STEAM教學(xué)模式在無人機編程課程中的應(yīng)用分析

杜克帥 李猛 陳怡嫙 高杉 天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)

引言

STEAM教學(xué)模式是一種綜合性的教學(xué)模式，應(yīng)用中重點強調(diào)專業(yè)與專業(yè)之間的邏輯關(guān)系，利用這種邏輯關(guān)系來進行教育，起到提升知識實踐能力的教育作用，因此對比于傳統(tǒng)教育模式，STEAM顯然根據(jù)優(yōu)勢。但事實上，我國現(xiàn)代大部分教育部門都不了解STEAM教學(xué)模式，依舊采用傳統(tǒng)模式來進行教育，這一現(xiàn)象于無人機編程課程中也十分普遍，因此為了推廣STEAM教學(xué)模式，且改善傳統(tǒng)無人機編程課程問題，本文對此課題進行研究。

1 STEAM教學(xué)模式基本概念

STEAM教學(xué)模式中“STEAM”分別代表了科學(xué)（Science）、技術(shù)（Technology）、工程（Engineering）、藝術(shù)（Arts）、數(shù)學(xué)（Mathematics）五大元素，五者相互之間存在互通性，即以任意元素為基礎(chǔ)，通過分析都可以找到其與其他元素的邏輯關(guān)系，例如以科學(xué)為基礎(chǔ)，其可以作為技術(shù)開發(fā)的理論支撐、工程建設(shè)的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)、藝術(shù)創(chuàng)新的渠道、數(shù)據(jù)計算的邏輯思路，由此可見五大元素可以相互結(jié)合，代表在任意元素角度上，都存在使用另一元素的可能性。這一條件下，在教學(xué)領(lǐng)域中STEAM五大元素全部存在，說明其具備使用STEAM進行教學(xué)的條件，教學(xué)當(dāng)中可以通過元素間的組合來實現(xiàn)靈活的教學(xué)模式，例如無人機編程課程本身屬于“技術(shù)”元素，這一條件下將該元素與其他元素結(jié)合，使學(xué)生在其他元素角度上使用技術(shù)元素內(nèi)容，有利于其技術(shù)實踐能力提升。

2 STEAM教學(xué)模式于無人機編程課程中的應(yīng)用策略

2.1 理論教學(xué)

無人機編程課程作為技術(shù)類課程，其除了強調(diào)實踐能力以外，還強調(diào)理論知識，即學(xué)生必須在理論知識充足的條件下，才具有應(yīng)用技術(shù)的能力，因此在STEAM教學(xué)初期階段，需要開展理論教學(xué)。理論教學(xué)主要可以分為兩個環(huán)節(jié)，即基礎(chǔ)理論、理論延伸，下文將對兩者進行分析。

(1）基礎(chǔ)理論

無人機編程課程的基礎(chǔ)理論大多為：無人機飛行原理、物理、運動學(xué)、力學(xué)等知識；無人機的飛行動作編程方法；編程注意事項等，這些知識在教學(xué)當(dāng)中是培養(yǎng)學(xué)生基礎(chǔ)能力的關(guān)鍵，因此教學(xué)必須充分將理論知識傳達給學(xué)生。

(2）理論延伸

理論延伸是學(xué)生進入STEAM教學(xué)模式的初期階段，主要在基礎(chǔ)理論教學(xué)上，結(jié)合STEAM五大元素，引導(dǎo)學(xué)生進行理論分析，探討“無人機編程技術(shù)分別在科學(xué)、工程、藝術(shù)、數(shù)學(xué)上的應(yīng)用方式”問題。此舉可使學(xué)生形成“STEAM”思維，在后續(xù)實踐教學(xué)當(dāng)中將發(fā)揮巨大作用。

2.2 實踐教學(xué)

在理論教學(xué)完成后，即可進入實踐教學(xué)階段，該階段的教學(xué)步驟因為涉及到實操，所以介于學(xué)生沒有經(jīng)驗的問題，需要分為多個環(huán)節(jié)來展開教學(xué)。實踐教學(xué)大致可以分為四個環(huán)節(jié)，即基礎(chǔ)理論實操、理論延伸實操、獨立實操、創(chuàng)新實踐，下文將對四個環(huán)節(jié)進行分析。

(1）基礎(chǔ)理論實操

圍繞循序漸進的原則，在實踐教學(xué)部分需要先圍繞基礎(chǔ)理論教學(xué)內(nèi)容來展開實操，即基礎(chǔ)理論中，會對無人機編程語言、方法進行講解，且闡述結(jié)果，相應(yīng)在實操過程當(dāng)中，教師直接提出結(jié)果，要求學(xué)生依照以往所學(xué)來實現(xiàn)結(jié)果，根據(jù)結(jié)果可以直接評估學(xué)生學(xué)習(xí)水平，為后續(xù)實踐環(huán)節(jié)打下良好基礎(chǔ)。

