STEAM理念引領下的初中無人機課程探索

李佳篷

初中無人機課程的目標是讓學生通過科技學習與實踐，在促進自身身心發展的同時，養成良好的學習習慣和敢于直面困難、勇于拼搏的優良品質，讓學生在學習無人機的過程中，感受競技體育的魅力，多方面發展學生的創造力、多維空間想象力以及動手能力等。但是從各學校無人機課程開展的現狀來看，該課程仍存在一些有待克服的問題，如訓練場地的局限，飛行設備零件的高成本、高損耗，訓練時間的長短不一，家長的不理解與不支持等。針對初中無人機課程的現狀和困難，筆者結合自身教學實踐和訓練比賽經驗，從課程目標設置、教學實施開展、教學評價設計等方面，對初中無人機課程進行了深入的探索與實踐。

● 課程設計

1.貫徹STEAM理念的課程目標

STEAM教育理念下的初中無人機課程是培養學生動手能力、創新能力以及多維空間想象力等綜合能力的一門新型課程。不同于傳統學科課程，它從學生主觀能動性的角度啟發學生學習興趣，培養學生發現問題、分析問題、解決問題的能力，以及良好的學習習慣。基于此，其課程目標也和其他課程有所不同，在STEAM教育中無人機課程更強調學生的主觀思考與自主動手能力。其課程目標為培養學生自主創新精神，讓學生樹立良好的思維習慣與學習方式，掌握基本飛行原理，提高科技認知。

2.異于傳統的學科融合

傳統的學科融合是淺層次的兩門單一學科的相互使用，根據《基于項目的STEM學習》中“明確的結果和模糊的任務”理念，本文所說的學科融合是指在STEAM教育背景下將多門學科知識加以整合運用，相輔相成完成明確的結果。“模糊的任務”這個概念給學生們的發展提供了無限的可能，學生可以用不同學科的知識進行組合完成實踐創新。

3.課程評價體系重構

對于初中無人機課程，課程教學的內容和細節都處在探索和發展的過程中，因此需要建立一套符合學校、學生現狀的課程評價體系。同時，需要對PDCA流程進行改進，重構適合初中無人機課程的課程評價體系，即“實施—評價—計劃—改進”（D-C-P-A）。初中無人機課程是一項基于實踐操作的課程，它沒有復雜的文字需要背誦，將實施（D）作為課程評價體系的第一個環節可以最為直接地發揮學生的自主創造能力。實施（D）后需要教師帶領學生及時完成對結果的評價（C），總結整理后產生新的計劃（P）并通過動手完成改進（A）。

4.項目式學習貫穿教學始終

在STEAM教育理念中，項目式學習是經常被提起的一環。項目式學習是一種以學生為中心的教學方法，強調的是學生們在試圖解決問題的過程中發展出來的技巧和能力。基于這個理念，將初中無人機課程中原本復雜的各項技術，如了解飛行原理、器械零件組裝、飛行控制等設計成項目式學習的各項任務，學習過程會變得較為輕松，也順應了STEAM教育理念中項目式學習的理念。

● 教學實踐

在開展初中無人機課程教學的過程中，筆者所在學校將課程教學分為三個階段：通用基礎知識、DIY積木飛行器、LiteBee無人機。在這三個階段中主要針對LiteBee Brix積木無人機開展教學，LiteBee Brix是一款樂高積木DIY套件，重量70克，遙控距離30米，充電時長30分鐘，飛行距離6分鐘。

1.教學環境

為了滿足初中無人機課程教學的特殊性，筆者所在學校參考美國STEAM實驗室的建設，并根據學校的發展理念，建設了“無人機創客實驗室”，設計了課程教學方案。

2.教學安排

學校將初中無人機課程的教學內容安排為校本課程，每學期的教學分為6個階段（學習理論、制訂計劃、分解任務、重復練習、尋找規律、打破常規），12個課時。無人機理論的學習是讓學生在腦海中建立一個基礎的飛行框架，通過自身學習的情況制訂整體“飛行計劃”，在整體計劃確立后用樹狀圖的形式分解每一次的任務，可以小組或個人為單位。任務確立后便是學生不斷地重復練習，在飛行過程中找到問題的關鍵，摸索規律并在一定控制基礎上不斷創新。在課堂安排上，筆者根據學生能力的差異組成不同的興趣小組，從小組的特色出發布置不同的研究任務。在課程中，將體育、美術、信息技術等多門學科進行融合，在理論課的學習過程中，學生根據要求繪畫出制訂的機械構成與飛行路線，運用編程技術檢測與設計機械，在平時訓練過程中不僅要求掌握基本的機械，還會加入體能的訓練以確保學生對無人機能夠做到長時間的穩定控制。

