STREAM理念下小學智能農(nóng)業(yè)課程初探

朱思楠 侯躍芳 王子璇 王菁瑜

【摘要】勞動教育課程作為中小學特色教育發(fā)展的重要組成部分，一直廣受關(guān)注，本課程依托STREAM教學理念，引導(dǎo)學生利用人工智能技術(shù)解決勞動教育實踐過程中產(chǎn)生的問題。本文論述如何在勞動課程中引進人工智能技術(shù)運用跨學科知識解決問題、實施多元評價全面助力學生發(fā)展的舉措，在培養(yǎng)學生勞動實踐能力的同時，涵養(yǎng)其科學精神、人工智能素養(yǎng)，提升創(chuàng)造能力。

【關(guān)鍵詞】STREAM課程;勞動教育實踐;人工智能技術(shù)實踐

一、課程背景

STREAM課程項目聚焦科學（S）、技術(shù)（T）、閱讀（R）、工程（E）、藝術(shù)（A）、數(shù)學（M）六大核心能力培養(yǎng)。跨學科融合基于STREAM理念，引導(dǎo)學生在研究學習中發(fā)現(xiàn)問題，圍繞驅(qū)動性問題，借助多學科知識要素進行探究學習和活動，依托多角度、多層面的評價機制，引導(dǎo)鼓勵學生全方位發(fā)展。

2020年，教育部印發(fā)《大中小學勞動教育指導(dǎo)綱要（試行）》，對中小學勞動教育的推廣與實踐提出重要要求，力求充分引導(dǎo)學生積極思考、實踐創(chuàng)新，提高學生發(fā)現(xiàn)、解決問題的能力與創(chuàng)造意識，促進學生德智體美勞全面發(fā)展。

人工智能技術(shù)，幫助學生在數(shù)字信息技術(shù)、科學知識儲備等方面實現(xiàn)跨越式發(fā)展。 筆者大膽嘗試，依托STREAM教學理念，引導(dǎo)學生利用人工智能技術(shù)解決勞動教育實踐過程中產(chǎn)生的問題，在培養(yǎng)學生勞動實踐能力的同時，涵養(yǎng)其科學精神、人工智能素養(yǎng)，提升創(chuàng)造能力。

二、通過勞動實踐掌握勞動技能，提升勞動素養(yǎng)

（一）勞動實踐場景及描述

為了全面推進綠色質(zhì)量教育，踐行我校習性教育理念，培育學生的個性特長，我校開設(shè)了“植物工坊”勞動實踐社團。在勞動實踐社團中，學生通過親手種植植物、養(yǎng)護植物、記錄植物生長日記等，不僅提升了勞動意識，還掌握了種植的技能，增長了植物相關(guān)的知識，學會了與同學合作分享，激發(fā)了探索科學奧秘的興趣。

本勞動實踐課程選擇了蔬菜的種植和養(yǎng)護勞動。活動初期，學生親手種植蔬菜，體會種植蔬菜的樂趣和不易。隨后安排學生對蔬菜進行定期養(yǎng)護。養(yǎng)護植物，是一個長期的過程，貫穿于整個活動的始終，可以培養(yǎng)學生細心觀察的能力。在養(yǎng)護的過程中，學生體會到種植的艱辛與收獲的喜悅。另外，在整個活動過程中，學生會將在理論課上學到的知識及實踐課上的體驗，記錄在自己設(shè)計的植物生長日記本中，從而有效培養(yǎng)學生堅持記錄的好習慣。

親近自然，擁抱綠色，生命教育在種植活動中滲透著。在“植物工坊”社團，師生收獲的不只是蔬菜，更是一種自由幸福的生活經(jīng)歷和成長經(jīng)歷。

（二）勞動實踐日志

1.資料查詢準備與播種

自2020年10月12日起，我校初步啟動了植物工坊社團并帶領(lǐng)學生開始了項目式學習：學生依據(jù)課本提出的植物種植基本方法，了解植物的基本情況。并且，在學習了種子結(jié)構(gòu)的相關(guān)知識后，學生根據(jù)季節(jié)的要求，種植了這個季節(jié)里的特色蔬菜，其中包括學生所熟悉的白菜和蘿卜這兩種主要的秋冬季作物。根據(jù)對作物的研究，學生進行了播種和科學的澆水種植。同時，教師要鼓勵學生繪制并書寫心得。

