郭宏宇

摘要：在中国，STEM教育正越来越受到教育界重视。但是，部分地区开设也或多或少存在问题。会出现家长反对、领导反对、教师反对的局面。为解决目前各中学开展STEM课程存在问题，本文根据学校自身条件实事求是的开展教学设计。以最低成本，效率最高，提高各学科的知识使用能力，打破时空限制，利于长久课程发展。

关键词：STEM;智慧农田;平台化

一、课程实施背景

STEM教育理念，是“科学”、“技术”、“工程”、“数学”四门学科的融合贯通式教育，重点培养学生四个方面的素养。

目前，在中国，STEM教育正越来越受到教育界重视。国家也出台了一系列政策来支持STEM教育的探索与发展。2020年，教育部印发《中小学教师培训课程指导标准》，将STEM课程开发纳入研修主题。

与此同时，各地方教育单位也非常重视，例如，在刚刚结束的陕西省第四届STEM教师培训活动中，首次将STEM教师纳入省级骨干教师评选范围。

二、STEM课程现状与问题分析

目前，发达地区学校在开展STEM课程方面都有优秀案例，尤其在上海、深圳各中学开展非常成功。

但是，其他地区开设也或多或少存在问题。以陕西STEM交流活动中，排在前位高新某中为例，前期校领导高度重视，有100多人参与，但后期参与STEM教师降到目前的4人左右，其他学校更是很难开展起来。

究其原因，主要是因为过去的STEM课程开展，动用教师数量多，课时时间长，耗费器材费用大，课程多为各科拼凑不成系统，一次STEM课程居然需要两个课时之长。对于学生学科知识、操作水平并没有实质上的帮助，反而浪费时间。因而家长反对、领导反对、教师反对的局面容易产生。

三、基于智慧农田的STEM教学平台

为解决目前各中学开展STEM课程存在问题，需要根据学校自身条件实事求是的开展。以最低成本，效率最高，提高各学科的知识使用能力，打破时空限制，利于长久课程发展。开发智慧农田融创课程就具备有很大意义，设计实施如下：

1、在校园选取空地建设小微智慧农田，面积控制在4平方米以下，型取消教室地理位置限制，将课堂开到户外，方便各科教师随时参与，学生随时学习。

2、取消STEM课时时间限制，学生的学习时间利用课间时间。只要有足够吸引力，学生路过观看并思考便是参与学习。

3、真正吸引各科教师参与，引入众创体系，让学生、教师以智慧农业为平台，将所学学科知识在智慧农田中创新综合使用。

4、引入健康激励机制，无论是教师还是学生，只要将所学、所教学科知识应用到了智慧农田中，在所提供实验位置插入标识牌展现，上边突出参与人的姓名与班级、指导老师。

四、各学科教学整合设计

1、化学：聚焦土壤、肥料、农药和水质等，化学涉及的知识非常广泛，与生物学及物理学等具有很大的交叉。相比于传统的化学教学，STEM理念重在如何将多学科合理结合，并在教学过程中培养学生多学科思维习惯，重视实际问题解决效果，非常适合交叉学科创新人才的培养。

2、物理：聚焦农用工具设计、水循环设计、温度设计、电力设计等。放射性同位素用于改良品种、测定土壤水分、贮藏农产品、杀菌等;激光用于育种、控制作物生长、治虫、抑制杂草生长等;红外线技术用于大面积土壤普查、调查土壤的盐碱成分，探测农作物病虫害和森林火灾，估计农作物产量，测光合作用和加热等;紫外线用于诱杀害虫、检验种子纯净和霉烂情况及防止鸡瘟等;微波加热技术用于烘干和杀虫，处理种子和培育良种，除草灭虫和测定农产品含水量、防霜等;高频电磁场烘干粮食、木材，高频育种和加速新酒陈化过程等;磁化水浸种催芽;电子流育种。农业物理学还要研究太阳辐射及其利用、地面与大气辐射、地温、土壤冻结、河流湖泊在农业中的作用及利用、水库的水温、农田水温、蒸发、土质结构、土地侵蚀及其防止、防护林、冻害与霜害、积雪与融雪、电力、放射性同位素、激光与微波利用等。

3、生物：聚焦作物品种与习性、培育植株等

4、信息技术：聚焦作物生长环境传感器、监控、人工智能农机工具设备。

5、美术：聚焦农田外观设计、作物摄影。

6、数学：各科设计中的计算能力支撑。

五、“两引导一支撑两参与”组织架构产学研结合

1、专家引领

根据学校现实情况，聘请大学专家指导，可以是亲自到场规划，也可以远程指导，丰富学科前沿创新能力。

2、企业引领

根据学校现实情况，邀请优秀人工智能企业、农具企业、农产品企业展示优秀产品，给智能农田提供实用参照。与此同时，将学校孵化产作品供给企业研发产品，形成“产学研”链条。也可以借力企业智能云平台助力农田建设，例如引入“商汤”科技、百度大脑等

3、网络中心支撑

智慧農田需要强大的人工智能设备作为基础服务保证，需要联合人工智能创客教室作为实验场地，并且整个系统需要网络支持网络中心需要架设摄像头监控提供安防保障。

4、学生参与

首先科技类社团学生，包括创客社团、生物社团、航模社团、数学社团等可以直接在智慧农田开展实验，普通各班学生也可以在课间利用智慧农田作为平台开展思考，所孵化科技创新成果参加省市各项创新比赛。

5、校内学科教师参与

根据学校现实情况，聘请校内学科教师指导，讲课内知识点转化为实验，在智能实验田里进行投放演示。保留实验结果提高知识转化效果。

六、预期效果

可形成STEM课程体系，让学生、教师切实感受学科融合的优势。可打造优质STEM课例、对接省市创新比赛。可开发具有观摩展示功能的试验基地，吸引社会各界教育资源聚集。

参考文献：

[1]朱杰，郭连红，王国栋.    物理农业与农业物理学及其在我国农业现代化中的作用. 《 CNKI;WanFang 》 ， 2008

[2]侯志宏.    物理农业与农业物理学及其在我国农业现代化中的作用分析. 《 CNKI 》 ， 2013

[3]魏宁.美国“STEM高中”启示录[J].中小学信息技术教育，2015（12）.

[4]冯华.STEM教育视野下的综合课程建设[J].中小学管理，2016（5）.

陕西省西安市雁塔区陕西师范大学附属中学 710061