张莹
绍兴市越城区斗门街道中心小学
【摘要】深度学习强调学习者深度理解，用高阶思维创新性学习。STEM教育旨在培养能适应未来生活和工作的拥有探究创新批判等思维能力的人才。两者培养人的目标是一致的，培养人的过程亦可以融合。本文是以学生参加ITECH科技挑战赛为例，初步探索基于深度学习的小学STEM教育。
【关键词】STEM教育 深度学习 小学 实践
一、基于深度学习的小学STEM教育实践依据
2016年，我国教育部将跨学科学习写入《教育信息化“十三五”规划》。规划明确指出有条件的地区要积极探索信息技术在“众创空间”、跨学科学习、创客教育等新的教育模式中的应用，着力提升学生的信息素养、创新意识和创新能力，养成数字化学习习惯，促进学生的全面发展，发挥信息化面向未来培养高素质人才的支撑引领作用。2018年《中国STEM教育2029创新行动计划》正式发布，计划明确提出要完善各教育阶段STEM人才培养计划，其中针对中小学生，要注意培养他们的对STEM学习的兴趣。[1]
深度学习，原是机器学习领域下的概念，指的是机器模仿人的深度结构学习或多层级学习。1976年，美国学者马顿(Marton, F.)和萨尔约(Saljo，R.)在《论学习的本质区别：结果和过程》一文中提出了“深层学习 (Deep Learning) ”与“表层学习 (Surface Learning) ”概念，这被认为是教育学领域首次明确提出的“深度学习”。它强调的是学习者深度理解，创新性的学习过程，涉及到高阶思维。[2]
STEM教育理念和深度学习理论对培养人的目标是一致的，对培养人的过程是可以融合的。现小学阶段的教育，多侧重的是记忆、理解等浅层学习，因此可以利用深度学习理论来指导开展STEM教育，培养能应用会分析多创造的学生。
二、基于深度学习的小学STEM教育实践操作
休利特基金会（WFHF）提出的深度学习六大能力，包括掌握学科核心内容、批判性思维与复杂问题解决、协作能力、有效沟通、学会学习和学术心志。[3]每个学生都能在参与STEM项目的过程中或多或少，或深或浅地锻炼到这些能力中的其中几种。
1.以参加比赛为契机，激发学生深度兴趣
STEM教育的一大特点是要为学生提供真实情境，由真实情境刺激学生主动参与学习活动。这个真实情境包括社会大环境和教师创造的小情境。学校、家庭、社会等多个层面已逐步在共同创造一个良好的氛围，无论是学校还是家庭社会，越来越重视STEM教育，重视编程教学。在良好的大环境下，教师可以顺利地组织学生参加教育局、科协主办的机器人竞赛活动，在校内招募一批有志向的孩子，通过初阶班，高阶班，竞赛班的梯度建设，通过设置不同的小情境，以组内赛，班内赛，选拔赛等形式，开展STEM教育普及和人才选拔工作，激发学生兴趣及好奇心，推动学生内驱力，从而深度投入到学习中来。
2.以项目训练为方式，引导学生深度学习
以参与2021年绍兴市ITECH科技挑战赛为例（图1）[4]，项目训练的内容可以分为熟悉比赛规则，搭建任务模型，搭建小车，搭建完成任务的机构，小车巡线，到达任务点完成指定任务，队友配合等。其中，学生熟悉比赛规则，按照要求搭建模型和小车都是属于辨认、记忆类的表层学习，而巡线、完成任务、队友之间的配合，这些就涉及到深度学习。学生需要根据碰到的问题，在头脑中搜索已有知识经验，将新旧知识联系起来，将各学科知识融合进去，多角度多方式地解决问题。
情境一：小车通过巡线到达任务点，已经设置好速度和时间参数，却离任务点还有一段距离，那么是提高速度，还是加长时间？这就要用到数学上的路程公式S=VT，小学低段学生没有学习过这个数学知识点，需要在应用中将新知识理解透彻，小学高段学生已经学过这个公式，那就要学会将数学知识应用到实际解决问题中来。单单这一个简单项目的训练，就考察了学生的知识体系和知识的迁移能力。