3.課程實施

授課中，根據“實施—評價—計劃—改進”（D-C-P-A）課程體系進行教學，準備充足零件，布置好教學場地后，第一節課在實驗室內進行理論教學并組織學生自主完成機械組裝，第二節課安排學生到飛行區域進行飛行。對第一次的飛行試驗教師應有心理準備，因為大部分的學生難以操控機械，所以會出現很多狀況，要特別注意學生之間距離的大小、操作安全隱患等，及時對出現的問題組織學生思考與討論，并做出評價。經過幾次課時練習后回到實驗室總結問題并提出整改方案。

● 教學效果

1.培養了學生的創新精神

“同類型機械中，通過何種方式能夠將無人機的速度達到最快且不失控制”這個問題是筆者在教學的第二節課拋給學生的。在剛接觸無人機時，學生們都認為這個問題難以解決，在課程進行到中后期時，有一個討論小組提出了解決這個問題的創意。在飛行過程中，他們將LiteBee Brix無人機的積木零件進行減重，將彈力繃帶替換為可粘性布帶，通過更替材料、調整機身重量的辦法來提高無人機的速度。

2.鍛煉了學生動手實踐能力

在無人機的教學里最基礎的一個部分就是動手拆解、組裝機械引擎，按照飛行原理調適機械，安裝合適的螺旋槳以及電路。螺旋槳的位置擺放學生經常會出現問題，在教學過程中，筆者會安排學生對各個無人機進行多次組裝、拆解、組裝，在不知不覺中鍛煉學生的實踐能力。

3.培養了學生克服困難的毅力

組裝并控制一臺無人機需要學生綜合物理、數學、計算機、體育甚至語文、英語等學科的內容來完成。在學習過程中會碰到各式各樣的問題，但無人機的學習是學生自主意愿的導向，本能的求知欲和興趣會促使學生在碰到困難時迎難而上，勇于克服。

4.提升學生競爭意識和競技精神

在飛行比賽里，學生需要有很高的專注度和熟練的飛行技巧，這培養了學生專注的精神，錘煉了學生堅持的品質，也使其在比賽過程中享受到了競技的魅力。

● 收獲與啟示

1.教師層面

通過課程的設計與實踐，教師的學習觀逐漸從“白板說”向“建構式”轉變，其教學方法也從以往的“填鴨式”“講解法”等轉向“以學生為主體”，教師能夠根據不同能力、不同基礎的學生，采取不同的教學方法。第一，對動手能力不太強的學生，借助一些構造性訓練，通過小部件的組裝到多種零件混搭，一步步提升他們的動手能力并且讓其獲得一定的自我認同感。第二，對三維意識較為薄弱的學生，首先開展一些想象性訓練，通過在慢跑的過程中，設置障礙，虛擬模擬飛行軌跡，在學生腦海中一點點樹立三維立體的概念。這個環節在實踐過程中面臨一定的難度，但通過教師的輔導，從邁出第一步開始到最后順利完成，學生的三維意識有了較為明顯的提升。第三，對操控水平一般的學生，首先進行一些操作性訓練，通過相同狀態不同控制模式的飛機飛行，記錄每次的飛行數據，讓學生在數據中找出每次不同操作下會產生的不同軌跡。

2.學生層面

通過課程的學習，學生在無人機的技能上有所收獲，通過訓練意志品質，解決問題的方式也得到了不同程度的提高，即從開始的一味“被動獲得”逐漸向“主動探索”轉變，在一次次的訓練和探索過程中，學生會從每次的細節里體會獲得感。第一，認知的獲得。一切發明創造都源于好奇，好奇是發明創造的動力源泉。在無人機課程中，學生能夠在腦海里形成一個潛力無限的科學觀。這會使學生產生一種截然不同的求知欲，并將這種求知欲運用到學習中去來解答自身對科技的困惑，從而為其身心發展打下良好的基礎。第二，技能的獲得。在當前STEAM教育的背景下，初中無人機課程的培養目標首先是要求學生掌握如何組裝、搭建、控制飛行器械，其次才是情感意識的提高。技能的掌握是學生在參與學習的過程中學習成果的最直接展示，技能的掌握同樣也是課程評價體系中重要的一個部分。第三，情感的獲得。在初中無人機課程所建立的課程評價體系中，情感的獲得是獲得中的一種，同樣也可以理解為是評價環節里不可或缺的一部分。

● 結語

在STEAM教育背景下，初中無人機課程的發展是充滿潛力的，但在探索過程中仍有很多問題需要去解決，如課程的規范化、對場地設施的依賴性、飛行器械的損耗和成本等。另外，如何獲得家長的理解、提升學生的重視程度、解決教學課時的沖突等都是未來初中無人機課程發展過程中需要解決的問題。

本文系江蘇省教育科學“十三五”規劃課題“初中生STEM+項目學習的行動研究”（編號：E-c/2018/05）階段成果;梁溪區高校支持項目“‘深度學習 思維課堂：教師教學及科研能力培訓”階段成果;無錫市前瞻性項目“初中生STEM+項目式教學實踐與研究”階段成果。