導言：作為寫作愛好者，不可錯過為您精心挑選的1篇教師能力提升模式探究，它們將為您的寫作提供全新的視角，我們衷心期待您的閱讀，并希望這些內(nèi)容能為您提供靈感和參考。

0前言

《教育信息化“十三五”規(guī)劃》明確提出：有條件的地區(qū)要積極探索信息技術(shù)在眾創(chuàng)空間、跨學科學習（STEAM教育）、創(chuàng)客教育等新的教育模式中的應(yīng)用[1]?！爸袊鳶TEM教育2029行動計劃”提出對未來十余年STEM教育的展望，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力與科學探究能力[2]。因此，開展STEM教育，優(yōu)化人才結(jié)構(gòu)，激發(fā)學生的創(chuàng)新能力，已經(jīng)成為21世紀教育領(lǐng)域的重要發(fā)展任務(wù)。STEM教師是開展STEM教育的關(guān)鍵因素，然而當前STEM教師普遍缺少STEM素養(yǎng)、跨學科整合能力以及STEM課程設(shè)計與開發(fā)能力等。因此，在信息技術(shù)飛速發(fā)展、人才需求不斷增大的時代浪潮下，如何提升STEM教師能力是需要關(guān)注的問題。

1核心概念界定

1.1STEM教育

10.3969/j.issn.1671-489X.2022.04.022STEM教師能力提升模式探究*——以基于AIKIT的AI探索賽為例◆張宇婷秦健邵夢秋20世紀80年代，美國有學者首先提出STEM教育[3]，這種能夠培養(yǎng)學生動手、創(chuàng)新、綜合運用多學科知識能力的教育迅速成為國際教育領(lǐng)域的研究熱點，學術(shù)界對STEM教育展開較為熱烈而深入的研究，不同的學者對STEM教育有著不同的看法。盡管對STEM的定義存在一定的差異與分歧，但也存在很多共同點。STEM教育具有以下特點：1）以項目學習為主要學習方式，能夠吸引學生參與跨學科活動，不斷地去發(fā)現(xiàn)問題，探究合作解決問題，從而不斷更新構(gòu)建知識體系[4]；2）在STEM課程將機器人、3D打印等技術(shù)引入課堂，讓學生動腦動手創(chuàng)造出具有創(chuàng)意的作品的同時，促進學生對STEM知識的理解，從而引發(fā)并促使其進行深度學習[3]；3）在STEM活動中，學生通過合作來把控項目的進度，教師角色變成學生的幫助者、引導者[4]。

1.2STEM教師

1.2.1STEM教師概述

STEM教師是STEM教育的關(guān)鍵要素，其能力水平的高低直接影響STEM人才的培養(yǎng)質(zhì)量。目前，STEM教師還沒有明確定義，在實際的STEM教育教學中，STEM教師常常以真實問題或任務(wù)驅(qū)動教學，用相應(yīng)的教學儀器演示并講解相關(guān)結(jié)構(gòu)和原理，引導學生去小組分工合作完成結(jié)構(gòu)創(chuàng)造與算法設(shè)計，體驗工程設(shè)計流程，解決真實問題。《STEM教師能力等級標準（試行）》中指出：STEM教師能力核心要素包括STEM價值認同感、STEM學科知識、跨學科整合能力、STEM教學實施能力和多元化評估能力[5]?；诖?，本文認為STEM教師就是具有跨學科整合能力、計算思維，能夠合理使用STEM教學方法，引導學生利用跨學科知識去解決問題、完成任務(wù)，使學生創(chuàng)造力在內(nèi)的核心素養(yǎng)得到提高的一類教師。

1.2.2STEM教師短缺

在人工智能時代，學校對STEM教師有著強烈的需求，然而相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)：現(xiàn)有的STEM教師隊伍無論從數(shù)量上還是質(zhì)量上都不能滿足STEM教育需求[6]，原因有以下幾點。

1）STEM教育涉及科學、工程、數(shù)學、藝術(shù)等多個學科，帶有整合的特殊性，這就需要STEM教師具有整合多門學科知識的能力，而大多職前教師教育存在的問題是多種素養(yǎng)在不同的課程中分開培養(yǎng)，沒有構(gòu)成體系化的內(nèi)容，因此，大多數(shù)STEM教師缺乏跨學科的專業(yè)背景支持。