(2）理論延伸實操

針對理論延伸部分的討論結(jié)果，教師可以向?qū)W生提出涉及其他領(lǐng)域的無人機編程需求，要求學(xué)生通過編程方式來實現(xiàn)。例如某教師在數(shù)學(xué)領(lǐng)域上，提出了“無人機飛行時抗風(fēng)力”的要求，代表STEAM中技術(shù)與數(shù)學(xué)元素的結(jié)合，相應(yīng)學(xué)生就要思考如何將可以實現(xiàn)抗風(fēng)力的數(shù)學(xué)公式代入編程當(dāng)中，反復(fù)如此代表學(xué)生的知識應(yīng)用能力提升，面對不同要求可以根據(jù)實際情況來做出調(diào)整。

(3）獨立實踐

以上兩個實踐教學(xué)當(dāng)中，因為學(xué)生能力不足，所以教師可以給予指導(dǎo)，幫助學(xué)生渡過難關(guān)，但在理論延伸實操階段完成后，學(xué)生就初步具備了獨立編程的能力，因此就要進行獨立實踐環(huán)節(jié)教學(xué)。獨立實踐環(huán)節(jié)當(dāng)中，首先教師不能給學(xué)生任何幫助，直接提出編程要求即可，其次根據(jù)學(xué)生編程結(jié)果對學(xué)生學(xué)習(xí)成績進行評估，如果發(fā)現(xiàn)某學(xué)生成績較差，則代表其還不具備脫離以上兩個步驟的能力。

(4）創(chuàng)新實踐

無人機編程專業(yè)雖然是傳統(tǒng)專業(yè)，經(jīng)過長期發(fā)展已經(jīng)十分成熟，但在現(xiàn)代因信息、網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)的迅猛發(fā)展，編程技術(shù)體系依舊暴露出了缺陷，因此存在創(chuàng)新點。針對編程現(xiàn)存在缺陷提出創(chuàng)新要求，使學(xué)生的創(chuàng)新思維不斷被激發(fā)，使STEAM教學(xué)目的完整落實。

圖1 STEAM教學(xué)模式于無人機編程課程中的應(yīng)用策略圖

3 注意事項

3.1 邏輯思維的培養(yǎng)

結(jié)合以上分析可見，STEAM教學(xué)模式當(dāng)中存在專業(yè)與專業(yè)之間的交織關(guān)系，這種關(guān)系十分復(fù)雜，在教學(xué)當(dāng)中學(xué)生可能會因為邏輯思維能力較弱，而一時間難以吸收教學(xué)內(nèi)容，待其適應(yīng)后又落于人后，這是早期西方國家STEAM教學(xué)開展中常見的問題。而在現(xiàn)代研究當(dāng)中，針對STEAM教學(xué)模式提出了邏輯思維培養(yǎng)策略，使其可以依照正確的邏輯思維來分析、吸收教學(xué)內(nèi)容 。

3.2 學(xué)習(xí)水平評估方法改善

綜上可見，STEAM教學(xué)模式具有多個環(huán)節(jié)，每個環(huán)節(jié)獨立運行，只有在學(xué)生能力足夠之后才能進入下一環(huán)節(jié)。這一條件下，如何判斷學(xué)生能力是否足夠，就是值得重視對問題。傳統(tǒng)學(xué)生學(xué)習(xí)水平評估方法過于粗略，直接依靠考試成績等來進行評估。在STEAM教學(xué)模式條件下，教師應(yīng)當(dāng)對各個環(huán)節(jié)的質(zhì)量指標(biāo)重新設(shè)置，再結(jié)合指標(biāo)設(shè)置相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)，于教學(xué)過程當(dāng)中對每個學(xué)生的指標(biāo)表現(xiàn)進行搜集，最后考慮到STEAM教學(xué)模式的綜合性，對每個學(xué)生的所有指標(biāo)表現(xiàn)進行綜合判斷，與綜合標(biāo)準(zhǔn)進行對比后，可得準(zhǔn)確結(jié)果。

4 結(jié)語

本文主要對STEAM教學(xué)模式在無人機編程課程中的應(yīng)用進行了分析，通過分析得到結(jié)論：STEAM教學(xué)模式具有綜合性、多元化表現(xiàn)，教學(xué)強調(diào)延伸性；分析了STEAM教學(xué)模式應(yīng)用策略，闡述了策略中的各個環(huán)節(jié)；為保障STEAM教學(xué)模式在無人機編程課程中應(yīng)用得當(dāng)，分析了相關(guān)注意事項。