選題背景

浙江省湖州市湖師附小教育集團(tuán)深入挖掘區(qū)域生態(tài)資源，緊密結(jié)合學(xué)生需求和興趣開發(fā)獨(dú)具地方特色的“STEAM +生態(tài)校本課程”，為學(xué)生提供多元的學(xué)習(xí)選擇，促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)認(rèn)知與社會(huì)化成長(zhǎng)的有機(jī)融合，培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)與關(guān)鍵能力。

《光合智慧農(nóng)場(chǎng)》是學(xué)?！?/span>STEAM+生態(tài)校本課程”中“開啟校園智慧生活”主題下基于勞動(dòng)教育的工程跨學(xué)科教育實(shí)踐項(xiàng)目。校園農(nóng)場(chǎng)是學(xué)生掌握生產(chǎn)勞動(dòng)技能的重要實(shí)踐基地，但每逢節(jié)假日或遇冬夏極端天氣，農(nóng)場(chǎng)內(nèi)植物會(huì)遭受很大影響，很多植物甚至?xí)菸瑢W(xué)生需要回校重新種植，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。面對(duì)這一問(wèn)題，師生共同提出“如何充分利用已有空間，設(shè)計(jì)一個(gè)能保障植物茁壯生長(zhǎng)的智慧農(nóng)場(chǎng)”的探究問(wèn)題。

本項(xiàng)目面向五、六年級(jí)學(xué)生，前期通過(guò)信息科技的學(xué)習(xí)已有控制系統(tǒng)的計(jì)算與反饋等知識(shí)積累，也具備一定的算法設(shè)計(jì)和編程能力，在科學(xué)、數(shù)學(xué)學(xué)科的學(xué)習(xí)中也積累了幾何建筑與搭建的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，為項(xiàng)目實(shí)踐提供了基礎(chǔ)。

教學(xué)目標(biāo)

本項(xiàng)目將引導(dǎo)學(xué)生按照設(shè)計(jì)思維環(huán)節(jié)開展，像工程師一樣解決真實(shí)問(wèn)題。學(xué)生在解決問(wèn)題過(guò)程中完成各學(xué)科知識(shí)的建構(gòu)和應(yīng)用，同時(shí)實(shí)現(xiàn)核心素養(yǎng)與關(guān)鍵能力的培養(yǎng)。

1.了解影響植物生長(zhǎng)的主要因素與智慧農(nóng)場(chǎng)中常見設(shè)施設(shè)備的工作原理，掌握控制系統(tǒng)中傳感器閾值的關(guān)鍵性和相關(guān)設(shè)置。通過(guò)設(shè)計(jì)并制作智慧農(nóng)場(chǎng)模型，了解工程設(shè)計(jì)開發(fā)的流程和方法，理解各傳感器數(shù)值獲取方式，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)精神及實(shí)踐創(chuàng)新能力。

2.培養(yǎng)學(xué)生提出問(wèn)題、分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。在設(shè)計(jì)與制作智慧農(nóng)場(chǎng)模型過(guò)程中培養(yǎng)學(xué)生的觀察力、調(diào)查分析能力、收集信息并進(jìn)行處理和應(yīng)用的能力。在方案論證、迭代的過(guò)程中，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造力和批判性思維，拓展視野，激發(fā)想象力和潛能。

3.在方案構(gòu)思、表達(dá)和修改的過(guò)程中，積極主動(dòng)表達(dá)想法，善于傾聽，科學(xué)對(duì)待他人建議。通過(guò)小組活動(dòng)，培養(yǎng)合作能力、溝通能力，學(xué)會(huì)分享共同的勞動(dòng)成果。

教學(xué)設(shè)計(jì)創(chuàng)新

（一）背景問(wèn)題設(shè)計(jì)“新”

真問(wèn)題引發(fā)真思考，真思考實(shí)現(xiàn)真學(xué)習(xí)。本課例從身邊真實(shí)痛點(diǎn)出發(fā)，引出新問(wèn)題、新創(chuàng)意，學(xué)生探究過(guò)程始終指向?qū)φ鎸?shí)問(wèn)題的解決。問(wèn)題設(shè)計(jì)上將智能技術(shù)與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)場(chǎng)景相結(jié)合，通過(guò)“技術(shù)+生活”的融合避免教學(xué)與現(xiàn)實(shí)脫節(jié)。

（二）學(xué)習(xí)支架搭建“新”

