中小学steam课程的开发

傅胤荣

（韩山师范学院物理与电子工程学院，广东潮州521041）

摘

要：在人工智能技术背景下，STEAM 教育作为创新性人才培养有效的途径成为国内外科技创新教

育研究的热点，STEAM 课程体系开发有五个核心素养：科学素养、技术素养、工程素养、艺术素养、数学素养以及六个主要特征性：跨学科、趣味性、体验性、情境性、协作性、实证性．依托人工智能技术背景进行相关电动汽车的教学课程体系设计，探索基于人工智能背景下的STEAM 人才培养模式，该STEAM 课程体系开发模式可以对当前中小学STEAM 教育提供有益的借鉴．

关键词：人工智能；STEAM 课程；新师范；课程体系中图分类号：G 42

文献标识码：A

文章编号：1007-6883（2019）06-0055-04

21世纪是人工智能的时代，为保证国家的核心竞争力，发达国家意识到理工科综合型创新人才的重要性．STEAM 教育源自美国，1986年美国国家科学基金会在《大学的科学、数学和工程教育报告》中明确提出对科学、数学、工程和技术教育进行融合，STEAM 是科学（Science ）、技术（Technology ）、工程（Engineering ）、艺术（Arts ）、数学（Mathematics ）的总称，注重学科融合，在实践中有机整合多学科知识解决实际问题，实现理工创新型人才培养的目标．世界各国为鼓励STEAM 教育方面的人

才培养，纷纷出台各自及计划．［1-2］

1996年芬兰启动LUMA 计划，着力提高STEAM 教育的质量和增加学生数量．2006年德国开展MINT 教育，吸引青少年学习科学课程．英国在《教育改革法案

1988》提出科学教育内容应与各项新技术深度融合．［3］

2015年9月2日中国教育部关于征求对《关于“十三五”期间全面深入推进教育信息化工作的指导意见（征求稿）》意见中首次提出探索“STEM 教育”“创客教育”新模式．

国内对STEAM 教育的开展还在启蒙阶段，基层学校对STEAM 课程体系的认知度还远远不够，尤其是近年来人工智能技术突飞猛进．本研究将从度探索中小学STEAM 课程体系的开发，将基于电动汽车为课程案例，探讨教师开发STEAM 课程体系的具体方案，提供STEAM 课程体系的课程框架和策略建议．

1STEAM 课程体系的核心素养

STEAM 是五门学科的总称，将五门课程有机整合在一起，STEAM 教育是偏理工科的多学科融合的课程体系，目标是培养科技创新型人才．STEAM 课程体系里面有五大核心素养：科学素养、技术素

第40卷第6期Vol.40No.62019年12月Dec.2019

韩山师范学院学报

Journal of Hanshan Normal University 收稿日期：2019-09-24

基金项目：2018年广东省基础教育信息化融合创新示范培育推广项目（项目批准号：［2018］167号）．作者简介：傅胤荣（1979-），男，广东河源人，韩山师范学院物理与电子工程学院副教授，博士．

科学素养是指科学知识的积累和应用，对科学探究过程和方法的了解和实践，积极向上的情感态度与具有科学精神的价值观培养．STEAM课程体系可以通过对物理、化学、生物学和地理知识体系的应用，对自然界的实际问题分析、学习、总结培养科学素养．技术素养是应用专业知识实际解决问题的能力，实施者对技术发展历史的了解，对客观世界存在的问题有明确的改进方向，从而实现改变客观世界的目标．数学素养是指培养发现客观世界规律，并通过数学工具进行归纳总结以及有效解决问题的能力．工程素养是培养对整个项目总体规划与实施的能力，通过专业的科学实际和切实可行的技术手段，高效地解决问题的能力．艺术素养指对艺术的感受、体验、评价和能动创造的能力，STEAM 课程体系主要寻求培养对研究对象从艺术角度进行更优化解决方案的能力．总体而言，科学素养是基础，数学素养是工具，技术素养是技能，工程素养是管理，艺术素养是优化．

2STEAM课程体系主要特征

STEAM教育通过融合多学科，综合培养学生解决实际问题的能力，STEAM课程主要有六个特征：跨学科、趣味性、体验性、情境性、协作性、实证性．［4］

跨学科：客观世界的问题大多数是综合性及系统性问题，仅靠某个学科难于有效解决问题，需要通过整合多学科、系统全面解决问题．STEAM教育最主要的特征就是跨学科性，强调基于实际生活中的问题，利用各门学科知识全面系统解决问题获得最优解．

趣味性：基于生活中的实际问题，直观地解决实际需求，能有效激发学生的兴趣．兴趣是最好的老师，是保持学生持续学习主动性的源泉，将游戏的竞技性、关联性融入到STEAM课程体系中提高课程对学生的吸引力．

体验性：强调课程体系教学设计中，必须强化实际动手参与问题的解决，强调课程的体验感．情境性：强调基于真实的生活问题，获得生活问题的系统化知识，让问题变得生动有趣，强化学生深入生活调查研究，挖掘题材，加强与社会交流，从而参与社会问题，推动社会发展．协作性：强化团队意识，要求参与者组建团队，强化分工，发现各自的优点，强化社会分工意识以及管理组织能力，从而提高工作效率．

实证性：要求遵守客观规律，基于科学设计出切实可行的方案，按照科学和数学的逻辑思维和基于证据的验证，从而认识客观世界的规律．

3、新能源电动小车的STEAM课程开发案例

3.1新能源电动小车STEAM课程教学内容分析

新能源电动小车课程主题是新能源、新技术．主题内容从特斯拉电动汽车入手，调查电动汽车发展现状、智能控制技术、创意设计与制作等多个领域，其STEAM课程教学内容见表1．［5-6］

