淺談STEAM教具的設(shè)計、特性、作用

趙文辯

STEAM教育是一種重實踐的超學(xué)科教育概念，主張學(xué)習(xí)者在玩中學(xué)、做中學(xué)，以整合的方式培養(yǎng)學(xué)習(xí)者掌握知識和技能，并能進(jìn)行靈活的遷移應(yīng)用去解決真實世界的問題，以此培養(yǎng)學(xué)生核心能力。本文主要探討STEAM智能教具的設(shè)計、特性及其在教學(xué)中所起的作用。

STEAM智能教具的設(shè)計

解決問題的能力是STEAM教育的一個關(guān)鍵要素，是一種高度可轉(zhuǎn)換的思維技能，可以幫助兒童認(rèn)識真實的世界，并學(xué)會分析生活中事件的因果關(guān)系。解決問題能力的培養(yǎng)是通過產(chǎn)品中設(shè)計恰當(dāng)?shù)奶魬?zhàn)這一手段來完成的，兒童往往能在挑戰(zhàn)中鍛煉解決問題的能力并獲得快樂。

目標(biāo)定位 STEAM智能教具的目標(biāo)定位是：在“玩中學(xué)”的過程中學(xué)到STEAM相關(guān)學(xué)科的知識，讓兒童潛移默化地運(yùn)用編程的思維去思考、規(guī)劃和解決生活中所遇到的問題。

創(chuàng)新特性 從設(shè)計上來說，STEAM智能教具有以下的特性：一是技術(shù)性。STEAM智能教具中的編程是計算機(jī)程序設(shè)計的重要工具，本身就是一門技術(shù)。編程中編程語言、編程軟件、編程工具的開發(fā)是需要極大的技術(shù)性和專業(yè)性的。二是數(shù)學(xué)性。STEAM智能教具編程包含了豐富的數(shù)學(xué)內(nèi)容，編程最重要的部分就是算法。人工智能系統(tǒng)中先進(jìn)技術(shù)的實現(xiàn)更是需要強(qiáng)大的算法作支撐。

STEAM智能教具的特性

探索性 STEAM教具能夠積極引導(dǎo)青少年兒童探索科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)、數(shù)學(xué)領(lǐng)域，使他們掌握通過實驗和觀察進(jìn)行探索的科學(xué)方法，以獲得新知識，解決疑問和回答問題。還要以促進(jìn)學(xué)習(xí)者的身心健康發(fā)展和思維能力培養(yǎng)為指導(dǎo)，提供一種探究問題的情境和積極主動的學(xué)習(xí)氛圍，將簡單枯燥的知識設(shè)計得更有趣味性、挑戰(zhàn)性。

有趣性 從設(shè)計的目的來說，讓STEAM產(chǎn)品達(dá)到趣味性，是通過設(shè)計一種有計劃的輕松愉悅的方式來服務(wù)于最終的教育目標(biāo)。好的STEAM產(chǎn)品，能夠刺激左右腦發(fā)育。實驗研究表明，左腦發(fā)育是通過邏輯和推理部分的思維活動激活的，當(dāng)教學(xué)或游戲體驗讓兒童們思考科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)或數(shù)學(xué)方面的問題時，這一部分就會激活，使兒童的左腦得到鍛煉。右腦發(fā)育則是通過情緒的觸發(fā)，當(dāng)兒童在學(xué)習(xí)體驗過程中感到有趣時，處理情緒的右腦就會被觸發(fā)。刺激他們探索世界的思維能力，教具設(shè)計的娛樂性就顯得尤為重要了。

開放性 開放式是一款好的STEAM產(chǎn)品最主要的屬性，鼓勵兒童在STEAM理念下自己動手實現(xiàn)他們新奇的想法和用他們自己的方式來表達(dá)創(chuàng)意。讓用戶根據(jù)自己的想法去探索、開發(fā)和創(chuàng)造各種可能的玩法，鼓勵他們天馬行空地發(fā)揮自己的創(chuàng)造力和想象力，讓創(chuàng)意暢通無阻。