在項(xiàng)目開展各環(huán)節(jié)提供不同類型的學(xué)習(xí)支架。提出問(wèn)題環(huán)節(jié)使用AEIOU表（A—活動(dòng)、E—環(huán)境、I—互動(dòng)、O—物體、U—用戶）、POV表（Point of View），既降低了任務(wù)難度，又保留了學(xué)生自主思考的空間。方案交流環(huán)節(jié)使用TAG反饋表（T—優(yōu)點(diǎn)、A—不足、G—建議），引導(dǎo)學(xué)生吸納建議并自主改進(jìn)。方案迭代環(huán)節(jié)各類“資源型支架”支持學(xué)生按需學(xué)習(xí)。模型展示環(huán)節(jié)通過(guò)組織“循環(huán)問(wèn)診”活動(dòng)，讓學(xué)生獲得多維度反饋。

（三）思維實(shí)現(xiàn)過(guò)程“新”

設(shè)計(jì)方案環(huán)節(jié)通過(guò)支持性活動(dòng)引導(dǎo)學(xué)生實(shí)現(xiàn)思維的三次進(jìn)階。初次設(shè)計(jì)時(shí)，學(xué)生將碎片化想法借助設(shè)計(jì)草圖可視化并整合、串聯(lián)形成統(tǒng)一方案，實(shí)現(xiàn)初次進(jìn)階；組間申辯時(shí)，各小組通過(guò)闡述設(shè)計(jì)創(chuàng)意、組間交流碰撞，實(shí)現(xiàn)二次進(jìn)階；完善方案時(shí)，學(xué)生帶著質(zhì)疑和困惑，通過(guò)多種方式自主探究，完成知識(shí)的建構(gòu)與應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)再次進(jìn)階。

教學(xué)實(shí)施

（一）發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，明確植物生長(zhǎng)需求

1.實(shí)地調(diào)研，收集信息

表1：AEIOU思維表

參觀校園農(nóng)場(chǎng)實(shí)踐基地，引導(dǎo)學(xué)生觀察校園農(nóng)場(chǎng)已有植物，觀察植物生長(zhǎng)狀態(tài)。提出核心問(wèn)題：農(nóng)場(chǎng)中哪些影響植物生長(zhǎng)的因素需要被改進(jìn)？

學(xué)生在參觀過(guò)程中借助AEIOU思維表（見表1）及時(shí)記錄觀察到的植物生長(zhǎng)狀態(tài)及思考結(jié)果。

2.問(wèn)題清單，整理植物生長(zhǎng)需求

教師引導(dǎo)學(xué)生從溫度、濕度、光照、土壤酸堿度等因素分析對(duì)農(nóng)場(chǎng)中現(xiàn)有植物生長(zhǎng)狀態(tài)的影響。

學(xué)生從影響植物生長(zhǎng)的因素出發(fā)，及時(shí)記錄目前存在的問(wèn)題，并整理成問(wèn)題清單。

3.問(wèn)題定義，明確驅(qū)動(dòng)性問(wèn)題

引導(dǎo)學(xué)生對(duì)前期收集到的信息進(jìn)行再次整理，提供POV表，幫助學(xué)生定義問(wèn)題：我們?cè)撊绾螢樾@農(nóng)場(chǎng)里的植物（誰(shuí)）設(shè)計(jì)一個(gè)智慧農(nóng)場(chǎng)（什么）以解決因疏于管理或遇到極端天氣而影響植物生長(zhǎng)的問(wèn)題（什么問(wèn)題）。

從發(fā)現(xiàn)問(wèn)題到定義問(wèn)題，借助不同的思維工具引導(dǎo)學(xué)生以“真實(shí)問(wèn)題拆解”激活“問(wèn)題鏈思維”，從“被動(dòng)接受”轉(zhuǎn)向“主動(dòng)探究”。

（二）嘗試解決，設(shè)計(jì)方案逐步完善

1.多次碰撞，形成方案

表2：項(xiàng)目評(píng)價(jià)表

教師帶領(lǐng)學(xué)生一起查看本項(xiàng)目評(píng)價(jià)表（見表2），為設(shè)計(jì)方案指明方向。鼓勵(lì)學(xué)生從現(xiàn)有認(rèn)知出發(fā)，以簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)圖的形式向組內(nèi)成員介紹自己的解決辦法。在教師引導(dǎo)下各組根據(jù)問(wèn)題清單整合、串聯(lián)組內(nèi)成員的創(chuàng)意想法，構(gòu)思形成更具有針對(duì)性的方案。    

