雙減形式下初中STEAM社團(tuán)教學(xué)模式研究 論文

2022年安徽省中小學(xué)教育教學(xué)論文評(píng)選雙減形式下初中STEAM社團(tuán)教學(xué)模式研究摘要：當(dāng)前雙減形式下，很多中小學(xué)都在課后服務(wù)時(shí)間開展STEAM社團(tuán)活動(dòng)，基本上以校本課程為主，教學(xué)方法也有差異，針對(duì)教學(xué)中的一些問(wèn)題，我們經(jīng)過(guò)認(rèn)真研究，采用了項(xiàng)目式教學(xué)模式開展教學(xué)，即提出問(wèn)題、尋找方法、設(shè)計(jì)方案、作業(yè)物化、實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)的流程，經(jīng)過(guò)了兩年的教學(xué)實(shí)驗(yàn)，取得了不錯(cuò)的教學(xué)效果。 關(guān)鍵詞：雙減、STEAM、初中社團(tuán)、項(xiàng)目式教學(xué)模式

引言：雙減政策實(shí)施以來(lái)，很多學(xué)校都開設(shè)了STEAM社團(tuán)，但是國(guó)家沒(méi)有使用指定的STEAM教材，很多學(xué)校都是以自己開發(fā)的校本課程為主，教學(xué)方法因地制宜，多種多樣，大部分效果都不是很理想，在這種情況下，對(duì)于STEAM校本課程的教學(xué)模式研究就變得尤其重要，筆者經(jīng)過(guò)認(rèn)真研究，針對(duì)教學(xué)中出現(xiàn)的問(wèn)題，合理優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，采用項(xiàng)目式教學(xué)模式進(jìn)行STEAM校本課程教學(xué)，從教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)重難點(diǎn)、教學(xué)過(guò)程等方面都進(jìn)行了一系列的設(shè)計(jì)，突出了以學(xué)生為中心的教育理念，最終取得了較好的教學(xué)效果。一、背景介紹STEAM是一種以跨學(xué)科為主要特征的教育理念，在本世紀(jì)初開始受到世界各國(guó)的重視，中國(guó)教育部在2019年2月發(fā)布了《中國(guó)教育現(xiàn)代化2035》[1]明確指出要“全面加強(qiáng)和改進(jìn)學(xué)校美育，弘揚(yáng)勞動(dòng)精神，強(qiáng)化實(shí)踐動(dòng)手能力，合作能力，創(chuàng)新能力的培養(yǎng)”，2021年7月中共中央、國(guó)務(wù)院印發(fā)了《關(guān)于進(jìn)一步減輕義務(wù)教育階段學(xué)生作業(yè)負(fù)擔(dān)和校外培訓(xùn)負(fù)擔(dān)的意見(jiàn)》[2]要求提升課后服務(wù)質(zhì)量，延長(zhǎng)課后服務(wù)時(shí)間，開展豐富多彩的社團(tuán)活動(dòng)。STEAM教育課程的實(shí)踐性、合作性和創(chuàng)新性得到了人們的高度重視，在當(dāng)前雙減政策的指引下，全國(guó)很多中小學(xué)都在課后服務(wù)時(shí)間設(shè)置了STEAM社團(tuán)課程，但是目前我國(guó)中小學(xué)STEAM教育還沒(méi)有專門指定的教材，基本上還是以各個(gè)學(xué)校自己開發(fā)的校本課程為主，教學(xué)方法也是千變?nèi)f化、多種多樣的。二、STEAM教育中存在的問(wèn)題筆者所在初中于2017年被市教育局列為首批STEAM示范學(xué)校，同年縣教育局為學(xué)12022年安徽省中小學(xué)教育教學(xué)論文評(píng)選校配備的3D創(chuàng)客教室開始投入使用，主要是用于學(xué)校STEAM社團(tuán)開展教學(xué)和實(shí)驗(yàn)活動(dòng)。由于設(shè)備限制，學(xué)校組織教師編寫了STEAM教育課程，主要是在3D打印、開源電子和其它學(xué)科的融合方面開展相應(yīng)的教學(xué)，學(xué)生作業(yè)主要安排各學(xué)科融合的科技小制作，我校的STEAM教育開展幾年以來(lái)暴露了一些問(wèn)題，具體如下：