图1 2021年ITECH科技挑战赛地图
情境二：两位学生共用一台小车完成9项任务，这些任务的位置又是可变的，要争取在180秒的比赛时间内获得尽量高的分值，策略安排任务分配该如何做？（表1）两位队员要根据自身的实力情况，自行协商分配9个任务，再根据9个任务的位置规划小车行走的路径，然后决定完成任务的先后顺序。如果实际能力不允许，还要决定放弃哪个任务，保证哪些任务的得分。
这整个过程对于小学生来说并不简单，需要学生发挥良好的协作能力，与队友有效和谐地沟通，甚至牺牲自我利益发挥团队精神，学会运用批判的创造的高阶思维来最终产生最优比赛方案。
表1 分配任务及安排行走路径情况表
序号 任务名称 任务初始状态完成状态 任务位置 学生A 学生B 任务顺序
1 拦截木马病毒 可变位置七到十三 √ 第一趟
2 隔离木马病毒 可变位置七到十三 √ 第二趟
3 网络防火墙 可变位置七到十三 √ 第三趟
4 组建网络安全防火墙 可变位置七到十三 √ 第四趟
5 网络安全报警 警报器响 可变位置七到十三 √ 第三趟
6 安全扫描 可变位置一到六 √ 第一趟
7 网络安全门 固定位置 √ 第一趟
8 网络信息维护 可变位置一到六 √ 第三趟、第四趟
9 防网络诈骗知识宣传 可变位置一到六 √ 第一趟
3.以比赛结果为动力，促进学生深度反思
无论是训练赛、选拔赛，还是正式比赛，每次的比赛结果都能折射出一个学生近期的学习状态，甚至能涉及到一个学生的管理时间能力，学习方式优劣、心理承受能力等方面。因此比赛结束并不意味着学习结束，比赛结果优劣并不十分重要，更重要的是要帮助学生去反思，反思认知，反思人际能力，反思自我价值。反思认知，即总结在参赛过程中学到的学科知识，训练到的思维能力和收获的创新能力。反思人际能力，即罗列哪些行为对团队合作共同进步有帮助，又有哪些沟通方式心理状态是反向的无益的。反思自我价值，即有否对学习精神、科学精神的进一步升华。只有不断深度反思，才能帮助学生在一次次的参与中有所进步有所完善。
三、基于深度学习的小学STEM教育实践反思
《中国STEM教育白皮书》明确指出“STEM教育有助于培养学生的科学探究能力、创新意识、批判性思维、信息技术能力等未来社会必备的技能和创新能力，并有可能在学习者的未来生活和工作中持续发挥作用。”发展STEM教育已经成为国家战略。处于小学阶段的学生参与STEM教育，并不是赶潮流，也不仅仅是完成一个个项目，而是要真正参与其中，在过程中学会深度学习，实现跨学科综合应用和批判性思维等高阶思维的启蒙，为下一学段的学习打基础。2017年以来，笔者指导金宬、曾子妍、杨可等学生多次参加省市机器人竞赛，获得一二三等奖，也有一大批学生参与了基于深度学习的STEM教育实践，正在或已完成小学阶段STEM教育的启蒙。
【参考文献】
1.中国教育科学研究院.中国STEM教育白皮书[EB/OL].http://www.ict.edu.
cn/uploadfile/2018/0507/20180507033914363.pdf,2017-06-20.
2.伍红林.论指向深度学习的深度教学变革.教育科学研究 2019.1.10
3.张辉蓉,唐佳欣,杨淏璇.基于深度学习的中小学生STEAM学习质量评价指标体系构建 中国电化教育，2021.1 总第408期
4.绍兴市科技馆.2021ITECH科技挑战赛竞赛规则. http://www.sxkjg.net/