基于STEM的信息技术课创新策略研究——以《迎宾机器人》为例.pdf

科学中考名师讲堂基于 STEM的信息技术课创新策略研究以迎宾机器人为例胡颂华在初中信息技术课教学过程中，经常采用的是分科式的教学模式，一定程度上限制了学生的想象力和创造力，使得学生不能将各学科知识合理地整合，这就不利于培养学生综合使用各学科知识思考、解决以及处理问题的能力.而STEM教育理念旨在培养具有核心素养的综合性人才，与新时代提出的培养全面发展型人才的理念不谋而合。一、STEM教育理念及对信息技术课程的价值(一）STEM教育理念STEM教育起源于2 0 世纪8 0 年代的美国，以跨学科知识融合为核心的 STEM教育，将科学（Science）、技术（Technology）、工程（Engineering）、数学（Mathemat-ics)多学科融于一体,对于推动教育变革和促进教育资源的整合有着积极的意义.STEM教育理念并不是单个学科的简单叠加，而是对各门学科进行有组织有逻辑地整合，用科学认识世界，用工程和技术的融合拓宽解决问题的思路，为培养学生核心素养提供支撑，（二）STEM教育理念对信息技术课程的价值初中信息技术课程的目标在培养学生的信息素养和利用信息技术知识解决实际问题的能力.以迎宾机器人一课为例，运用STEM理念，以Mixly(米思齐图形化编程工具)为平台，将机器人教学与学生的生活经验联系起来，让学生能形象地理解机器人设计技巧，为机器人教学提供一个新鲜的视角，促进信息技术教学视野的拓宽，为探索更具前瞻性的学科整合之路提供理论和实践上的借鉴.二、基于STEM的迎宾机器人创新学习策略（一）灵活运用STEM理念，科学选择学习内容机器人课程整合了信息技术、工程、数学、科技、物理等不同学科的内容，引人 STEM教育理念，促进不同学科的有机融合，把机器人的教学内容与其他学科的知识有机整合，让学生站在学科融合的角度去看待机器人学习过程，激发学生的学习探究欲望，对于提升学习效率十分重要.机器人课程是一门开放的学科，没有统一的标准教材，这使教师教学有较大的发挥空间，但这并不意味着机器人教学可以失去目标性.教师也不能纯粹以机器人厂家的用户手册来做为教学的依据.要将发挥学生的学习主动性和提高学生解决实际问题的能力作为教学目标，并以此为依据来安排科学的教学内容.工程思维是STEM教育的核心理念，教师要洞察STEM教育和工程思维的灵魂和关键点，要选择学生感兴趣的且具备较强问题导向的内容，让学生可以综合运用多学科知识来分析问题解决问题，引导学生综合考虑多种因素进行方案的设计.迎宾机器人教学过程中，电路设计牵涉到物理学科知识，如在设计人员进出判定模块，要根据迎宾机器人设计过程中对人员进出的设计要求，综合考虑红外光发射电路、光电检测电路、进出鉴别电路等电路的组合，让学生主动去了解不同电路在机器人控制方面的作用，并分析原因.引导学生说出“无人进出”和“有人进出”时的电路设计的差异，以此增强学生对电路知识与机器人设计关系的认识.同时，要认真选择和整合各学科的知识点，实现融会贯通.要认真加强与学生的沟通，了解学生的知识结构特点和个性，对课程进行筛选，找出更加适合学生的知识点。（二）注重问题导向，鼓励探究勇气STEM注重营造实景化的学习氛围来提高学习效率，提升学习效果.著名心理学家布朗认为知识是具有情2023841科学中考/KEXUEZHONGKAO景的，是在情景中通过活动与合作产生的，如何运用情境提出问题，使学生产生学习的动机，必须以相应的策略为基础。如在机器人红外探测演示过程中.笔者这样设计教学场景：师：有的机器人在运动过程中，能够及时发现障碍物并通过很好地避开，可有的机器人发现障碍物，却只能撞上？