信息技術(shù)設(shè)備在STEAM教育中的應(yīng)用與實(shí)踐

文/廣州市越秀區(qū)鐵四小學(xué) 成艷萍

信息技術(shù)設(shè)備在STEAM教育中的應(yīng)用與實(shí)踐

文/廣州市越秀區(qū)鐵四小學(xué) 成艷萍

隨著信息技術(shù)迅速發(fā)展和新課程的不斷推進(jìn)，不少新教學(xué)技術(shù)在教育信息化和教改的浪潮中應(yīng)運(yùn)而生，電子書(shū)包、3D設(shè)計(jì)打印和數(shù)字化實(shí)驗(yàn)儀器有效地解決了教學(xué)中的疑難問(wèn)題，給科學(xué)與工程實(shí)踐教學(xué)來(lái)了新的生機(jī)與活力。

一、電子書(shū)包技術(shù)提供了探究的泛在學(xué)習(xí)環(huán)境

STEAM教育強(qiáng)調(diào)多學(xué)科的交叉融合，倡導(dǎo)一種 “讓孩子自主探究，完成他們感興趣并與生活相關(guān)的項(xiàng)目”的教學(xué)理念。但是在很多探究活動(dòng)中，學(xué)生在沒(méi)有既定前概念，教師又不能提供豐富資源和有力工具時(shí)，學(xué)生的探究常常會(huì)無(wú)從下手，這種無(wú)處探、無(wú)法探的假探究形式并不能促進(jìn)學(xué)生科學(xué)核心素養(yǎng)的發(fā)展。電子書(shū)包的出現(xiàn)為學(xué)生的科學(xué)探究提供新的支持。

例如在六年級(jí) 《在星空 （一）》一課中，要求學(xué)生認(rèn)識(shí)星座并制作星座模型，這對(duì)于生活在城市中，常年都無(wú)法看到幾顆星星的城市孩子來(lái)說(shuō)幾乎是很難理解的。當(dāng)借助電子書(shū)包這一新技術(shù)后，教學(xué)就出現(xiàn)了轉(zhuǎn)機(jī)：首先在教學(xué)情境設(shè)置時(shí)，電子書(shū)包豐富的圖像、音頻組合給學(xué)生提供想象的空間，激發(fā)學(xué)生想象思維的碰撞，有效提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣；在探究前期，教師做出預(yù)案，為學(xué)生提供可能需要的各種星座資料，學(xué)生根據(jù)自身需求學(xué)習(xí)的過(guò)程中還可以利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)支持其獲得其他有針對(duì)性的探究資源；在探究過(guò)程中，學(xué)生利用繪圖工具，繪制天空中某一區(qū)域星星組合后的形狀，想象其形象并加以命名；在探究反饋環(huán)節(jié)中，學(xué)生可以自由瀏覽各組發(fā)布到資源庫(kù)中的探究成果，針對(duì)各自的疑問(wèn)在線提問(wèn)，也可以全班同學(xué)共同觀看并聆聽(tīng)某組學(xué)生的匯報(bào)，學(xué)生通過(guò)個(gè)性化學(xué)習(xí)，也為后繼星座模型制作做好鋪墊，從而令學(xué)習(xí)方式回歸到 “以人為本”的基礎(chǔ)上。

二、數(shù)字化實(shí)驗(yàn)技術(shù)突出了STEAM教育的精髓

小學(xué)科學(xué)知識(shí)目標(biāo)包括物質(zhì)科學(xué)、生命科學(xué)、地球與宇宙科學(xué)、技術(shù)與工程四個(gè)方面，知識(shí)量大，覆蓋面廣。在科學(xué)探究方面要求學(xué)生經(jīng)歷 “提出問(wèn)題、作出假設(shè)、制訂計(jì)劃、搜集證據(jù)、處理信息、得出結(jié)論、表達(dá)交流和反思評(píng)價(jià)”等幾個(gè)步驟來(lái)獲得知識(shí)，發(fā)展能力，提升素養(yǎng)。當(dāng)科學(xué)與工程實(shí)踐融入STEAM教育框架后，遵循科學(xué)探究的流程或工程實(shí)踐的路徑， “探索——設(shè)計(jì)——?jiǎng)?chuàng)造——嘗試——改進(jìn)”成為研究的主流，然而對(duì)于教材中一些離現(xiàn)實(shí)比較遠(yuǎn)、受設(shè)備限制或?qū)W生認(rèn)知水平較難達(dá)到的研究?jī)?nèi)容，很難通過(guò)準(zhǔn)確的探究獲得事物的本質(zhì)，這時(shí)候恰當(dāng)?shù)剡\(yùn)用“數(shù)字化”技術(shù)，實(shí)現(xiàn)科學(xué)知識(shí)和數(shù)字化的整合則能較好地化解以上矛盾。具體體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1.日常只能定性，不能定量的實(shí)驗(yàn)——客觀+可視

