摘要：随着人工智能技术的不断发展，传统教学资源在内容设计和更新速度上已经不能适应教学需求。STEAM教育的发展和数字化教学手段的运用已经深入影响教学资源的改革。本文结合STEAM教育需要和教学资源开发经验探寻如何开发人工智能时代STEAM教育教学资源，以便更好地服务于教学。

　　关键词：人工智能；STEAM教育；STEAM教材；信息化教学

　　随着人工智能时代的到来，人们越来越多运用数字化工具、平台和资源开展工作、生活和学习。在教育过程中，人工智能技术的发展让教师的教学转向多媒体，而且教学方法和手段得到较大幅度的改善。学生获得知识的途径已经大大拓宽，传统的教材已经不是学生获得知识的唯一渠道。人工智能技术的基础是计算思维与编程能力，STEAM教育是提升两项能力的重要途径。人工智能已经深入影响教育发展，同时也为教学实践带来了巨大的机遇。在技术发展的推动下，开发人工智能时代的STEAM教材，是一个迫切要解决的课题。

　　一、STEAM教育特点及教学资源开发特点

　　1.STEAM教育的特点

　　STEAM教育是目前教育发展的一个重要方向，这一教育方式有别于传统的学科教育方式，是在学科间建立多个联系的桥梁，为学生提供认识、发现与探索的视角，让学生能够参与并体验科学发现的过程，是一种与传统学科教育思想不同的新型教育理念，STEAM教育理念强调学科知识来源于现实世界，并可用于解决现实世界中的问题。通过鼓励学生展开动手实践活动，并在此过程中探索并发现各种学科知识，同时使学生探索和解决问题能力得到提高。STEAM教育具有如下4个特点。

　　（1）体现多学科课程的融合。STEAM教育以多学科为背景，主要培养学生面对复杂的现实问题和纷繁复杂的现象中寻找问题本质的能力，并让学生在探究中获得相关的知识，这就必将融合多学科的内容。传统单一学科教材因学科的局限和相对封闭性不适合这一动态复杂的研究、学习过程。在教育发展中许多专家学者已经发现，多学科融合教育才是了解自然的有效手段，也是科学发展和探究的过程。

　　（2）STEAM课程传授内容的变化。STEAM课程在教学时以研究活动带动学生参与和学习，以学生为主体，这点与传统学科教育课程中教师为主体不同。STEAM教育更加关注学生在实践过程中的学习、理解和运用过程，而且STEAM教育活动通过设计出与任务解决相关联的一系列学习和实践活动，使学生经历有目的、有意义、能解决实际问题的学习过程，因此在实施教学过程中可以设置以下环节：进入情境与提出问题；根据问题由各学科教师分别教授各自学科的相关知识，让学生掌握科学的方法；学生分组合作实施。

　　STEAM课程传授内容的形式变为学生作为主体，在实践中体会和收获，提出问题并解决问题，这样的传授结果是注重学生探索新方法、启发新思考和团队合作与沟通，以影响学生的综合发展。

　　（3）促进项目式学习方式的运用。项目式学习是STEAM课程设计的一个主要模式和主要特点，这也是学生探究活动的要求和特点。杜威曾经指出：“知识的获得不是个体旁观的过程，而是探究的过程，知识不是存在于旁观者的被动理解中，而是表现为主体对不确定情境的积极反应”。这种“探究”模式既可以是科学家的科学研究模式，也可以是学校教育中的教学模式和学习模式。项目式学习可以使学生学习知识的同时学会合作、分工、分享、交流，具备团队意识和竞争意识，是学生全面发展的重要学习手段。

　　（4）采用开放性课程。项目式学习较之传统的教学方式更接近科学研究的过程。在传统教学中，实验课程需要由教师设计实验结构、步骤、以及需要采集的数据，学生只要按步骤进行数据的采集就可以了。在这一教与学的过程中，学生只是知识获得的旁观者。在STEAM教育课程项目中，学生需要自己设计数据采集需求和方式，自己设计搭建实验装置，自己设计实验过程。在项目实施过程中，不仅所涉及的学科知识具有多学科的开放性，而且所研究的内容与结论也可以是开放性的。国外已有学科教材采用开放的方式更新和吸纳学科融合知识，提供了更多的综合学习机会。

　　2.STEAM教育教学资源开发特点

　　（1）搭建跨领域跨学科的专家开发团队。不同学科的专家从自己的学科教学要求出发，对教学资源内容的设计进行研讨和建议。不同领域的专家从科技竞赛、校内外结合、科普基地建设和研学旅行等角度进行实践解读并提出要求和建议。在教学资源内容设计研讨时，要考虑到对同一年级段学生不同学科知识能力的要求和该学龄段学生的学习能力和学习特点。最终实现教学资源开发团队跨学科、内容设计跨学科、呈现手段跨学科。教学资源既能呈现多学科融合的知识资源还要提供校内外结合的实践手段和教具场馆等硬件资源。