2）近年來STEM教師相關(guān)的職業(yè)能力培訓也在如火如荼地開展，但是依然存在在職STEM教師培訓不完善、缺乏持續(xù)的專業(yè)培養(yǎng)的問題，導致STEM教師隊伍質(zhì)量低。

3）在職教師成長相對比較緩慢，相應(yīng)的激勵政策和人文關(guān)懷缺乏，使得STEM教師的專業(yè)發(fā)展得不到有效支持。STEM教育要得到蓬勃發(fā)展，離不開STEM教師強有力的助推，因此，未來社會需要更多具有創(chuàng)新意識與計算思維、跨學科整合能力的STEM教師，提升STEM教師的STEM素養(yǎng)和教育教學能力迫在眉睫。

2STEM教師能力提升模式理論基礎(chǔ)

本文提出提升STEM教育知識儲備、跨學科知識整合能力、STEM課程設(shè)計與實施能力的實施模式，以指導與提升STEM教師的素養(yǎng)，從而在教學實踐中助力學生STEM素養(yǎng)的提升。

2.1以項目式學習為媒介

項目式學習（PBL）包括基于問題的學習和基于項目的學習，兩者既具有一定的共性，也存在一定的差異，以學習方式的跨學科性和多元性特質(zhì)逐漸成為STEM教育的首要媒介。通過基于項目的跨學科學習活動，學生不僅可以習得重要的STEM知識，還可以結(jié)合其他知識和技能進行實際應(yīng)用。通過真實的問題或者任務(wù)進行引導，讓學生制訂計劃、確定方案、討論、協(xié)作等，這是一種主動的、創(chuàng)新的學習，更是一種綜合的、面向?qū)W生實際生活問題的學習，重視學習的過程而非學習的結(jié)果[7]。

2.2樹立主動學習意識，聚焦關(guān)鍵能力生成

在互聯(lián)網(wǎng)高速發(fā)展及教學資源泛濫的今天，學生對于陳述性知識和簡單的專業(yè)技能的學習已非難事，較低層次的教學內(nèi)容已無法滿足社會對人才的需求。因此，作為培養(yǎng)STEM人才的助推者，STEM教師不能只停留在簡單STEM知識和技能的掌握，而是要樹立主動學習意識，積極利用教學資源，積極參與專業(yè)學習的網(wǎng)絡(luò)研修社區(qū)，不斷地拓展廣度、發(fā)掘深度、延展高度，并且要明確在完成階段性學習后需要達到的能力水平，無論是培養(yǎng)分析能力、評價能力、質(zhì)疑能力、反思習慣、創(chuàng)新意識等高階目標的達成，還是信息收集能力的培養(yǎng)。

2.3案例教學法

案例教學法是19世紀70年代由美國哈佛大學時任法學院院長克里斯托弗所創(chuàng)。它不同于傳統(tǒng)的教學方式，以課本為中心，以灌輸式的方式從概念到概念進行講解。案例教學法一個最為突出的特征是案例的運用，案例是包含問題或者說疑難情境在內(nèi)的真實發(fā)生的典型性事件[8]。在教學過程中，教師將內(nèi)化的知識整合至案例中，讓學生通過討論、合作、師生交流等方式學習案例背后的理論、概念，既有利于學生問題解決等能力的培養(yǎng)，又使教師整合學科知識的能力得以提升。