表1新能源电动小车的STEAM课程教学内容

科学

能量转化守恒原理、摩擦、力学知识

技术

机械结构电路设计、

软件编程、传感器技术、

新能源、电力电子技术

工程

项目分析、功能规划、

项目管理等相关知识

艺术

电动小车的

工业美学设计

数学

数据采集优化、

数学建模知识

3.2新能源电动小车STEAM 课程教学过程

表2新能源电动小车的STEAM 课程教学过程

新能源电动小车课程教学设计分为六个环节，见表2，采取小组竞争方式，评选最优方案，要求每个小组完成所有任务，小组成员根据各自特点协同完成本组任务，要求学生借助网络、信息技术高效有序完成各个环节，最终设计出系

统的解决方案以及作品雏形．

［7-8］

3.3新能源电动小车STEAM 课程质量评价分析

强化实证性的教学环节，对预设的观点和方案进行验证，评估教学过程跨学科的融合程度、实施环节的趣味性、强调方案实施过程的体验性、要求实践过程的协同，获得最佳解决方案．通过项目路演的方式，对其他组别进行方案评审，

评价内容如表3．

［9-10］

4结论

本文通过对于STEAM 相关梳理，回顾STEAM 教育在世界各国的发展历史及现状，论述STEAM 课程体系开发的迫切性以及STEAM 课程体系开发的五个核心素养、六个主要特征．以电动小车项目为案例进行相关教学课程体系设计，根据新师范建设实施方案，探索基于中小学STEAM 课程体系的探索与实践，电动汽车STEAM 课程案例可以给新师范课改提供借鉴，促进各地中小学STEAM

方面相关领域的人才培养．

［11-13］

次序123456

教学任务项目分析、明确分工查阅资料、明确路径分享观点，系统设计模型搭建，测试效果分析问题，改进方案项目实现，效果验证

教学目标

培养工程管理能力、培养协作意识分析电动汽车在交通行业现状及其趋势提出基于证据的假设，电动小车系统设计

电动小车的外形结构设计、电动小车的硬件电路设计、电动小车的软件电路设计研究电动汽车能源消耗原理，分析提高电动汽车效率方法及路径，完成整体方案优化

综合设计出外形最酷、能效最高、成本最低的电动小汽车

表3新能源电动小车STEAM

教学质量评价分析表

123456710

方案的科学性技术难度项目管理合理性数学工具使用程度小车设计艺术性作品的趣味性小组成员的参与度解决实际问题情境性

组员的配合度项目的数据及理论分析

合计

10分10分10分10分10分10分10分10分10分10分

［1］龙玫，赵中建．美国国家竞争力：STEM教育的贡献［J］．现代大学教育，2015（2）：41-49．

［2］李谦，赵中建．美国中小学实施STEM教育个案研究——以北卡罗来纳州科学和数学学校为例［J］．外国中小学教育，2014（5）：55-60．

［3］詹青龙，许瑞．国外STEM教育研究的热题表征与进路预判——基于ERIC（2005－2015）的量化考察［J］．中国电化教育，2016（10）：66-73．

［4］李艳燕，黄志南．STEM创新教学模式与实践［M］．北京，电子工业出版社，2019：2-6．

［5］余胜泉，胡翔．STEM教育理念与跨学科整合模式［J］．开放教育研究，2015（4）：13-22．

［6］周东岱，樊雅琴，于颖，等．基于STEAM教育理念的小学课程体系重构研究［J］．电化教育研究，2017，38（8）：105-110．

［7］董宏建，白敏．中国理工科STEM教育发展探究［J］．现代教育技术，2016，26（7）：12-17．

［8］吕延会．STEM教育的核心精神［J］．当代教育科学，2017（5）：16-19．

［9］贾莉莉．“学生学习结果评价”：美国高校教学质量评估的有效范式［J］．高教探索，2015（10）：63-67．

［10］常咏梅，张雅雅，金仙芝．基于量化视角的STEM教育现状研究［J］．中国电化教育，2017（6）：114-119．［11］唐小为，王唯真．整合STEM发展我国基础科学教育的有效路径分析［J］．教育研究，2014，35（9）：61-68．［12］柏毅，庞谦竺，信疏桐．STEM教育评价的内容与策略［J］．中国民族教育，2018（Z1）：24-27．

［13］夏小俊，董宇，柏毅．借鉴STEM教育探寻科学教育的提升路径［J］．教育研究与评论：小学教育教学，2017（6）：95-95．

Development of STEAM Courses in Primary and Secondary

Schools

FU Yin-rong

（College of Physics and Electronic Engineering，Hanshan Normal University，Chaozhou，Guangdong，

521041）

Abstract：Under the background of artificial intelligence technology，STEAM education，as an ef⁃fective way to cultivate innovative talents，has become a hot spot in the research of science and tech⁃nology innovation education at home and abroad．There are five core qualities of STEAM curriculum system development（i.e．scientific literacy，technical literacy，engineering literacy，art literacy，and mathematics literacy）and six main characteristics（i.e．interdisciplinarity，interestingness，experiential⁃ity，situationality，collaborativeness，and empiricality）．Relying on the background of artificial intelli⁃gence technology，this paper designs and practices the teaching curriculum system of electric vehicles ．In the teaching practice，the paper explores the STEAM talent training mode based on the back⁃ground of artificial intelligence．This STEAM curriculum system development model can provide use⁃ful reference for the current STEAM education in primary and secondary schools．

Key words：artificial intelligence；STEAM courses；curriculum system

责任编辑周春娟