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  每到科技社团活动时间,宁夏回族自治区吴忠市盐池县第一小学仅有的一套机甲大师机器人就很抢手。在机器人教练的指导下,十几名小学生排队轮流给机甲大师机器人设计运行程序,操控它启动行驶、识别线路、发射“弹丸”进攻。遗憾的是,至今没有第二台设备可供对战。一些学生外出参赛,缺乏随机应变的博弈经验。

  根据义务教育阶段课程设置,这所小学既面向6个年级开设每周两个课时的小学科学课,也为3-6年级学生开设相同课时的信息科技课,目前共配有5名专兼职信息科技课教师。

  今年30岁的孙金涛是其中之一,6年前毕业于一所师范院校教育技术学专业。对于学校近几年逐步配备的无人驾驶机车、机器人、3D打印机等教具,他先自学、再教给学生。

  他告诉中青报·中青网记者,同龄人中学编程和人工智能技术,并以此为业的“程序员”并不多,听说那是要苦学多年才能掌握的技能。“现在,这些基础知识被纳入信息科技课内容,说明中小学科学教育顺应时代发展。”

  今年5月29日,教育部等18个部门发布《关于加强新时代中小学科学教育工作的意见》,要求为薄弱地区、薄弱学校援建科学教育场所,提供设备、器材、图书、软件等,并探索利用人工智能、虚拟现实等技术手段改进和强化实验教学,弥补优质教育教学资源不足的状况。

  眼下,盐池县包括孙金涛在内的一批科学教育的教师,正努力保护着全县24所中小学近1.7万名学生的好奇心、想象力、探求欲,让有科学创新天赋的学生爱科学、学科学、用科学。

  课程内容落后、学生底子薄兴趣弱等问题成“拦路虎”

  按照教育部2022年4月发布的《义务教育课程方案和课程标准(2022年版)》,信息科技被明确为义务教育阶段必修新科目。去年秋季学期开学,孙金涛给三年级学生上第一节信息科技课时,很多小学生会好奇地摸一摸显示器、键盘、鼠标。当他提起互联网科技应用时,学生们首先想到的是家长手机里的短视频平台,“几乎人人都会刷、会拍、会发短视频。”

  对于电脑打字这一项内容,孙金涛原本的教学安排是3个课时,但在实践中,考虑到很多学生之前没摸过电脑,就不得不延长两个课时组织学生上机练习。“这样一来,信息科技课涉及的网络、信息处理、信息安全及人工智能知识,就被挤占了课时。”他说。

  孙金涛提到的这一情况,盐池四中科普辅导员张玲玲亦有同感。距离盐池一小60公里的盐池四中位于大水坑镇。因教学场地和经费有限,学校将科技楼二楼楼道开辟为科技馆。每周二四下午开展科普社团活动时,中学生能通过“手眼协调”“窥视无穷”“哪个跑得快”等展项,感受电磁学、声学、光学、电学的应用原理。

  今年41岁的张玲玲毕业于宁夏大学物理学专业,近3年来负责科普教育工作,给学生教信息科技基础知识,也为参加科技创新大赛的学生作指导。

  张玲玲带的中学生,多数来自大水坑镇的农村家庭。在这座位于陕甘宁三省交界区的小镇,很多中学生从小就熟悉农业农时农事,但并不常见到刷脸支付终端、自动配送餐车等人工智能应用场景。

  起初,她给信息科技课设定的教学思路是以科学知识为基础,开展小实验、小制作,给学生演示过自制电磁铁、“法老之蛇”等科学实验,也口述一些偶发自然现象的成因和智能设备的使用方法。

  张玲玲发现,对于互联网应用,个别中学生还沉迷在虚拟游戏世界带来的精神刺激中。出了校园,学生很少关心科技,普遍把信息科学课当成副课。提到人工智能,很多学生感到陌生。

  新学期开学撰写信息科技课教学计划时,张玲玲很想精教细讲人工智能、VR、编程等前沿科技知识,相关课时分配得很充足。无奈学生的计算机知识底子差,她只得将很多课时用于教打字、制作表格、处理文本和图片。对前沿科技知识的教学效果,达不到理想状态。

  此外,科学教育经费问题正困扰着这所乡镇中学。盐池四中目前开展信息科技课的相关设备费用,源于中国科技馆发展基金会提供的援建经费和为期两年的资金支持。

  “经费有限,学校目前订购的VR课程不多,已购买的课程还有后期维护费。”张玲玲说,另外,尽管学校学生多来自农村家庭,但对智慧教室的智慧农业设施兴趣并不高,“设备摆在那儿,少有学生问津。”

  而在位于城乡接合部的盐池三中,因科学教育师资力量不足,目前开设的仍是新课改前的信息技术课。

  今年27岁的盐池三中专职信息技术课教师李亮观察到,过去需要电脑操作的办公软件应用、图片处理等技能,现在的中学生用智能手机就能完成。“信息技术课上讲这些内容时,有学生觉得陈旧乏味、兴趣不高。”他说。

  从美图、网游等切入带领学生走近智能科技广阔世界

  闫路安在2019年第一次接触到编程。当时他在盐池一小上六年级,指导老师是孙金涛。孙金涛教的是图形化编程,例如,组合不同功能模块的编程指令,实现动画、游戏功能,“学校用的是积木式编程软件,少年儿童更容易接受。”