1.加持新技術(shù)的硬件不斷的投入使用，加快了電子設(shè)備的淘汰速度。 2.技術(shù)的更新也在促進(jìn)教學(xué)課程的更新，一套課程用了幾年就不太適合教學(xué)的需要。 3.學(xué)生對(duì)于與生活聯(lián)系較多有實(shí)用價(jià)值的課程有興趣，而對(duì)哪些過(guò)于脫離生活，實(shí)用性不強(qiáng)的課程則是缺乏熱情。4.由于生活中實(shí)際問(wèn)題的復(fù)雜性，完成的作業(yè)很多解決不了實(shí)際問(wèn)題。 5.傳統(tǒng)教學(xué)模式容易造成學(xué)生的思維方式固化，無(wú)法培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思想，難以達(dá)到預(yù)料的教學(xué)效果。三、對(duì)應(yīng)的解決方法經(jīng)過(guò)我們教師團(tuán)隊(duì)的理論研究和教學(xué)實(shí)踐，總結(jié)出一些解決問(wèn)題的方法：1.持續(xù)對(duì)教學(xué)設(shè)備的投入，及時(shí)引入一些加持新技術(shù)的開源電子設(shè)備材料。2.靈活開展教學(xué)，在教學(xué)中及時(shí)改進(jìn)一些已經(jīng)淘汰過(guò)時(shí)的部分內(nèi)容。3.及時(shí)尋找緊密聯(lián)系生活的課程資源，設(shè)計(jì)一些有實(shí)用價(jià)值的校本課程。4.強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)的重要性，作業(yè)完成后必須通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明可行性。5.STEAM教育需要激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思想，教學(xué)模式應(yīng)以項(xiàng)目式教學(xué)為主。22022年安徽省中小學(xué)教育教學(xué)論文評(píng)選圖1問(wèn)題和解決方法四、項(xiàng)目式教學(xué)模式的應(yīng)用項(xiàng)目式教學(xué)模式強(qiáng)調(diào)以學(xué)生為中心，以問(wèn)題為導(dǎo)向，注重設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)情境的教學(xué)方法，我們認(rèn)真構(gòu)建了一套基于STEAM社團(tuán)活動(dòng)的項(xiàng)目式教學(xué)模式，下面以《抗疫分類垃圾桶》為例，具體介紹如下：圖2項(xiàng)目式教學(xué)模式應(yīng)用 1.設(shè)計(jì)思想

（1）以項(xiàng)目式教學(xué)模式為主

項(xiàng)目式教學(xué)模式即“提出問(wèn)題——分析問(wèn)題——解決問(wèn)題——反思評(píng)價(jià)”，但是由于STEAM教育的內(nèi)容比較繁雜，結(jié)果需要通過(guò)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行反思評(píng)價(jià)，所以我們采用的是“提出問(wèn)題——尋找方法——設(shè)計(jì)方案——作品物化——實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)”的方式，針對(duì)STEAM作業(yè)難度較大，耗時(shí)較多的難題，我們主要采用學(xué)生團(tuán)隊(duì)合作的方式來(lái)完成作業(yè)，模仿現(xiàn)代工廠設(shè)計(jì)流水線中“自由設(shè)計(jì)方案——擇優(yōu)確定項(xiàng)目——合作物化作品——模擬商業(yè)營(yíng)銷”的方式完成整個(gè)作業(yè)流程。 （2）突出新技術(shù)的應(yīng)用

隨著科技的不斷發(fā)展，以圖像識(shí)別、語(yǔ)音識(shí)別、語(yǔ)音合成技術(shù)為代表的人工智能技術(shù)的應(yīng)用，大大提升了生活的品質(zhì)。為了與時(shí)俱進(jìn)，我將這些以新技術(shù)加持的開源電子引入到教學(xué)中。（3）緊密聯(lián)系生活32022年安徽省中小學(xué)教育教學(xué)論文評(píng)選當(dāng)前我國(guó)政府重視環(huán)保，大力提倡垃圾分類，生活中隨處可見(jiàn)與垃圾分類有關(guān)的實(shí)施項(xiàng)目；2019年以來(lái)，新冠疫情改變了我們的生活，作為中學(xué)生，我們時(shí)刻要注意搞好疫情防控。在本課設(shè)計(jì)中，我們突出了當(dāng)前典型的“環(huán)?！焙汀翱挂摺眱纱笾黝}。2.教學(xué)目標(biāo)與重難點(diǎn)

（1）STEAM目標(biāo)