隨后進(jìn)行組間申辯，各組派一位代表介紹方案，其他成員及時(shí)記錄其他組提出的問(wèn)題和建議。未匯報(bào)的小組認(rèn)真傾聽其他組的介紹并及時(shí)完成TAG反饋表，然后從科學(xué)性、合理性、可行性三個(gè)方面給匯報(bào)組提出建議。

2.爬坡學(xué)習(xí)，迭代方案

教師為學(xué)生提供多種學(xué)習(xí)資源，如常見智慧農(nóng)場(chǎng)結(jié)構(gòu)圖、常見控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)、工作原理和算法設(shè)計(jì)、生活中常見傳感器作用與使用場(chǎng)景、科學(xué)工程方面的AI智能體等，支持學(xué)生持續(xù)自主探究，對(duì)有需要的小組單獨(dú)指導(dǎo)。

各小組借助教師提供的學(xué)習(xí)資源解決組間交流時(shí)產(chǎn)生的疑惑，在小組組員的思維碰撞中逐步完善設(shè)計(jì)方案。

學(xué)生借助教師提供的各類學(xué)習(xí)支架開展自主爬坡的探究，既可以避免斷崖式學(xué)習(xí)障礙，充分實(shí)現(xiàn)自我效能的展示，也可以隨著設(shè)計(jì)方案的不斷完善實(shí)現(xiàn)思維進(jìn)階。

（三）制作模型，驗(yàn)證方案科學(xué)可行

1.按圖施工，搭建模型

引導(dǎo)學(xué)生按照設(shè)計(jì)圖紙規(guī)劃出具體的搭建順序。首先完成農(nóng)場(chǎng)外觀的搭建，其次根據(jù)需要安裝其他硬件（電源、水管等）并完成布線，最后按照設(shè)計(jì)圖安裝常見傳感器。

2.測(cè)試修改，驗(yàn)證方案

教師提供常見程序，引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)實(shí)際修改閾值、導(dǎo)入模塊。學(xué)生根據(jù)具體植物，將查閱到的資料與實(shí)際環(huán)境中采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，確定溫度、光照等常見傳感器閾值大致范圍。在理解該算法的基礎(chǔ)上修改現(xiàn)有程序閾值，分模塊反復(fù)實(shí)踐，確定各智能模塊的有效性和穩(wěn)定性。

自動(dòng)控制系統(tǒng)的搭建和傳感器閾值的確定是本環(huán)節(jié)的難點(diǎn)。通過(guò)搭建前討論搭建順序、測(cè)試前獲取真實(shí)環(huán)境數(shù)據(jù)、技術(shù)與工程實(shí)踐同農(nóng)業(yè)知識(shí)結(jié)合的實(shí)踐，加強(qiáng)學(xué)生工程思維。

（四）成果展示

1.循環(huán)問(wèn)診，測(cè)試迭代

教師組織各組開展循環(huán)問(wèn)診，對(duì)有困難的小組單獨(dú)指導(dǎo)。各組派一名學(xué)生作為本組產(chǎn)品講解員，給前來(lái)參觀的同學(xué)講解并及時(shí)記錄建議。其余組員手持評(píng)價(jià)表，依次參觀其他組產(chǎn)品并給予合理建議。循環(huán)問(wèn)診結(jié)束后，各組根據(jù)收集到的建議再次測(cè)試、優(yōu)化產(chǎn)品模型。

2.展示交流，項(xiàng)目總結(jié)

組織學(xué)生以小組為單位依次上臺(tái)介紹產(chǎn)品。對(duì)有困難的小組提供“表達(dá)類支架”。各組圍繞“我們的模型解決了農(nóng)場(chǎng)中哪些現(xiàn)有問(wèn)題？如何解決的”介紹并演示農(nóng)場(chǎng)模型。同時(shí)回顧整個(gè)項(xiàng)目過(guò)程，利用評(píng)價(jià)表進(jìn)行自評(píng)。

展示交流環(huán)節(jié)可以提升學(xué)生的語(yǔ)言表達(dá)能力和批判性思維，循環(huán)問(wèn)診方式可以讓平日不善言辭的學(xué)生更輕松地說(shuō)出自己的想法，“表達(dá)類支架”讓學(xué)生有更大的信心和勇氣面對(duì)展示的舞臺(tái)，也能增強(qiáng)小組凝聚力。

（吳秋紅 作者單位系浙江省湖州市湖師附小教育集團(tuán)）

《人民教育》2025年第17期