  给闫路安的班级上课时,孙金涛出过一道题——在一个编程平台上为传感器搭建程序。那时,闫路安独立完成了“添加颜色传感器和位移传感器”两项任务,还找准传感器的安装位置,并尝试设置出参数。他觉得,编程操作就像拼图,“是用数学思维有逻辑地预设步骤”。

  在孙金涛的鼓励下,闫路安2019年年底加入学校机甲大师机器人训练队。这支队伍的训练目标是通过程序编写练习,让机器人和机器车自动运行起来。起初因为编写错误,闫路安的测试设备经常失控。靠着数百次的调试练习,他在2020年宁夏学生信息素养提升实践活动中获团队第二名。

  现在,闫路安已是盐池一中机甲大师训练队队长。这两年,吴忠市或盐池县举办青少年机器人比赛时,孙金涛经常能看到闫路安在参赛席忙着调试设备。

  在孙金涛的学习和教学经验中,青少年的好奇心、想象力、探究欲需要被激发。“信息科技课教师有责任尽力为更多学生打开一扇科技‘大门’。”他说。

  在盐池四中,为了提高信息科技科课堂抬头率、师生互动率,在盐池县科技协会和县教体局的指导下,张玲玲组织学生观看天宫课堂直播、防震科普直播,也依托两间微机教室和1间VR教室授课。

  在信息科技课上,张玲玲引导中学生戴上VR眼镜、跟随座椅的转动,体验虚拟火灾的危险场景与救援逃生技能,操作虚拟体验系统。学生们好奇地伸出手、转动身体。当她看到一些女生用手机自拍,并尝试美颜、换装、换背景等功能时,张玲玲会告诉她们,这就是人工智能技术在现实生活中的应用。

  一些爱打网游的中学生根据遥控器指令,在操控无人机移动、避障、返回后,逐渐认识到了互联网科技还有更广阔的用途。

  14岁的八年级学生张景桦第一次参加无人机比赛培训、第一次学习建模型、第一次接触函数……看着自己通过编程“训练”的无人机跑出了不错的成绩,他说:“自己很有成就感”,还加入了校赛队,并成为主力队员。

  张玲玲发现,因为信息科技课,张景桦的在校学习变化很大——过去遇到难题会下意识绕开,现在学会先思考、愿意反复试错。

  近两年,在张玲玲与同事姜蕊的指导下,盐池四中学生频繁在市里、县里的科技比赛中崭露头角,有4人在吴忠市第八届机器人编程比赛上获奖,还有12人在全县第三届机器人智能比赛中获奖,4人在创意编程冬季运动会上获奖。

  努力把前沿科技带到身边来,让农村学生跟上城市同龄人的眼界和步伐

  “学生获得的荣誉就是科普辅导员教学成果的直观体现,不断激励着教师的教学积极性”。在张玲玲看来,义务教育阶段的信息科技教育实验操作性强,是师生共同学习、一起成长的过程。科普辅导员要以生为本、因材施教,合理设计教学环节,积极优化教案,“教学效果好了,教师的积极性不会差。另外,需要学生、家长、学校、社会都重视。”

  “科学教育不是简单的‘科学’+‘教育’。”在张玲玲看来,VR眼镜、无人机、机器人代表着当下社会的先进技术。培养中学生接触编程、人工智能知识的好处,是通过逐步引导他们学会提出问题、假设、实践探究、解决问题,减少科技发展给农村学生带来的焦虑感,帮助他们更好地适应未来的智能社会。

  “以编程为例,小学阶段的教学内容简单浅显,通俗地讲,就是教学生学会输入编程、让人形机器人动起来、再完成设计好的巡线任务,并非将每个学生都培养成程序员。”孙金涛谈到,给小学生教编程,实际上是一种以编程为教具的数理逻辑训练。目前,很多学生会解数学题,但数学逻辑思维薄弱,不太会用灵活的数学思维方式解决问题,举一反三能力不强,“教编程时,通常是教师教一步、学生操作一步。”

  “提高中小学生科学素养,是一项系统工程。”孙金涛经常思考如何在教育“双减”中,真正培养起小学生对科学的学习兴趣。他认为,信息科技教师要创新科普手段、激活善用现有的教具资源等,紧紧抓住宝贵的课堂时间,尽可能把专业的甚至有点枯燥的信息科技术语,转化成游戏、实践操作,为学生增加科学探究实践机会,给学生留足动手操作时间,努力保护好他们的好奇心、想象力、探求欲。

  “信息科技课和初中物理、化学、生物课都有紧密联系。”李亮说,在西北欠发达县域,中学生也渴望了解元宇宙、碳中和、合成生物、脑科学、机器人、ChatGPT等前沿科技知识,对场景式、体验式、沉浸式科学知识学习抱有很高期待。

  “他们需要比父母拥有更多的知识和眼界,才能适应未来的社会,跟上城市同龄人的眼界和步伐。”李亮希望教育主管部门与科技部门结合科学教育工作和教师专业发展需求,帮助中小学科学教师提高跨学科综合科学素养和科学教育教学能力。同时,科学教师要尊重学生的兴趣爱好,了解国内外科技前沿发展动态,提升科学教育教学活动的设计与实施水平。

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作者 绿色经济网

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