科學(xué)：讓學(xué)生學(xué)會(huì)用基本的物理力學(xué)和電學(xué)原理來(lái)解決實(shí)際問(wèn)題。 技術(shù)：讓學(xué)生學(xué)會(huì)用3D軟件來(lái)建模，用編程軟件完成開源電子電路的設(shè)計(jì)，最后完成實(shí)驗(yàn)調(diào)試。工程：學(xué)會(huì)針對(duì)一個(gè)目標(biāo)，在一段時(shí)間內(nèi)進(jìn)行協(xié)作，解決一個(gè)實(shí)際問(wèn)題。藝術(shù)：學(xué)會(huì)用手繪線條設(shè)計(jì)作品草圖，讓作品的外觀審美和實(shí)用性完美的結(jié)合。數(shù)學(xué)：完成數(shù)據(jù)的測(cè)量和收集，學(xué)會(huì)利用數(shù)據(jù)來(lái)解決設(shè)計(jì)中的具體問(wèn)題。圖3STEAM教學(xué)目標(biāo)（2）教學(xué)重難點(diǎn)分析及解決措施

教學(xué)重點(diǎn)：

作品的實(shí)用價(jià)值是如何體現(xiàn)的，開源電子人工智能模塊的應(yīng)用方法。教學(xué)難點(diǎn)：

如何使用3D打印和開源硬件技術(shù)制作出一個(gè)有實(shí)用價(jià)值的3D打印作品。 解決措施：

在教學(xué)中，通過(guò)啟發(fā)引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)新，無(wú)論是審美上還是實(shí)用功能上，注意保護(hù)學(xué)生最初的創(chuàng)新思想，幫助他們最終完成作業(yè)。42022年安徽省中小學(xué)教育教學(xué)論文評(píng)選 3.教學(xué)過(guò)程

（1）導(dǎo)入新課

出示一則謎語(yǔ)“天生大肚能容物，吃飯從來(lái)不挑食。臟活累活從不嫌，美化環(huán)境都靠它?！闭?qǐng)學(xué)生回答，引出“垃圾桶”題材。 （2）講授新課

【板書：提出問(wèn)題】

提問(wèn)1：你知道垃圾分類有什么重要性？具體有哪幾類？生活中常見(jiàn)的分類垃圾桶是什么樣的，你覺(jué)得這種分類垃圾桶有哪些缺點(diǎn)？學(xué)生回答，教師歸納總結(jié)，答案如下：

① 垃圾分類是為了更好的保護(hù)環(huán)境。 ② 具體分為四類：

可回收垃圾，包括廢紙、塑料、玻璃等，用藍(lán)色垃圾桶收集。有害垃圾，包括廢電池、日光燈管和過(guò)期藥品等，用紅色垃圾桶收集。廚余垃圾，包括廚房里殘余的垃圾，用綠色垃圾桶收集。其它垃圾，以上分類以外的垃圾，用灰色垃圾桶收集。③ 生活中一般是四個(gè)分類垃圾桶分別擺放，占地面積大，也不美觀，如何將四 個(gè)垃圾桶設(shè)計(jì)成為一個(gè)整體，既好看，又實(shí)用。 提問(wèn)2：當(dāng)前新冠疫情問(wèn)題仍然沒(méi)有解決，在生活中處理垃圾時(shí)，哪些方面可能造成病毒傳播？ 【板書：尋找方法】

學(xué)生回答，教師總結(jié)：

垃圾桶一般都有蓋子。倒垃圾時(shí)，需要用手拿開蓋子，才能將垃圾丟進(jìn)去，垃圾桶蓋子如果沾有病毒，容易傳播給別人?！景鍟涸O(shè)計(jì)方案】

提問(wèn)3：不用手能不能打開垃圾桶蓋子？學(xué)生回答，教師歸納。 用身體的其它部位（腳），或者使用開源電子傳感器。（紅外感應(yīng)、超聲波、聲音、光線等）

【板書：作品物化】

方案一：腳動(dòng)式分類垃圾桶52022年安徽省中小學(xué)教育教學(xué)論文評(píng)選用鞋子接觸垃圾桶，病毒傳播風(fēng)險(xiǎn)大大降低，本款作品設(shè)計(jì)將四個(gè)垃圾箱體組合到一起，利用齒輪組合，采用開花式的造型，顯得具有美感，如果使用腳推動(dòng)推桿，可以打開或關(guān)上四個(gè)垃圾箱體。 方案二：超聲波控制垃圾桶

