STEAM理念引領(lǐng)下的初中無人機(jī)課程探索

李佳篷

初中無人機(jī)課程的目標(biāo)是讓學(xué)生通過科技學(xué)習(xí)與實(shí)踐，在促進(jìn)自身身心發(fā)展的同時(shí)，養(yǎng)成良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣和敢于直面困難、勇于拼搏的優(yōu)良品質(zhì)，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)無人機(jī)的過程中，感受競(jìng)技體育的魅力，多方面發(fā)展學(xué)生的創(chuàng)造力、多維空間想象力以及動(dòng)手能力等。但是從各學(xué)校無人機(jī)課程開展的現(xiàn)狀來看，該課程仍存在一些有待克服的問題，如訓(xùn)練場(chǎng)地的局限，飛行設(shè)備零件的高成本、高損耗，訓(xùn)練時(shí)間的長短不一，家長的不理解與不支持等。針對(duì)初中無人機(jī)課程的現(xiàn)狀和困難，筆者結(jié)合自身教學(xué)實(shí)踐和訓(xùn)練比賽經(jīng)驗(yàn)，從課程目標(biāo)設(shè)置、教學(xué)實(shí)施開展、教學(xué)評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)等方面，對(duì)初中無人機(jī)課程進(jìn)行了深入的探索與實(shí)踐。

● 課程設(shè)計(jì)

1.貫徹STEAM理念的課程目標(biāo)

STEAM教育理念下的初中無人機(jī)課程是培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力、創(chuàng)新能力以及多維空間想象力等綜合能力的一門新型課程。不同于傳統(tǒng)學(xué)科課程，它從學(xué)生主觀能動(dòng)性的角度啟發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的能力，以及良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣。基于此，其課程目標(biāo)也和其他課程有所不同，在STEAM教育中無人機(jī)課程更強(qiáng)調(diào)學(xué)生的主觀思考與自主動(dòng)手能力。其課程目標(biāo)為培養(yǎng)學(xué)生自主創(chuàng)新精神，讓學(xué)生樹立良好的思維習(xí)慣與學(xué)習(xí)方式，掌握基本飛行原理，提高科技認(rèn)知。

2.異于傳統(tǒng)的學(xué)科融合

傳統(tǒng)的學(xué)科融合是淺層次的兩門單一學(xué)科的相互使用，根據(jù)《基于項(xiàng)目的STEM學(xué)習(xí)》中“明確的結(jié)果和模糊的任務(wù)”理念，本文所說的學(xué)科融合是指在STEAM教育背景下將多門學(xué)科知識(shí)加以整合運(yùn)用，相輔相成完成明確的結(jié)果?！澳：娜蝿?wù)”這個(gè)概念給學(xué)生們的發(fā)展提供了無限的可能，學(xué)生可以用不同學(xué)科的知識(shí)進(jìn)行組合完成實(shí)踐創(chuàng)新。

3.課程評(píng)價(jià)體系重構(gòu)

對(duì)于初中無人機(jī)課程，課程教學(xué)的內(nèi)容和細(xì)節(jié)都處在探索和發(fā)展的過程中，因此需要建立一套符合學(xué)校、學(xué)生現(xiàn)狀的課程評(píng)價(jià)體系。同時(shí)，需要對(duì)PDCA流程進(jìn)行改進(jìn)，重構(gòu)適合初中無人機(jī)課程的課程評(píng)價(jià)體系，即“實(shí)施—評(píng)價(jià)—計(jì)劃—改進(jìn)”（D-C-P-A）。初中無人機(jī)課程是一項(xiàng)基于實(shí)踐操作的課程，它沒有復(fù)雜的文字需要背誦，將實(shí)施（D）作為課程評(píng)價(jià)體系的第一個(gè)環(huán)節(jié)可以最為直接地發(fā)揮學(xué)生的自主創(chuàng)造能力。實(shí)施（D）后需要教師帶領(lǐng)學(xué)生及時(shí)完成對(duì)結(jié)果的評(píng)價(jià)（C），總結(jié)整理后產(chǎn)生新的計(jì)劃（P）并通過動(dòng)手完成改進(jìn)（A）。

4.項(xiàng)目式學(xué)習(xí)貫穿教學(xué)始終

在STEAM教育理念中，項(xiàng)目式學(xué)習(xí)是經(jīng)常被提起的一環(huán)。項(xiàng)目式學(xué)習(xí)是一種以學(xué)生為中心的教學(xué)方法，強(qiáng)調(diào)的是學(xué)生們?cè)谠噲D解決問題的過程中發(fā)展出來的技巧和能力?；谶@個(gè)理念，將初中無人機(jī)課程中原本復(fù)雜的各項(xiàng)技術(shù)，如了解飛行原理、器械零件組裝、飛行控制等設(shè)計(jì)成項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的各項(xiàng)任務(wù)，學(xué)習(xí)過程會(huì)變得較為輕松，也順應(yīng)了STEAM教育理念中項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的理念。