STEAM智能教具的作用

學(xué)科知識的獲取是STEAM教育的基礎(chǔ)，人工智能技術(shù)的引入是實現(xiàn)STEAM教具創(chuàng)新的重要形式。STEAM教育融合了科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)和數(shù)學(xué)等相關(guān)學(xué)科的知識，每個字母代表著不同的能力培養(yǎng)要求，同時也說明了任何事情的成功都不是依靠某一種能力來實現(xiàn)，而是需要借助多種能力來完成。STEAM是一種超學(xué)科的教育理念，它有別于傳統(tǒng)的單學(xué)科、重書本知識的教育方式，強(qiáng)調(diào)多門學(xué)科之間內(nèi)在的聯(lián)系、重實踐，STEAM智能教具具有以下支持學(xué)生以創(chuàng)新的方式來解決現(xiàn)實生活中問題的特點(diǎn)。

聯(lián)系實際 STEAM教育重視學(xué)習(xí)過程與現(xiàn)實生活的聯(lián)系，學(xué)習(xí)的最終目的是培養(yǎng)學(xué)習(xí)者解決現(xiàn)實生活中所遇到的問題的能力。問題產(chǎn)生于生活，解決問題的方法也應(yīng)來源于生活，STEAM學(xué)習(xí)構(gòu)建解決問題思維過程應(yīng)該與讀寫能力的培養(yǎng)相類似，將兒童的學(xué)習(xí)與他們生活中相關(guān)的事物聯(lián)系起來。在生活中將他們學(xué)到的知識進(jìn)行驗證，讓他們深刻地理解科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)和數(shù)學(xué)這些學(xué)科知識對他們的世界和生活的影響，在知識補(bǔ)充的同時使他們更好地學(xué)以致用。

反復(fù)試驗 在兒童學(xué)習(xí)過程中有動手創(chuàng)造的快樂也會有挫折失敗的沮喪，幫助兒童學(xué)會承認(rèn)和接受失敗的能力是通往成功的關(guān)鍵。在失敗的過程中我們需要保護(hù)好兒童的好奇心，建立他們的自信心，鼓勵他們繼續(xù)探索、換一種解決問題的思路、嘗試不同的想法。在產(chǎn)品設(shè)計中要充分考慮到這一點(diǎn)。一款好的STEAM教具需能讓兒童自主主導(dǎo)學(xué)習(xí)體驗的過程，將教育方式化被動為主動，以建立兒童的內(nèi)在學(xué)習(xí)動機(jī)，培養(yǎng)自主決定的能力為目的。

親身實踐 STEAM是“做中學(xué)”的教育方式，這就決定了它的親身實踐性，以及注重動手動腦的學(xué)習(xí)體驗?？茖W(xué)多次證實，兒童通過自己動手創(chuàng)造出的產(chǎn)品可以獲得成就感、滿足感和快樂感，可以促進(jìn)左右腦的發(fā)育。并且知識獲取的最佳途徑是學(xué)習(xí)者自己實踐、自己構(gòu)建、自己完善。這要求設(shè)計者設(shè)計STEAM教育產(chǎn)品時多考慮設(shè)計有形的、可觸摸的物理實體。在頻繁使用電子屏幕產(chǎn)品的當(dāng)下，兒童們從生活中獲得的物理反饋越來越少，所以從親身實踐中獲得觸覺和有形輸入對如今處于智能時代下的兒童來說是尤為重要的。

STEAM智能教具是多樣化、智能化、專業(yè)化的，相關(guān)的功能和種類也會越來越多，相信隨著更多科學(xué)有效的方法被應(yīng)用于STEAM智能教具中，其應(yīng)用前景也會越來越廣闊。

（作者單位：廣東省臺山市新寧中學(xué)）