3提升STEM教師能力路徑設(shè)計

為使STEM教師在獲得STEM教育知識儲備的基礎(chǔ)上進一步對其進行內(nèi)化、重構(gòu)，開發(fā)STEM課程，并能在課堂教學中靈活實施，能在“做中學”“學中做”的過程中有效指導學生，從而同步培養(yǎng)計算思維、跨學科解決問題的能力，本文基于上述理論基礎(chǔ)，構(gòu)建一個提升STEM教師能力的模式，如圖1所示。該模式一共分為兩個階段：第一個階段以提升STEM教師跨學科知識整合能力，獲得STEM知識儲備為主；第二階段以提高教師STEM課程開發(fā)和實施能力為主。兩個階段從STEM教師學什么、如何學STEM相關(guān)知識到教什么、如何教STEM相關(guān)課程，幫助STEM教師按照循序漸進的原則提升職業(yè)能力。第一階段：學什么、如何學STEM教師能力提升模式的第一個階段即STEM教師為提升素養(yǎng)可以學什么、如何學。當前各類STEM機器人類比賽種類眾多、形式繁多，為STEM教師提升能力提供了極大便利。STEM教師應(yīng)以此為契機，積極發(fā)揮主動意識，充分利用現(xiàn)有賽事，以各類賽事中真實挑戰(zhàn)或比賽場景中的問題為導向，通過賽事培訓、觀看往屆資料等方式，為解決真實問題或挑戰(zhàn)學習關(guān)于人工智能、電子電路、程序編寫、算法設(shè)計等專業(yè)知識與技能；在此基礎(chǔ)上，再融入競賽技巧，運用前一步所學知識，設(shè)計能夠?qū)崿F(xiàn)問題解決的實踐項目流程，從而在自我模擬中完成項目。在此過程中，教師能熟悉且掌握STEM相關(guān)的知識技能與競賽技巧，跨學科知識整合能力和STEM知識儲備得以提高。第二階段：教什么、如何教當下，STEM教師能力缺失表現(xiàn)的另一個方面STEM素養(yǎng)和教育教學能力迫在眉睫。是開發(fā)和實施STEM課程能力薄弱。因此，第二個階段具體指導STEM教師在掌握一定STEM專業(yè)知識與技能之后，解決教什么和如何教的問題。

1）設(shè)計教學案例。STEM教師結(jié)合項目式學習過程與解決比賽問題過程，自主設(shè)計結(jié)合教學實際的案例，制作講解賽事相關(guān)原理或結(jié)構(gòu)的教具，結(jié)合真實生活問題和賽事規(guī)則重整課程內(nèi)容。

2）形成課程或指導學生參賽。STEM教師根據(jù)學生的認知水平與特點，結(jié)合設(shè)計的教學案例，創(chuàng)設(shè)STEM教學場景，引導學生運用信息技術(shù)，通過算法、數(shù)據(jù)和模擬對真實問題進行分析、計算、設(shè)計、決策與實現(xiàn)，在不斷的實踐中，迭代改進形成系列課程或教材，對于有興趣的學生可指導其參賽。此時，學生的STEM知識儲備、技能得到提升，還可有效提高競賽水平，與此同時也可反作用于競賽，推進機器人競賽、人工智能競賽向更尖端發(fā)展。

4STEM教師能力提升模式的有效實施

按照STEM教師能力提升路徑，以基于AIKIT的AI探索賽為例，闡述該路徑的實踐設(shè)計。

4.1AIKIT與AI探索賽

4.1.1AIKITAIKIT是一款采用英特爾NUC

mini主機、RealSense深度傳感器攝像頭以及Movi-dius神經(jīng)元計算模塊等智能硬件的人工智能教育套件。它是一個將人工智能技術(shù)的學習與應(yīng)用和機器人相結(jié)合的實踐學習平臺，學生可以開發(fā)語音識別互動功能，實現(xiàn)人與機器人、機器人與機器人進行智能語音對話；可以開發(fā)視覺互動功能，讓機器人追蹤人物、球或動物等；可以開發(fā)定位導航功能，讓機器人自主規(guī)劃路徑；可以實踐深度學習技術(shù)，讓機器人識別文字等。此外，平臺的高兼容性可以實現(xiàn)Python、C/C++、Java等語言的編程學習及實驗。在學習過程中，學生結(jié)合人工智能機器人的每個功能進行學習和實踐，產(chǎn)生破解智能機器人背后奧秘的成就感，極大促進進行人工智能領(lǐng)域?qū)W習和實踐的興趣。

