淺談STEAM教具的設計、特性、作用

趙文辯

STEAM教育是一種重實踐的超學科教育概念，主張學習者在玩中學、做中學，以整合的方式培養學習者掌握知識和技能，并能進行靈活的遷移應用去解決真實世界的問題，以此培養學生核心能力。本文主要探討STEAM智能教具的設計、特性及其在教學中所起的作用。

STEAM智能教具的設計

解決問題的能力是STEAM教育的一個關鍵要素，是一種高度可轉換的思維技能，可以幫助兒童認識真實的世界，并學會分析生活中事件的因果關系。解決問題能力的培養是通過產品中設計恰當的挑戰這一手段來完成的，兒童往往能在挑戰中鍛煉解決問題的能力并獲得快樂。

目標定位 STEAM智能教具的目標定位是：在“玩中學”的過程中學到STEAM相關學科的知識，讓兒童潛移默化地運用編程的思維去思考、規劃和解決生活中所遇到的問題。

創新特性 從設計上來說，STEAM智能教具有以下的特性：一是技術性。STEAM智能教具中的編程是計算機程序設計的重要工具，本身就是一門技術。編程中編程語言、編程軟件、編程工具的開發是需要極大的技術性和專業性的。二是數學性。STEAM智能教具編程包含了豐富的數學內容，編程最重要的部分就是算法。人工智能系統中先進技術的實現更是需要強大的算法作支撐。

STEAM智能教具的特性

探索性 STEAM教具能夠積極引導青少年兒童探索科學、技術、工程、藝術、數學領域，使他們掌握通過實驗和觀察進行探索的科學方法，以獲得新知識，解決疑問和回答問題。還要以促進學習者的身心健康發展和思維能力培養為指導，提供一種探究問題的情境和積極主動的學習氛圍，將簡單枯燥的知識設計得更有趣味性、挑戰性。

有趣性 從設計的目的來說，讓STEAM產品達到趣味性，是通過設計一種有計劃的輕松愉悅的方式來服務于最終的教育目標。好的STEAM產品，能夠刺激左右腦發育。實驗研究表明，左腦發育是通過邏輯和推理部分的思維活動激活的，當教學或游戲體驗讓兒童們思考科學、技術、工程、藝術或數學方面的問題時，這一部分就會激活，使兒童的左腦得到鍛煉。右腦發育則是通過情緒的觸發，當兒童在學習體驗過程中感到有趣時，處理情緒的右腦就會被觸發。刺激他們探索世界的思維能力，教具設計的娛樂性就顯得尤為重要了。

開放性 開放式是一款好的STEAM產品最主要的屬性，鼓勵兒童在STEAM理念下自己動手實現他們新奇的想法和用他們自己的方式來表達創意。讓用戶根據自己的想法去探索、開發和創造各種可能的玩法，鼓勵他們天馬行空地發揮自己的創造力和想象力，讓創意暢通無阻。

STEAM智能教具的作用

學科知識的獲取是STEAM教育的基礎，人工智能技術的引入是實現STEAM教具創新的重要形式。STEAM教育融合了科學、技術、工程、藝術和數學等相關學科的知識，每個字母代表著不同的能力培養要求，同時也說明了任何事情的成功都不是依靠某一種能力來實現，而是需要借助多種能力來完成。STEAM是一種超學科的教育理念，它有別于傳統的單學科、重書本知識的教育方式，強調多門學科之間內在的聯系、重實踐，STEAM智能教具具有以下支持學生以創新的方式來解決現實生活中問題的特點。

聯系實際 STEAM教育重視學習過程與現實生活的聯系，學習的最終目的是培養學習者解決現實生活中所遇到的問題的能力。問題產生于生活，解決問題的方法也應來源于生活，STEAM學習構建解決問題思維過程應該與讀寫能力的培養相類似，將兒童的學習與他們生活中相關的事物聯系起來。在生活中將他們學到的知識進行驗證，讓他們深刻地理解科學、技術、工程、藝術和數學這些學科知識對他們的世界和生活的影響，在知識補充的同時使他們更好地學以致用。

反復試驗 在兒童學習過程中有動手創造的快樂也會有挫折失敗的沮喪，幫助兒童學會承認和接受失敗的能力是通往成功的關鍵。在失敗的過程中我們需要保護好兒童的好奇心，建立他們的自信心，鼓勵他們繼續探索、換一種解決問題的思路、嘗試不同的想法。在產品設計中要充分考慮到這一點。一款好的STEAM教具需能讓兒童自主主導學習體驗的過程，將教育方式化被動為主動，以建立兒童的內在學習動機，培養自主決定的能力為目的。

親身實踐 STEAM是“做中學”的教育方式，這就決定了它的親身實踐性，以及注重動手動腦的學習體驗。科學多次證實，兒童通過自己動手創造出的產品可以獲得成就感、滿足感和快樂感，可以促進左右腦的發育。并且知識獲取的最佳途徑是學習者自己實踐、自己構建、自己完善。這要求設計者設計STEAM教育產品時多考慮設計有形的、可觸摸的物理實體。在頻繁使用電子屏幕產品的當下，兒童們從生活中獲得的物理反饋越來越少，所以從親身實踐中獲得觸覺和有形輸入對如今處于智能時代下的兒童來說是尤為重要的。

STEAM智能教具是多樣化、智能化、專業化的，相關的功能和種類也會越來越多，相信隨著更多科學有效的方法被應用于STEAM智能教具中，其應用前景也會越來越廣闊。

（作者單位：廣東省臺山市新寧中學）