將方案一的腳動(dòng)式推桿進(jìn)行改進(jìn)，用Arduinouno主控板控制，通過(guò)超聲波傳感器捕捉人體接近的信號(hào)，用舵機(jī)打開四個(gè)垃圾箱體，同時(shí)播放語(yǔ)音，提示注意分類投放垃圾，靜止4分鐘，然后合上四個(gè)垃圾箱體，這樣不用接觸垃圾桶就可以投放垃圾了。圖4：腳動(dòng)式抗疫分類垃圾桶圖5：超聲波抗疫分類垃圾桶展示實(shí)物，播放實(shí)驗(yàn)視頻。 提問(wèn)4：請(qǐng)根據(jù)以上兩個(gè)抗疫分類垃圾桶的設(shè)計(jì)方案，分析兩個(gè)方案的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)？ 學(xué)生回答，教師總結(jié)：

優(yōu)點(diǎn)是兩個(gè)方案都將分類垃圾箱體組合到一起，美觀大方，且都起到抗疫的作用。但是都有著缺點(diǎn)：方案一沒(méi)有實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，只是用腳推動(dòng)推桿來(lái)改變垃圾桶的四個(gè)箱體彈出和收回的狀態(tài)，如果鞋子上沾染病毒仍然有傳播風(fēng)險(xiǎn)，方案二雖然實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化，但是智能程度不高，造成誤觸發(fā)，比如行人或者寵物路過(guò)，也可能被誤認(rèn)為是有人要倒垃圾。 提問(wèn)5：以上作品的缺點(diǎn)其實(shí)就是智能化程度不夠，那生活中還有哪些新技術(shù)可以提高作品的智能化程度？學(xué)生回答，教師引導(dǎo)。講解AI人工智能的概念，在開源電子方面，人工智能主要體現(xiàn)在語(yǔ)言識(shí)別、圖像識(shí)別、語(yǔ)音合成、物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用等幾個(gè)方面。下面我們來(lái)學(xué)習(xí)兩個(gè)作品，了解一下人工智能技術(shù)的應(yīng)用效果。【板書：實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)】62022年安徽省中小學(xué)教育教學(xué)論文評(píng)選 方案三：語(yǔ)音識(shí)別分類垃圾桶

本作品使用了語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)，可以通過(guò)人機(jī)對(duì)話對(duì)投放垃圾的人進(jìn)行語(yǔ)音提示，本產(chǎn)品使用到的硬件有掌控板、語(yǔ)音識(shí)別傳感器和mp3模塊和舵機(jī)。對(duì)著垃圾桶說(shuō)聲“倒垃圾”就會(huì)激活語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)，會(huì)提示你說(shuō)出手中垃圾的名稱，還可以根據(jù)你的回答提示屬于何種分類垃圾，同時(shí)打開相應(yīng)的垃圾箱體。比如：本作品預(yù)存了八種語(yǔ)音信號(hào)，分別是：“金屬、廢紙、酒瓶、樹枝樹葉、廚余垃圾、廢電池、過(guò)期藥品和其他垃圾?！碑?dāng)你說(shuō)出“金屬”時(shí)，系統(tǒng)會(huì)播報(bào)：“您帶來(lái)的垃圾是可回收垃圾，請(qǐng)放進(jìn)藍(lán)色垃圾箱。”同時(shí)藍(lán)色垃圾箱會(huì)自動(dòng)打開，4分鐘后關(guān)閉。 方案四：智能卸貨分類垃圾桶