2.植物生長的觀察記錄

12月，學生仔細觀察了播種的白菜和蘿卜種子，驚奇地發(fā)現(xiàn)部分種子發(fā)芽的現(xiàn)象，明白了種子發(fā)芽需要先仔細地呵護它們。因此，學生借助水壺進行澆水和養(yǎng)護，并去除了雜草。通過這堂課程，學生了解了種子發(fā)芽的基本知識，并且對新植株進行了仔細的觀察和研究。

3.植物生長中的問題與解決

1、2月的深圳，降水量相對較少，學生發(fā)現(xiàn)地面經(jīng)常會出現(xiàn)結(jié)塊和干裂的現(xiàn)象，由于課程安排是每周只有兩節(jié)課，澆水的頻率相對較少，導(dǎo)致菜園的地面比較干燥，嚴重影響到了發(fā)芽后種子幼苗的生長。澆水較多的位置，幼苗生長較為健壯，而澆水較少的位置，幼苗的發(fā)育則比較停滯，甚至有些幼苗出現(xiàn)變黃的情況。

通過師生共同查找資料，學生發(fā)現(xiàn)水量的缺失也有可能導(dǎo)致幼苗的生長緩慢，甚至導(dǎo)致幼苗死亡。為此，學生開始思考如何能夠設(shè)置一系列的裝置，在不需要人為的條件下也能實現(xiàn)自動灌溉。

三、運用跨學科知識解決問題，提升綜合素養(yǎng)

（一）自動灌溉裝置的研發(fā)與討論

經(jīng)過一個假期的思考和研究，學生發(fā)現(xiàn)可以通過增大澆水量及增大光合作用的時間、天數(shù)，增加光照來有效加速植物的生長。經(jīng)過學生大量的資料研究，發(fā)現(xiàn)了一些能夠加快植物生長的方法。并且，學生從此著手來尋找制作一個能夠有效輔助澆水并且能夠增加光照的裝置。

經(jīng)過師生共同的合作、不停的努力，學生設(shè)置了一個能夠通過光感裝置及濕度感應(yīng)裝置這兩個裝置進行輔助的相關(guān)設(shè)計，以此來達到自動澆水、自動補光的效果。

（二）人工智能工具（作品）的使用（制作）過程

機器學習：1.了解光敏傳感器的工作原理：當外界環(huán)境光線的強弱發(fā)生變化的時候，傳感器的阻值也相應(yīng)發(fā)生改變，并把這種變化傳輸給機器人的微電腦。2.RC編程：進入RC編程平臺主界面，編寫讓機器人不停地檢測光源的程序。3.測試。光敏機器人檢測不到光時，彩燈亮起;光敏機器人檢測到光時，彩燈熄滅。經(jīng)檢測，此程序滿足在光線不足時提供裝飾和照明服務(wù)的要求。

（三）技術(shù)實踐性驗證

1.學習諾寶RC編程基礎(chǔ)知識配合五年級下冊的信息技術(shù)課程內(nèi)容;2.學習光敏機器人的編程;3.通過檢驗，證實編程后的硬件能夠識別出強光和黑暗環(huán)境，有效控制命令下一步的進行。

（四）機械結(jié)構(gòu)設(shè)計

1.購買濕度感應(yīng)模塊、功能盒下蓋、數(shù)據(jù)輸出總線、濕度傳感器插座、水泵出水口、水泵供水口等，嘗試組裝;2.優(yōu)化濕度感應(yīng)器裝置結(jié)構(gòu);3.決定添加自動感光、補光裝置，購買光傳感器插座、水泵插座、七彩LED燈插座、七彩燈等，繼續(xù)安裝豐富;4.完善光感裝置、調(diào)整濕度反應(yīng)閾值，增加語音播放裝置;5.組裝系統(tǒng)裝置，經(jīng)過通電測試，裝置能夠很好地完成澆水、智能補光、播放音樂的任務(wù)。

（五）功能完善

1.不同盆栽所需要的濕度值是不同的。學生升級了檢測系統(tǒng)模塊，添加了設(shè)置濕度值的顯示裝置。這樣就可以更直觀準確地知道并設(shè)定土壤濕度閾值。當濕度低于閾值時啟動水泵灌溉，當濕度超過閾值時關(guān)閉水泵停止灌溉。實驗進行過程中，學生進行了以下的研究嘗試：