4.1.2AI探索賽AI探索賽是一項結(jié)合機器

人以及人工智能技術(shù)的競賽，2020年高中高校組的主題為智能管家，將場景設(shè)置在家庭環(huán)境中，讓機器人代替人類做更多的事。比賽分為物品尋找賽和物品分類賽，要求機器人完成對物體的識別、分類及投放任務(wù)。在這個過程中，參賽隊要自主搭建機器人以及機械臂，撰寫工程筆記，并基于ROS系統(tǒng)完成AI探索挑戰(zhàn)賽程序的編寫。搭建的機器人尺寸以及使用的硬件需符合比賽要求，并能完成規(guī)則指明的挑戰(zhàn)，如智能機器人自主建圖及導航，顏色識別、條碼識別、物體識別，機械臂能夠抓取，能夠程序控制放置物體。

4.2STEM教師能力提升的實踐設(shè)計

第一階段重在提升STEM教師跨學科知識整合能力，通過以下步驟，逐步增加STEM知識儲備。

1）分析。在該賽事中以物品尋找賽和物品分類賽指定的任務(wù)為導向，教師結(jié)合往期比賽經(jīng)驗對以往案例和參賽視頻進行觀看和分析。2）學習。AI探索挑戰(zhàn)賽涉及ROS機器人系統(tǒng)、Python編程以及人工智能技術(shù)、機器學習等，所以教師需要提前學習并掌握此類科學文化知識。

3）項目設(shè)計。教師需要圍繞該項目制訂方案，并參照以往的比賽經(jīng)驗對AI機器人的結(jié)構(gòu)進行設(shè)計、搭建和程序設(shè)計。

4）模擬演練。根據(jù)項目設(shè)計對該比賽進行模擬演練，總結(jié)經(jīng)驗。如表1所示，在此項目完成過程中，教師的科學、工程、數(shù)學、技術(shù)等知識儲備得到進一步提升，跨學科知識整合能力得到增強。第二階段以提高教師STEM課程開發(fā)和實施能力為主。將AI探索賽大項目劃分為不同的子任務(wù)落實到每節(jié)課的教學中，教師需要結(jié)合真實場景設(shè)計教學案例，學生需要體驗、掌握特定的知識模塊。各任務(wù)間相互聯(lián)系，知識與能力的層次也隨著任務(wù)的推進而提升。課程面向高一學生，高中生應(yīng)當具有獨立思考、問題解決以及創(chuàng)造能力[9]，并且具有一定的信息技術(shù)基礎(chǔ)。涉及人工智能的課程內(nèi)容設(shè)計應(yīng)偏重于創(chuàng)造創(chuàng)新，強調(diào)基本理念與原理的傳遞，注重創(chuàng)造力、想象力以及動手能力的提升[10]?；谶@兩種現(xiàn)實需求，課程分為18個課時，具體如表2所示。

在課程中以項目式學習的流程，引導學生組建團隊，學生首先從模仿入手，輔以相關(guān)教具；在熟悉掌握之后進行小組分工合作，分析、設(shè)計完成機器人的結(jié)構(gòu)搭建和算法設(shè)計，同時記錄工程日志或?qū)W習反思。經(jīng)過七個主題的學習，學生將機器人與各類人工智能技術(shù)、開源硬件等結(jié)合起來，實現(xiàn)各類結(jié)構(gòu)、任務(wù)與算法的融會貫通，完成作品制作。對于設(shè)計制作良好的學生，可以指導其參賽，形成理論—實踐—比賽三級一體化的教學模式。

5結(jié)束語

鑒于STEM教師科學素養(yǎng)、計算思維以及創(chuàng)新意識等方面的能力素養(yǎng)普遍不高的問題，本文提出STEM教師能力提升模式，幫助教師了解學什么、如何學，教什么、如何教，并以AI探索挑戰(zhàn)賽為例具體說明。但在人工智能的浪潮下，面臨學習環(huán)境、方式的改變等不確定因素，如何推進STEM教師職業(yè)素養(yǎng)和專業(yè)水平的提高，仍然是今后長期面臨的挑戰(zhàn)，還需要在實踐中結(jié)合更多的理論繼續(xù)探索、不斷完善?！?

參考文獻

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[10]謝忠新,曹楊璐,李盈.中小學人工智能課程內(nèi)容設(shè)計探究[J].中國電化教育,2019(4):17-22.所示。

作者:張宇婷 秦健 邵夢秋