作品外形像一個(gè)小車，前部安裝ARDUINOUNO主板、超聲波傳感器、人工智能視覺(jué)識(shí)別攝像頭、mp3串口播放器、灰度傳感器；下部安裝了四個(gè)車輪；后部安裝了兩個(gè)可以活動(dòng)的垃圾箱體和兩個(gè)可以打開的蓋子。本作品主要包含著兩方面的功能：第一是無(wú)人駕駛技術(shù)，本垃圾桶可以巡線行駛于居民區(qū)和垃圾處理廠兩個(gè)地點(diǎn)，可以將不同種類的分類垃圾分別清空到特定的地方，灰度傳感器讓垃圾桶車進(jìn)行巡線，當(dāng)前方一定內(nèi)范圍出現(xiàn)障礙物時(shí)，車前的超聲波傳感器可以識(shí)別緊急停車。第二，視覺(jué)識(shí)別傳感器能夠識(shí)別幾個(gè)重要地點(diǎn)，一是收集垃圾桶的居民區(qū)，二是垃圾處理廠中不同垃圾存放的地點(diǎn)。垃圾裝滿后，本作品可以自動(dòng)巡線前往垃圾處理廠分類進(jìn)行清空，然后巡線回到居民區(qū)繼續(xù)收集垃圾。圖6語(yǔ)音識(shí)別分類垃圾桶圖7自動(dòng)卸貨的分類垃圾桶 展示方案三和四后，請(qǐng)同學(xué)們說(shuō)出它們的優(yōu)點(diǎn)。得出如下結(jié)論：語(yǔ)音合成垃圾桶的優(yōu)點(diǎn)是體現(xiàn)設(shè)計(jì)的以人為本，作品可以給垃圾投放人不同的語(yǔ)音提示，幫助他們分別投放垃圾。可以自動(dòng)卸貨的垃圾桶不僅解決了疫情環(huán)境下倒垃圾不用手接觸垃圾桶的問(wèn)題，還實(shí)現(xiàn)了清空垃圾全自動(dòng)服務(wù)，可以有效的解決了倒垃圾過(guò)程中疫情傳播的隱患。 展示實(shí)物，播放實(shí)驗(yàn)視頻。72022年安徽省中小學(xué)教育教學(xué)論文評(píng)選 (3)深入拓展

介紹以上兩個(gè)方案中用到的人工智能模塊：語(yǔ)音識(shí)別傳感器、人工智能視覺(jué)傳感器、語(yǔ)音合成模塊的使用方法，出示“Mind+編程圖”。 提問(wèn)6：以上兩種傳感器可以對(duì)不同的聲音或圖像做出不同的反應(yīng)，在生活中，什么情況下可以用到語(yǔ)音識(shí)別和視覺(jué)識(shí)別。學(xué)生回答，教師總結(jié)。如果生活中需要分類，語(yǔ)音識(shí)別和視覺(jué)識(shí)別都可以發(fā)揮作用。 (4)布置作業(yè)

選擇生活中與“環(huán)?！被颉翱挂摺庇嘘P(guān)系的一個(gè)實(shí)際問(wèn)題，利用這節(jié)課學(xué)到的知識(shí)制作一件STEAM作品，來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題，可以采用的技術(shù)是3D打印技術(shù)和開源電子，至少用上一種人工智能傳感器。（第1課時(shí)作業(yè)）圖8開源電子編程圖9電路組裝 自由設(shè)計(jì)方案

本節(jié)課作業(yè)是要求同學(xué)們將作品創(chuàng)意寫下來(lái)，用手繪線條將作品外形結(jié)構(gòu)畫出來(lái)，課上十五分鐘完成作業(yè)，然后教師收集優(yōu)秀創(chuàng)意進(jìn)行展示，同時(shí)請(qǐng)作者介紹作品創(chuàng)意特點(diǎn)。 （第2-7課時(shí)作業(yè)）

擇優(yōu)確定項(xiàng)目

在第一課時(shí)同學(xué)們的作業(yè)中挑選優(yōu)秀創(chuàng)意，評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)是作品制作的可行性和創(chuàng)意的新穎性，遴選出六個(gè)比較好的作品作為團(tuán)隊(duì)作業(yè)的項(xiàng)目。分工完成作品

同時(shí)將全班同學(xué)分為六個(gè)團(tuán)隊(duì)，注意考慮每個(gè)團(tuán)隊(duì)3D建模能力和開源電子編程能82022年安徽省中小學(xué)教育教學(xué)論文評(píng)選力大致均衡，然后將挑選出來(lái)的優(yōu)秀創(chuàng)意作品分別交給他們，讓各團(tuán)隊(duì)以分工合作的方式進(jìn)行3D打印制作和開源電子的電路組建，最終完成作品的物化，也可以對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行一些改進(jìn)。圖10作品組裝圖11實(shí)驗(yàn)調(diào)試 （第8課時(shí)作業(yè)）

模擬商業(yè)營(yíng)銷

經(jīng)過(guò)六個(gè)課時(shí)的分工合作，各團(tuán)隊(duì)作業(yè)基本物化成型，在這時(shí)可以模擬情境搞一個(gè)產(chǎn)品招