選題背景

浙江省湖州市湖師附小教育集團深入挖掘區域生態資源，緊密結合學生需求和興趣開發獨具地方特色的“STEAM +生態校本課程”，為學生提供多元的學習選擇，促進學生學習認知與社會化成長的有機融合，培養學生核心素養與關鍵能力。

《光合智慧農場》是學校“STEAM+生態校本課程”中“開啟校園智慧生活”主題下基于勞動教育的工程跨學科教育實踐項目。校園農場是學生掌握生產勞動技能的重要實踐基地，但每逢節假日或遇冬夏極端天氣，農場內植物會遭受很大影響，很多植物甚至會枯萎，學生需要回校重新種植，費時費力。面對這一問題，師生共同提出“如何充分利用已有空間，設計一個能保障植物茁壯生長的智慧農場”的探究問題。

本項目面向五、六年級學生，前期通過信息科技的學習已有控制系統的計算與反饋等知識積累，也具備一定的算法設計和編程能力，在科學、數學學科的學習中也積累了幾何建筑與搭建的知識和經驗，為項目實踐提供了基礎。

教學目標

本項目將引導學生按照設計思維環節開展，像工程師一樣解決真實問題。學生在解決問題過程中完成各學科知識的建構和應用，同時實現核心素養與關鍵能力的培養。

1.了解影響植物生長的主要因素與智慧農場中常見設施設備的工作原理，掌握控制系統中傳感器閾值的關鍵性和相關設置。通過設計并制作智慧農場模型，了解工程設計開發的流程和方法，理解各傳感器數值獲取方式，培養學生科學精神及實踐創新能力。

2.培養學生提出問題、分析問題、解決問題的能力。在設計與制作智慧農場模型過程中培養學生的觀察力、調查分析能力、收集信息并進行處理和應用的能力。在方案論證、迭代的過程中，培養學生創造力和批判性思維，拓展視野，激發想象力和潛能。

3.在方案構思、表達和修改的過程中，積極主動表達想法，善于傾聽，科學對待他人建議。通過小組活動，培養合作能力、溝通能力，學會分享共同的勞動成果。

教學設計創新

（一）背景問題設計“新”

真問題引發真思考，真思考實現真學習。本課例從身邊真實痛點出發，引出新問題、新創意，學生探究過程始終指向對真實問題的解決。問題設計上將智能技術與農業生產場景相結合，通過“技術+生活”的融合避免教學與現實脫節。

（二）學習支架搭建“新”

在項目開展各環節提供不同類型的學習支架。提出問題環節使用AEIOU表（A—活動、E—環境、I—互動、O—物體、U—用戶）、POV表（Point of View），既降低了任務難度，又保留了學生自主思考的空間。方案交流環節使用TAG反饋表（T—優點、A—不足、G—建議），引導學生吸納建議并自主改進。方案迭代環節各類“資源型支架”支持學生按需學習。模型展示環節通過組織“循環問診”活動，讓學生獲得多維度反饋。

（三）思維實現過程“新”

設計方案環節通過支持性活動引導學生實現思維的三次進階。初次設計時，學生將碎片化想法借助設計草圖可視化并整合、串聯形成統一方案，實現初次進階；組間申辯時，各小組通過闡述設計創意、組間交流碰撞，實現二次進階；完善方案時，學生帶著質疑和困惑，通過多種方式自主探究，完成知識的建構與應用，實現再次進階。

教學實施

（一）發現問題，明確植物生長需求

1.實地調研，收集信息

表1：AEIOU思維表

參觀校園農場實踐基地，引導學生觀察校園農場已有植物，觀察植物生長狀態。提出核心問題：農場中哪些影響植物生長的因素需要被改進？

學生在參觀過程中借助AEIOU思維表（見表1）及時記錄觀察到的植物生長狀態及思考結果。

2.問題清單，整理植物生長需求

教師引導學生從溫度、濕度、光照、土壤酸堿度等因素分析對農場中現有植物生長狀態的影響。

學生從影響植物生長的因素出發，及時記錄目前存在的問題，并整理成問題清單。

3.問題定義，明確驅動性問題

引導學生對前期收集到的信息進行再次整理，提供POV表，幫助學生定義問題：我們該如何為校園農場里的植物（誰）設計一個智慧農場（什么）以解決因疏于管理或遇到極端天氣而影響植物生長的問題（什么問題）。

