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)知與社會化成長的有機融合，培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)與關(guān)鍵能力。

《光合智慧農(nóng)場》是學(xué)校“STEAM+生態(tài)校本課程”中“開啟校園智慧生活”主題下基于勞動教育的工程跨學(xué)科教育實踐項目。校園農(nóng)場是學(xué)生掌握生產(chǎn)勞動技能的重要實踐基地，但每逢節(jié)假日或遇冬夏極端天氣，農(nóng)場內(nèi)植物會遭受很大影響，很多植物甚至?xí)菸瑢W(xué)生需要回校重新種植，費時費力。面對這一問題，師生共同提出“如何充分利用已有空間，設(shè)計一個能保障植物茁壯生長的智慧農(nóng)場”的探究問題。

本項目面向五、六年級學(xué)生，前期通過信息科技的學(xué)習(xí)已有控制系統(tǒng)的計算與反饋等知識積累，也具備一定的算法設(shè)計和編程能力，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和經(jīng)驗，為項目實踐提供了基礎(chǔ)。

教學(xué)目標(biāo)

本項目將引導(dǎo)學(xué)生按照設(shè)計思維環(huán)節(jié)開展，像工程師一樣解決真實問題。學(xué)生在解決問題過程中完成各學(xué)科知識的建構(gòu)和應(yīng)用，同時實現(xiàn)核心素養(yǎng)與關(guān)鍵能力的培養(yǎng)。

1.了解影響植物生長的主要因素與智慧農(nóng)場中常見設(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。通過設(shè)計并制作智慧農(nóng)場模型，了解工程設(shè)計開發(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)精神及實踐創(chuàng)新能力。

2.培養(yǎng)學(xué)生提出問題、分析問題、解決問題的能力。在設(shè)計與制作智慧農(nóng)場模型過程中培養(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)和修改的過程中，積極主動表達(dá)想法，善于傾聽，科學(xué)對待他人建議。通過小組活動，培養(yǎng)合作能力、溝通能力，學(xué)會分享共同的勞動成果。

教學(xué)設(shè)計創(chuàng)新

（一）背景問題設(shè)計“新”

真問題引發(fā)真思考，真思考實現(xiàn)真學(xué)習(xí)。本課例從身邊真實痛點出發(fā)，引出新問題、新創(chuàng)意，學(xué)生探究過程始終指向?qū)φ鎸崋栴}的解決。問題設(shè)計上將智能技術(shù)與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)場景相結(jié)合，通過“技術(shù)+生活”的融合避免教學(xué)與現(xiàn)實脫節(jié)。

（二）學(xué)習(xí)支架搭建“新”

在項目開展各環(huán)節(jié)提供不同類型的學(xué)習(xí)支架。提出問題環(huán)節(jié)使用AEIOU表（A—活動、E—環(huán)境、I—互動、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、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)通過組織“循環(huán)問診”活動，讓學(xué)生獲得多維度反饋。

（三）思維實現(xiàn)過程“新”

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

教學(xué)實施

（一）發(fā)現(xiàn)問題，明確植物生長需求

1.實地調(diào)研，收集信息

表1：AEIOU思維表

參觀校園農(nóng)場實踐基地，引導(dǎo)學(xué)生觀察校園農(nóng)場已有植物，觀察植物生長狀態(tài)。提出核心問題：農(nóng)場中哪些影響植物生長的因素需要被改進(jìn)？

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

2.問題清單，整理植物生長需求

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農(nóng)場中現(xiàn)有植物生長狀態(tài)的影響。

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

3.問題定義，明確驅(qū)動性問題

引導(dǎo)學(xué)生對前期收集到的信息進(jìn)行再次整理，提供POV表，幫助學(xué)生定義問題：我們該如何為校園農(nóng)場里的植物（誰）設(shè)計一個智慧農(nóng)場（什么）以解決因疏于管理或遇到極端天氣而影響植物生長的問題（什么問題）。

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

（二）嘗試解決，設(shè)計方案逐步完善

1.多次碰撞，形成方案

表2：項目評價表

教師帶領(lǐng)學(xué)生一起查看本項目評價表（見表2），為設(shè)計方案指明方向。鼓勵學(xué)生從現(xiàn)有認(rèn)知出發(fā)，以簡單設(shè)計圖的形式向組內(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，其他成員及時記錄其他組提出的問題和建議。未匯報的小組認(rèn)真傾聽其他組的介紹并及時完成TAG反饋表，然后從科學(xué)性、合理性、可行性三個方面給匯報組提出建議。

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、生活中常見傳感器作用與使用場景、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，對有需要的小組單獨指導(dǎo)。

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

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，充分實現(xiàn)自我效能的展示，也可以隨著設(shè)計方案的不斷完善實現(xiàn)思維進(jìn)階。

（三）制作模型，驗證方案科學(xué)可行

1.按圖施工，搭建模型

引導(dǎo)學(xué)生按照設(shè)計圖紙規(guī)劃出具體的搭建順序。首先完成農(nóng)場外觀的搭建，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)計圖安裝常見傳感器。

2.測試修改，驗證方案

教師提供常見程序，引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)實際修改閾值、導(dǎo)入模塊。學(xué)生根據(jù)具體植物，將查閱到的資料與實際環(huán)境中采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析，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)實踐，確定各智能模塊的有效性和穩(wěn)定性。

自動控制系統(tǒng)的搭建和傳感器閾值的確定是本環(huán)節(jié)的難點。通過搭建前討論搭建順序、測試前獲取真實環(huán)境數(shù)據(jù)、技術(shù)與工程實踐同農(nóng)業(yè)知識結(jié)合的實踐，加強學(xué)生工程思維。

（四）成果展示

1.循環(huán)問診，測試迭代

教師組織各組開展循環(huán)問診，對有困難的小組單獨指導(dǎo)。各組派一名學(xué)生作為本組產(chǎn)品講解員，給前來參觀的同學(xué)講解并及時記錄建議。其余組員手持評價表，依次參觀其他組產(chǎn)品并給予合理建議。循環(huán)問診結(jié)束后，各組根據(jù)收集到的建議再次測試、優(yōu)化產(chǎn)品模型。

2.展示交流，項目總結(jié)

組織學(xué)生以小組為單位依次上臺介紹產(chǎn)品。對有困難的小組提供“表達(dá)類支架”。各組圍繞“我們的模型解決了農(nóng)場中哪些現(xiàn)有問題？如何解決的”介紹并演示農(nóng)場模型。同時回顧整個項目過程，利用評價表進(jìn)行自評。

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

（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