在五年級(jí) 《熱》單元中，探究物質(zhì)導(dǎo)熱性的差異，以往傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)靠手摸、感受，學(xué)生只能用 “我覺(jué)得誰(shuí)比誰(shuí)強(qiáng)” “我認(rèn)為誰(shuí)的傳熱性好”這樣描述性的語(yǔ)言來(lái)講述實(shí)驗(yàn)結(jié)果。同樣在探究五年級(jí) 《光》這個(gè)單元中影子大小與物體形狀、遠(yuǎn)近的關(guān)系時(shí)，學(xué)生只能產(chǎn)生“大、比較大、小”， “物體離光源近一些影子就大一點(diǎn)”這樣模糊的概念，很大程度上結(jié)論的產(chǎn)生要依靠學(xué)生的主觀推理，這與科學(xué)實(shí)驗(yàn)的嚴(yán)謹(jǐn)性極不相稱。當(dāng)采用數(shù)字化儀器開(kāi)展這類實(shí)驗(yàn)時(shí)，各種物質(zhì)受熱后在極短時(shí)間內(nèi)溫度的上升客觀地反映出它們導(dǎo)熱性的強(qiáng)弱；相同物體離光源不同遠(yuǎn)近時(shí)影子大小面積的差異清晰地反映了光影間成正比的關(guān)系。借助數(shù)字化實(shí)驗(yàn)儀器幫助不但擴(kuò)大了實(shí)驗(yàn)的范圍，而且客觀真實(shí)地產(chǎn)生科學(xué)結(jié)論，這對(duì)學(xué)生的探究實(shí)驗(yàn)有著重要的促進(jìn)作用。

2.觀察時(shí)間長(zhǎng)，需要了解變化趨勢(shì)的實(shí)驗(yàn)——實(shí)時(shí)+動(dòng)態(tài)

在 《制作一個(gè)保溫杯》的學(xué)習(xí)中，受傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)器材的影響，教材只要求學(xué)生測(cè)量自己制作的保溫杯中水五分鐘內(nèi)的降溫幅度，但事實(shí)上對(duì)于保溫杯，人們更看重它四個(gè)小時(shí)、六個(gè)小時(shí)的保溫效果。為什么課本沒(méi)有要求學(xué)生進(jìn)行測(cè)量？這是因?yàn)樵谶@個(gè)時(shí)長(zhǎng)中，學(xué)生如果測(cè)量的次數(shù)不足，就無(wú)法顯示準(zhǔn)確的降溫曲線；如果測(cè)量次數(shù)過(guò)多，則影響學(xué)生正常的學(xué)習(xí)生活。當(dāng)使用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)儀器時(shí)，電腦可以實(shí)時(shí)記錄并存貯大量的測(cè)量數(shù)據(jù)，做到實(shí)驗(yàn)過(guò)程變化的同時(shí)數(shù)據(jù)同步采集和變化，這些數(shù)據(jù)點(diǎn)連成的曲線能最接近于水降溫的規(guī)律，就能將變化過(guò)程通過(guò)曲線即時(shí)呈現(xiàn)出來(lái)，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集和動(dòng)態(tài)處理，這樣學(xué)生就可以快速而便捷地獲得大量信息，分析出科學(xué)的結(jié)論。同時(shí)，學(xué)生在此基礎(chǔ)上反思自己設(shè)計(jì)的方案：到底是什么原因?qū)е铝吮匦Ч牟町悾拷柚鷶?shù)字化實(shí)驗(yàn)設(shè)備，就可以研究變量與結(jié)果、設(shè)計(jì)與現(xiàn)象之間的關(guān)系，研究不同的設(shè)計(jì)對(duì)水溫前期、中期和后期變化的影響，這樣就方便了學(xué)生研究變量之間的關(guān)系和規(guī)律，對(duì)于進(jìn)一步改進(jìn)自己的設(shè)計(jì)起到非常重要的作用。