● 教學(xué)實(shí)踐

在開展初中無人機(jī)課程教學(xué)的過程中，筆者所在學(xué)校將課程教學(xué)分為三個(gè)階段：通用基礎(chǔ)知識(shí)、DIY積木飛行器、LiteBee無人機(jī)。在這三個(gè)階段中主要針對(duì)LiteBee Brix積木無人機(jī)開展教學(xué)，LiteBee Brix是一款樂高積木DIY套件，重量70克，遙控距離30米，充電時(shí)長30分鐘，飛行距離6分鐘。

1.教學(xué)環(huán)境

為了滿足初中無人機(jī)課程教學(xué)的特殊性，筆者所在學(xué)校參考美國STEAM實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)，并根據(jù)學(xué)校的發(fā)展理念，建設(shè)了“無人機(jī)創(chuàng)客實(shí)驗(yàn)室”，設(shè)計(jì)了課程教學(xué)方案。

2.教學(xué)安排

學(xué)校將初中無人機(jī)課程的教學(xué)內(nèi)容安排為校本課程，每學(xué)期的教學(xué)分為6個(gè)階段（學(xué)習(xí)理論、制訂計(jì)劃、分解任務(wù)、重復(fù)練習(xí)、尋找規(guī)律、打破常規(guī)），12個(gè)課時(shí)。無人機(jī)理論的學(xué)習(xí)是讓學(xué)生在腦海中建立一個(gè)基礎(chǔ)的飛行框架，通過自身學(xué)習(xí)的情況制訂整體“飛行計(jì)劃”，在整體計(jì)劃確立后用樹狀圖的形式分解每一次的任務(wù)，可以小組或個(gè)人為單位。任務(wù)確立后便是學(xué)生不斷地重復(fù)練習(xí)，在飛行過程中找到問題的關(guān)鍵，摸索規(guī)律并在一定控制基礎(chǔ)上不斷創(chuàng)新。在課堂安排上，筆者根據(jù)學(xué)生能力的差異組成不同的興趣小組，從小組的特色出發(fā)布置不同的研究任務(wù)。在課程中，將體育、美術(shù)、信息技術(shù)等多門學(xué)科進(jìn)行融合，在理論課的學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生根據(jù)要求繪畫出制訂的機(jī)械構(gòu)成與飛行路線，運(yùn)用編程技術(shù)檢測(cè)與設(shè)計(jì)機(jī)械，在平時(shí)訓(xùn)練過程中不僅要求掌握基本的機(jī)械，還會(huì)加入體能的訓(xùn)練以確保學(xué)生對(duì)無人機(jī)能夠做到長時(shí)間的穩(wěn)定控制。

3.課程實(shí)施

授課中，根據(jù)“實(shí)施—評(píng)價(jià)—計(jì)劃—改進(jìn)”（D-C-P-A）課程體系進(jìn)行教學(xué)，準(zhǔn)備充足零件，布置好教學(xué)場(chǎng)地后，第一節(jié)課在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行理論教學(xué)并組織學(xué)生自主完成機(jī)械組裝，第二節(jié)課安排學(xué)生到飛行區(qū)域進(jìn)行飛行。對(duì)第一次的飛行試驗(yàn)教師應(yīng)有心理準(zhǔn)備，因?yàn)榇蟛糠值膶W(xué)生難以操控機(jī)械，所以會(huì)出現(xiàn)很多狀況，要特別注意學(xué)生之間距離的大小、操作安全隱患等，及時(shí)對(duì)出現(xiàn)的問題組織學(xué)生思考與討論，并做出評(píng)價(jià)。經(jīng)過幾次課時(shí)練習(xí)后回到實(shí)驗(yàn)室總結(jié)問題并提出整改方案。

● 教學(xué)效果

1.培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新精神

“同類型機(jī)械中，通過何種方式能夠?qū)o人機(jī)的速度達(dá)到最快且不失控制”這個(gè)問題是筆者在教學(xué)的第二節(jié)課拋給學(xué)生的。在剛接觸無人機(jī)時(shí)，學(xué)生們都認(rèn)為這個(gè)問題難以解決，在課程進(jìn)行到中后期時(shí)，有一個(gè)討論小組提出了解決這個(gè)問題的創(chuàng)意。在飛行過程中，他們將LiteBee Brix無人機(jī)的積木零件進(jìn)行減重，將彈力繃帶替換為可粘性布帶，通過更替材料、調(diào)整機(jī)身重量的辦法來提高無人機(jī)的速度。

2.鍛煉了學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐能力

在無人機(jī)的教學(xué)里最基礎(chǔ)的一個(gè)部分就是動(dòng)手拆解、組裝機(jī)械引擎，按照飛行原理調(diào)適機(jī)械，安裝合適的螺旋槳以及電路。螺旋槳的位置擺放學(xué)生經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)問題，在教學(xué)過程中，筆者會(huì)安排學(xué)生對(duì)各個(gè)無人機(jī)進(jìn)行多次組裝、拆解、組裝，在不知不覺中鍛煉學(xué)生的實(shí)踐能力。

