，对问题进行逐步分解，引导学生进行小组研讨：电是如何形成的？发电的方式有哪些？如何安全用电？过度用电会有什么后果？如何节约用电？然后，通过探究学习的方式，确定了解决问题的具体方案。利用视频和课件的展示，教师引导学生深入了解红外人体感应灯的原理和应用。在此基础上，教师引导学生设计节约能源的方案：利用课前自主学习的开发板以及相应的传感器制作红外人体感应灯。（3）讲解原理，动手造物确定解决问题方案后，教师通过“明确任务—讲解原理—演示操作—动手制作”四个活动流程，引导学生操作。首先教师通过展示红外感应技术的相关图片和视频，激发学生的学习兴趣和好奇心，讲解红外感应技术的基本原理和应用，以及红外感应灯的制作方法和步骤。接着教师现场演示红外感应灯的制作方法和步骤，强调制作过程中的注意事项。然后，学生分组进行按“传感器连通、源代码实现、外观设计、作品集成”这四个步骤进行实践操作，教师指导并帮助学生解决制作过程中遇到的问题。在教学时可引导学生从自然语言、流程图到程序代码的过渡，如图2所示。（4）评价交流，分享感想学生通过拍照、录制作品上传到数智平台，教师出示评价标准，引导学生按评价标准对各组的制作过程和作品进行自评、互评。教师对学生的作品进行评价和总结，肯定学生的努力和成果，同时指出存在的问题和不足。学生以小组形式展示成果及感想，以多种形式展示学习收获，根据本节课的情况填写并提交评价表，如图3所示。3.课后迭代分享课后教师让学生通过多种形式展示学习收获，让学生进行作品的迭代优化，并再次上传至平台，同时把感想写下来分享，再次对修改后作品自评与互评。教学效果与反思教师对比实践前后的学生作品、问卷调查和访谈等方式评估教学效果。结果显示，学生在动手能力、团队合作精神和创新意识等方面均有显著提升。同时，教师也反思了资源整合、互动交流深度和个性化学习推进等方面的不足，为后续教学提供改进方向。1.教学效果通过本项目活动的教学实践，学生不仅掌握了红外感应技术的基本原理和应用，还学会了制作红外感应灯的方法和步骤。学生的动手能力和团队合作精神得到了锻炼和提高，他们在实践操作中相互协作，共同解决问题，展现出了良好的合作精神和创新能力。此外，学生对科学的兴趣和热爱得到了激发，他们更加关注身边的科技应用，积极探索科学的奥秘。在数智融合学习平台的支持下，时间和空间的限制被打破，学生可以随时随地进行自主学习和互动交流，学习效率和效果得到了显著提升。学生可以通过网络学习平台获取丰富的教学资源，拓宽自己的知识视野。同时，网络学习空间的实时反馈功能使得教师能够及时了解学生的学习情况，为学生提供个性化的指导和帮助。2.教学反思在数智融合背景下的STEM教学实践中，笔者深刻体会到资源整合与优化对于教学效果的深远影响。尽管数智平台提供了丰富多样的教学资源，但如何有效地整合和优化这些资源，使之更加符合STEM课程的教学需求，仍是目前面临的一大挑战。为了确保学生的学习成效，必须进一步筛选和整理这些资源，确保教学资源的针对性和有效性。同时，定期更新STEM课程的相关内容，并引入更多优质的外部教学资源，能够大幅提升学习效率，丰富学生的学习体验，从而进一步推动教学效果的提升。对于互动交流环节，笔者认为也需要优化。尽管数智平台提供了便捷的在线交流和讨论功能，但学生的交流往往缺乏深度和广度。因此，作为教师，应积极引导学生进行深入交流，通过设置具有启发性和探讨性的讨论话题，激发他们的思考热情。在讨论过程中，要及时纠正偏离主题的讨论，确保讨论的方向和深度。同时，尊重和鼓励多元观点的碰撞，培养学生的批判性思维和创新能力，是互动交流中应始终秉持的原则。此外，在个性化学习的实施与推进方面也面临诸多挑战。尽管数智平台支持个性化学习，但如何根据学生的实际情况和需求进行精准推荐，却是一个亟待解决的问题。为此，需要通过问卷调查、访谈