3.現(xiàn)象不明顯，肉眼誤差大的實(shí)驗(yàn)——準(zhǔn)確+綜合

在擺的快慢與什么因素有關(guān)的探究中，如果要嚴(yán)格控制實(shí)驗(yàn)環(huán)境，學(xué)生必須擺一開(kāi)始的起始幅度小于15。，然而當(dāng)擺持續(xù)擺動(dòng)后擺幅會(huì)越來(lái)越小，這樣學(xué)生在記錄擺次數(shù)時(shí)就有著極大的困難。這時(shí)如果改用數(shù)字化設(shè)備，由傳感器感應(yīng)小球經(jīng)過(guò)的次數(shù)就能把觀測(cè)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的誤差率控制在0.5%以下，這完全符合科學(xué)探究中對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度的要求。同時(shí)，現(xiàn)行的數(shù)字實(shí)驗(yàn)設(shè)備的采集器有多種測(cè)量數(shù)據(jù)的顯示模式：例如數(shù)字顯示、指針顯示、實(shí)時(shí)曲線顯示，學(xué)生可以針對(duì)實(shí)驗(yàn)不用的數(shù)據(jù)需要進(jìn)行選擇，同時(shí)采集儀可以記錄檢測(cè)過(guò)程中各時(shí)段的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)后可以查看整個(gè)過(guò)程或任意時(shí)間的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，讓學(xué)生綜合分析數(shù)據(jù)更有針對(duì)性。

三、3D打印技術(shù)促進(jìn)了STEAM教育的跨學(xué)科發(fā)展

3D打印技術(shù)的應(yīng)用使得過(guò)去難以實(shí)現(xiàn)的STEAM工程實(shí)踐類型的設(shè)計(jì)成為可能。例如六年級(jí)科學(xué)有一個(gè)科學(xué)與工程的研究?jī)?nèi)容 《設(shè)計(jì)一條橋》，要求學(xué)生在 《形狀與結(jié)構(gòu)》單元學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)一條綜合考慮形狀、承重等方面的橋梁。在這個(gè)探究之前，教師借助3D打印技術(shù)為學(xué)生創(chuàng)建 “體驗(yàn)式探究空間”，讓學(xué)生先打印設(shè)計(jì)的局部：有的小組從形狀入手，詳細(xì)分析橋造型，分別從三角形、矩形、梯形、拱形等入手，甚至采用復(fù)合截面形式；有的小組重點(diǎn)觀察橋梁受壓破壞的位置，觀察施壓過(guò)程中結(jié)構(gòu)點(diǎn)、紙梁、桿件等受破壞的狀況從而尋找改進(jìn)措施；有的組從內(nèi)部結(jié)構(gòu)入手，關(guān)注橋梁形式是否合理，橋的各構(gòu)件的協(xié)調(diào)是否到位。3D打印技術(shù)既給學(xué)生們提供了體驗(yàn)的空間，也讓他們知識(shí)的運(yùn)用成了可能：學(xué)生在主動(dòng)參與到真實(shí)的實(shí)踐活動(dòng)中，3D打印實(shí)體讓學(xué)生的想象變成現(xiàn)實(shí)，將自己的創(chuàng)新設(shè)計(jì)或想法以可視化方式呈現(xiàn)給教師和其他同學(xué)。

在 “大眾創(chuàng)業(yè)，萬(wàn)眾創(chuàng)新”的時(shí)代背景下，STEAM教育在我國(guó)中小學(xué)中從最初的萌芽到現(xiàn)在的蓬勃發(fā)展，離不開(kāi)各種新信息技術(shù)設(shè)備的推動(dòng)。

責(zé)任編輯 韋英哲