大家想想为什么？生：“机器人喝醉了”“机器人红外探测模块设计不合理”“程序代码肯定有问题”“参数错了”，面对这个有趣的富于启发性的问题，学生会充分发挥自己的想象力，给出各种各样的答案，这显然为后续的学习营造了热闹和良好的氛围，激发了学生探究的欲望。机器人的知识点复杂难懂，学生对机器人的结构和设计理念了解不多，教师可专门为学生提出一个猜想假设，然后引导学生对这个假设进行分析，促进新旧知识和各学科知识的融合，对问题做出尝试性的推测.如在机器人避障环节的教学中，可采取如下策略：师“同学们见过机器人打篮球吗？”生：“没有”“看过”教师可现场播放机器人打篮球视频，激发学生探究欲望。师：“机器人是借助什么来了解球场上的情况和发现拦截队员的？”生：“眼睛”“红外传感器”师“说的不错，机器人是靠红外传感器捕捉的信息来了解场上的情况的，可机器人要想真正跨越对方球员拦截，除了红外传感器，还需要什么？”生：“需要程序来指挥红外传感器”师：“回答正确，那大家能否用前期学到的编程知识编写机器人红外避障的程序代码呢？”这节课上，让学生通过发挥想象力来引出红外传感器和程序代码，通过学生积极思考，通过积极鼓励和引导，让学生试着编出红外避障程序代码.这个过程学生掌握了体育、物理、计算机等知识并实现了学科知识的融合。STEM教育特别强调学生自主探究能力的展现.在编写机器人迎宾传感器程序的设计过程中，教师要引导学生反复修改和调试程序中的代码，引导学生主动探究，自主思考，并给学生留足思考和探究的时间，让学生在持续的实验、修改和调试中自主探究，教师尽量给予学生充足的时间进行探究，让学生在修改、总结和实验中得出答案和结果。在机器人展示的环节，教师要鼓励学生大胆发表对机器人迎宾效果的看法和建议，分析设计的优缺点，并展示优秀设计案例，让优秀学生现身说法，现场分享设计经验和心得，增强全体学生的认识和理解.（三）运用信息技术，提升学科融合能力信息技术属于科学的范畴，在迎宾机器人教学的诸多环节，也可以通过使用信息技术促进科学知识与机器人知识的良好衔接，促进二者的水乳交融，增强对机器人知识点的把握能力。在迎宾机器人进出判别、语言控制、动作控制和声音控制这几个部分，要运用到大量的专业知识，机器人如何判别有否人员进出？如何接收进出人员发出的气息？如何执行控制人员的指令，这都涉及到传感器知识和智能控制技术，而网络世界拥有海量的知识和技术，借助网络搜索，学生可以了解传感器和智能控制技术等专业技术原理，借此也让学生学会了信息搜索、分析和加工技巧.同时，利用信息技术也能创设出情境化教学氛围，机器人教学过程中，老师可综合运用各种工具软件，如编程软件、看图软件、视频编辑剪切软件和动画软件等，制作各种具备吸引力和创新性的课件，为学生学习机器人提供人性化的环境，给学生呈现直观易懂的学习场景，让学生在充满动感的教学氛围中充分展示自己.如在编写程序代码时，教师引导学生运用编程软件模拟运行自己编写的代码，由学生自主进行调试和修改.学生还可利用信息技术促进学习成果的共享，借助论坛、微信群等途径，生生和师生之间共同探讨和分析机器人学习和设计过程中的问题与原因，从更高意义上满足合作学习的需求.基于问题情境、跨学科的 STEM教育融合不同学科的知识和技能，充分发挥不同学科在信息技术教学中的独特作用，为学生学习信息技术和解决问题，培养工程思维打下坚实的基础.作为新时代的教师，要努力汲取STEM教育理念精髓，以生为本，全力将分散和零碎的各学科知识点进行整合，锻炼学生综合使用各学科知识解决实际问题的能力，为培养符合时代需要的跨学科和复合型人才提供坚强支撑。42