學生自主設(shè)計并進行了對鳳仙花發(fā)芽中最適宜的濕度閾值的探究活動，實驗細節(jié)如下。實驗材料：一次性透明杯和吸水紙若干，土壤、吸管和鏟子。實驗步驟：挑選了一些飽滿的、沒有受過損傷的鳳仙花種子。分6組進行實驗，在透明的一次性杯子內(nèi)壁墊幾層吸水紙，裝進一些土壤，使紙巾貼住杯壁，再將一次性杯子的底部鉆一個小孔，接著把鳳仙花種子放在杯壁和紙中間，在不同的方向都放置種子。往土壤中澆適量的水，不要讓種子浸在水里。在測試土壤中安裝濕度檢測器裝置，改變土壤濕度，靜置一晝夜，首先觀察種子膨脹的速度;第二觀察日，觀察種皮破裂速度;第三觀察日，觀察根的長度與現(xiàn)象。

實驗數(shù)據(jù)記錄：

經(jīng)過一系列的研究，師生共同得出了最佳的試驗結(jié)果為：當濕度為70%及以上時，能有效幫助鳳仙花種子發(fā)芽。因此，在本裝置的濕度控制上使用的濕度控制值為70%，當濕度低于閾值時啟動水泵灌溉，當濕度超過閾值時關(guān)閉水泵停止灌溉。

只有灌溉功能還不足以減輕學生一天學習、生活的疲勞。于是，學生增加了光線不足時自動啟動裝飾、照明的功能，在增長光合作用時間的同時還能欣賞到絢麗多彩的燈光秀。

2.通過仔細觀察，學生發(fā)現(xiàn)只有視覺效果還不夠，還需要聽覺上的享受。于是，學生在七彩燈點亮時又增加了語音播放功能。在學生拖著疲憊的身軀回到家時，既能欣賞魔幻七彩燈光秀，又能享受悅耳的鳥鳴及森林中的寧靜。

3.完成穩(wěn)定性測試，具體活動流程圖如下。

人工智能工具（作品）解決問題的效果

四、發(fā)揮多元化評價優(yōu)勢，全面助力學生發(fā)展

本課程的教學與學習過程中運用了“云成長檔案袋”，著眼于現(xiàn)當代的課程評價要求——“立足過程，促進發(fā)展”，針對學生主體的評價進行多元化擴展。以學生學習情況及作品為評定內(nèi)容，通過從學生自評、生生互評、教師評價與家長評價等四個角度評價的維度量表，評價學生的知識、能力與素養(yǎng)所得，并將學生完成的作品上傳到數(shù)據(jù)庫中，通過數(shù)據(jù)庫進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計與評價，具體評價制度如下。

（一）學生自評

在一個階段的學習后，組織學生對能體現(xiàn)學生成長的材料進行收集、歸袋。每月底，將本月課堂評價表和家庭作業(yè)反饋表歸袋。對于平時的作品，教師也要及時提醒學生收集。學生通過獨立的、理性的反思形成個人目標，通過課程實踐和教師、同學一起交流，從而發(fā)展自身的創(chuàng)造性、社會性;另一方面，這樣的過程充分體現(xiàn)了評價的真正目的，即教師通過與學生交流分享，讓教師和學生共同對評價產(chǎn)生認同感。這樣，學生才能在評價的引導(dǎo)下不斷完善自我，實現(xiàn)成長和發(fā)展。

（二）生生互評

小組上臺匯報各自成果后，其余小組對其匯報情況進行評價，整理評價結(jié)果，評選出“最受歡迎小組”。

（三）教師評價

學生在每次勞動實踐課上都需要記錄本節(jié)課的原理、過程、注意事項、結(jié)果和反思。所以，教師需要對學生植物工坊畫冊的完成情況進行評價。以科學學科為例，評價標準如下：

五、結(jié)語

基于STREAM理念的勞動教育課程顛覆了傳統(tǒng)的勞動教育形式，人工智能技術(shù)的引進賦予了它全新的生命力。學生通過跨學科融合學習的方法積極思考，針對勞動過程中發(fā)現(xiàn)的問題提出設(shè)想，設(shè)計方案，準備材料，制作作品，反思總結(jié)完成科學探究的全過程，將美術(shù)、勞動、科學、數(shù)學、語文等學科知識進行有機融合。將勞動育人與人工智能進行有機結(jié)合，能夠更加有效地幫助學生開展探究性學習、創(chuàng)造性學習，實現(xiàn)學生終身發(fā)展。

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責任編輯 ?陳紅兵