3.培養(yǎng)了學(xué)生克服困難的毅力

組裝并控制一臺(tái)無人機(jī)需要學(xué)生綜合物理、數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)、體育甚至語文、英語等學(xué)科的內(nèi)容來完成。在學(xué)習(xí)過程中會(huì)碰到各式各樣的問題，但無人機(jī)的學(xué)習(xí)是學(xué)生自主意愿的導(dǎo)向，本能的求知欲和興趣會(huì)促使學(xué)生在碰到困難時(shí)迎難而上，勇于克服。

4.提升學(xué)生競(jìng)爭(zhēng)意識(shí)和競(jìng)技精神

在飛行比賽里，學(xué)生需要有很高的專注度和熟練的飛行技巧，這培養(yǎng)了學(xué)生專注的精神，錘煉了學(xué)生堅(jiān)持的品質(zhì)，也使其在比賽過程中享受到了競(jìng)技的魅力。

● 收獲與啟示

1.教師層面

通過課程的設(shè)計(jì)與實(shí)踐，教師的學(xué)習(xí)觀逐漸從“白板說”向“建構(gòu)式”轉(zhuǎn)變，其教學(xué)方法也從以往的“填鴨式”“講解法”等轉(zhuǎn)向“以學(xué)生為主體”，教師能夠根據(jù)不同能力、不同基礎(chǔ)的學(xué)生，采取不同的教學(xué)方法。第一，對(duì)動(dòng)手能力不太強(qiáng)的學(xué)生，借助一些構(gòu)造性訓(xùn)練，通過小部件的組裝到多種零件混搭，一步步提升他們的動(dòng)手能力并且讓其獲得一定的自我認(rèn)同感。第二，對(duì)三維意識(shí)較為薄弱的學(xué)生，首先開展一些想象性訓(xùn)練，通過在慢跑的過程中，設(shè)置障礙，虛擬模擬飛行軌跡，在學(xué)生腦海中一點(diǎn)點(diǎn)樹立三維立體的概念。這個(gè)環(huán)節(jié)在實(shí)踐過程中面臨一定的難度，但通過教師的輔導(dǎo)，從邁出第一步開始到最后順利完成，學(xué)生的三維意識(shí)有了較為明顯的提升。第三，對(duì)操控水平一般的學(xué)生，首先進(jìn)行一些操作性訓(xùn)練，通過相同狀態(tài)不同控制模式的飛機(jī)飛行，記錄每次的飛行數(shù)據(jù)，讓學(xué)生在數(shù)據(jù)中找出每次不同操作下會(huì)產(chǎn)生的不同軌跡。

2.學(xué)生層面

通過課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生在無人機(jī)的技能上有所收獲，通過訓(xùn)練意志品質(zhì)，解決問題的方式也得到了不同程度的提高，即從開始的一味“被動(dòng)獲得”逐漸向“主動(dòng)探索”轉(zhuǎn)變，在一次次的訓(xùn)練和探索過程中，學(xué)生會(huì)從每次的細(xì)節(jié)里體會(huì)獲得感。第一，認(rèn)知的獲得。一切發(fā)明創(chuàng)造都源于好奇，好奇是發(fā)明創(chuàng)造的動(dòng)力源泉。在無人機(jī)課程中，學(xué)生能夠在腦海里形成一個(gè)潛力無限的科學(xué)觀。這會(huì)使學(xué)生產(chǎn)生一種截然不同的求知欲，并將這種求知欲運(yùn)用到學(xué)習(xí)中去來解答自身對(duì)科技的困惑，從而為其身心發(fā)展打下良好的基礎(chǔ)。第二，技能的獲得。在當(dāng)前STEAM教育的背景下，初中無人機(jī)課程的培養(yǎng)目標(biāo)首先是要求學(xué)生掌握如何組裝、搭建、控制飛行器械，其次才是情感意識(shí)的提高。技能的掌握是學(xué)生在參與學(xué)習(xí)的過程中學(xué)習(xí)成果的最直接展示，技能的掌握同樣也是課程評(píng)價(jià)體系中重要的一個(gè)部分。第三，情感的獲得。在初中無人機(jī)課程所建立的課程評(píng)價(jià)體系中，情感的獲得是獲得中的一種，同樣也可以理解為是評(píng)價(jià)環(huán)節(jié)里不可或缺的一部分。

● 結(jié)語

在STEAM教育背景下，初中無人機(jī)課程的發(fā)展是充滿潛力的，但在探索過程中仍有很多問題需要去解決，如課程的規(guī)范化、對(duì)場(chǎng)地設(shè)施的依賴性、飛行器械的損耗和成本等。另外，如何獲得家長的理解、提升學(xué)生的重視程度、解決教學(xué)課時(shí)的沖突等都是未來初中無人機(jī)課程發(fā)展過程中需要解決的問題。

本文系江蘇省教育科學(xué)“十三五”規(guī)劃課題“初中生STEM+項(xiàng)目學(xué)習(xí)的行動(dòng)研究”（編號(hào)：E-c/2018/05）階段成果;梁溪區(qū)高校支持項(xiàng)目“‘深度學(xué)習(xí) 思維課堂：教師教學(xué)及科研能力培訓(xùn)”階段成果;無錫市前瞻性項(xiàng)目“初中生STEM+項(xiàng)目式教學(xué)實(shí)踐與研究”階段成果。