從發現問題到定義問題，借助不同的思維工具引導學生以“真實問題拆解”激活“問題鏈思維”，從“被動接受”轉向“主動探究”。

（二）嘗試解決，設計方案逐步完善

1.多次碰撞，形成方案

表2：項目評價表

教師帶領學生一起查看本項目評價表（見表2），為設計方案指明方向。鼓勵學生從現有認知出發，以簡單設計圖的形式向組內成員介紹自己的解決辦法。在教師引導下各組根據問題清單整合、串聯組內成員的創意想法，構思形成更具有針對性的方案。    

隨后進行組間申辯，各組派一位代表介紹方案，其他成員及時記錄其他組提出的問題和建議。未匯報的小組認真傾聽其他組的介紹并及時完成TAG反饋表，然后從科學性、合理性、可行性三個方面給匯報組提出建議。

2.爬坡學習，迭代方案

教師為學生提供多種學習資源，如常見智慧農場結構圖、常見控制系統的硬件結構、工作原理和算法設計、生活中常見傳感器作用與使用場景、科學工程方面的AI智能體等，支持學生持續自主探究，對有需要的小組單獨指導。

各小組借助教師提供的學習資源解決組間交流時產生的疑惑，在小組組員的思維碰撞中逐步完善設計方案。

學生借助教師提供的各類學習支架開展自主爬坡的探究，既可以避免斷崖式學習障礙，充分實現自我效能的展示，也可以隨著設計方案的不斷完善實現思維進階。

（三）制作模型，驗證方案科學可行

1.按圖施工，搭建模型

引導學生按照設計圖紙規劃出具體的搭建順序。首先完成農場外觀的搭建，其次根據需要安裝其他硬件（電源、水管等）并完成布線，最后按照設計圖安裝常見傳感器。

2.測試修改，驗證方案

教師提供常見程序，引導學生根據實際修改閾值、導入模塊。學生根據具體植物，將查閱到的資料與實際環境中采集到的數據進行對比分析，確定溫度、光照等常見傳感器閾值大致范圍。在理解該算法的基礎上修改現有程序閾值，分模塊反復實踐，確定各智能模塊的有效性和穩定性。

自動控制系統的搭建和傳感器閾值的確定是本環節的難點。通過搭建前討論搭建順序、測試前獲取真實環境數據、技術與工程實踐同農業知識結合的實踐，加強學生工程思維。

（四）成果展示

1.循環問診，測試迭代

教師組織各組開展循環問診，對有困難的小組單獨指導。各組派一名學生作為本組產品講解員，給前來參觀的同學講解并及時記錄建議。其余組員手持評價表，依次參觀其他組產品并給予合理建議。循環問診結束后，各組根據收集到的建議再次測試、優化產品模型。

2.展示交流，項目總結

組織學生以小組為單位依次上臺介紹產品。對有困難的小組提供“表達類支架”。各組圍繞“我們的模型解決了農場中哪些現有問題？如何解決的”介紹并演示農場模型。同時回顧整個項目過程，利用評價表進行自評。

展示交流環節可以提升學生的語言表達能力和批判性思維，循環問診方式可以讓平日不善言辭的學生更輕松地說出自己的想法，“表達類支架”讓學生有更大的信心和勇氣面對展示的舞臺，也能增強小組凝聚力。

（吳秋紅 作者單位系浙江省湖州市湖師附小教育集團）

《人民教育》2025年第17期