　　（2）STEAM教育教材应体现综合能力培养。STEAM教育教材在开发设计中要抛开学科的意识，抛开传统的理论知识型教材布局，针对不同年级的学生设计综合性项目。在STEAM教育教材开发时，要根据作者的专业背景和教学经验突出某个学科，同时综合其他学科进行内容设计，项目课题不仅要综合考虑该学龄段学生的知识难度、接受能力、教学要求和课时要求，而且要在项目流程设计中设置能提升学生沟通能力、合作能力和创新能力的栏目。既考虑到学科知识的学习和运用，也考虑到了学生综合能力的运用和培养，这对策划编辑和作者都提出了更高的要求。

　　（3）按照项目实施过程策划教材版块。针对项目式学习方式的STEAM教材应该超越传统的板块和内容设计，强调项目引入和知识融入，在教材设计中弱化理论和概念，以项目划分章节，将知识点和能力要求贯穿在项目的完成过程中进行讲述，从而为读者提供项目教学和项目式学习经验。例如：在教材版块设计中结合STEAM课程传授方式，按照综合项目的实施过程设计，设置“情境导入”“问题提出”“知识导航”“实施过程”版块。

　　二、人工智能技术发展对教学资源的影响

　　传统意义上的教学资源是指教师组织教学的资源。由于区域地理、经济文化背景、以及学校学情、教师教学方式、硬件设施的差异，教师需要对教学资源进行加工、整合，才能成为适合自己学生的教材。同时由于传统的以教材为主的学学资源开发方式滞后于技术的发展，教学资源的更新迭代跟不上教学的需要。

　　人工智能技术为教育的改革与实践提供了重要的支持，以往一些教育思想在人工智能的环境下得以验证。并且随着网络的出现和发展，发现了更多可研究的课题。随着人工智能的出现和发展，一种全新的学习模式也应运而生，它的出现不仅仅是学习模式的变革，而且会对学生的全面发展产生重要的影响。在结合智能产品进行教学时，智能产品只有经过教师地合理整合才会成为有效、有益的教学资源。未来的教育过程中，教师更多应该作为一名指导者和学生成长的设计者，而不仅是知识的传播者。信息来源的拓展，也让课堂组织成为了一个新的课题，如何在这一新的教育背景下发现并开发每一个学生的潜能，通过活动与课程开发学生的协作、沟通、交流能力是STEAM教师和教材开发编辑需要深入研究的内容。

　　1.伴随人工智能技术发展的教学资源开发趋势

  　机器人与人工智能的结合是未来教育变革的契机。研究人工智能与未来教育发展将带来教育方式与教育内容的巨大变革，同时提供了个性化学习、学习定制、研究性学习、教育创新以及综合素质提升等诸多问题的解决方案，对于教育公平、社会发展都将具有重要的意义。在学习可以被定制的时代，教学资源开发应该设置互动功能、可更新资源和综合评价模块等，以适应个性化学习和信息更新的需求。

　　人工智能的出现为教育实践带来了巨大的机遇，在信息技术发展的推动下，人们有了更加丰富的实验方式和学习方式，在实施STEAM教育的过程中，由于课程的特点，实施、评价的方式都有异于传统的教学过程，因此课程的进程也是教材发展的过程。随着人工智能的出现，全新的个性化、信息化学习模式应运而生，它的出现不仅是学习模式的变革，而且会对教学资源的发展有重要的影响。

　　2.融媒体STEAM教学资源开发思路

　　传统的以教材为主的教学资源仅有文字与图片，随着人工智能技术的发展，陆续出现了光盘、视频和多媒体等教育而资源，随着网络技术的发展，又推出了流媒体、VR体验等教学资源。通过在教材上放置二维码，学生就可以获得多种信息来源和体验方式，这些都可以作为教学资源进行拓展。目前已有越来越多的教学平台和教材实现了多媒体化，它们不但包含文字和图形，还能呈现声音、动画、图像、视频以及模拟的三维景象甚至可以实现互动交互，无论教育者和学习者都可以方便地享用这些资源。同时，融媒体教学资源资源可以随时更新，解决了传统教学资源更新速度赶不上教学需求的问题。人工智能时代的教学和教材以学生为中心，学生可以自主学习，根据自己的学习起点、兴趣、经验、优势等选择适合自己的课程和进度。教学活动可以在很大程度上脱离物理空间时间的限制，呈现虚拟化的教学环境。在倡导学生主动参与、乐于探究的同时，教师为学生提供可参与的、可探究的技术支持型学习环境。

　　三、出版社STEAM教育教学资源开发案例

　　伴随STEAM教育的发展，全新的教学方式必然会带来教育出版单位的变革。笔者长期关注此领域的发展，联合全国几大省市的优秀中小学教师、科技场馆专家、教育培训机构专家等，在特色课程的基础上，陆续开发了《青少年科技创新丛书》《创客教育丛书》《STEM教育丛书》《科普教育能力提升丛书》等系列教材和教学资源，相对应的STEAM课程成为深受学生喜爱的课程。

　　1.跨学科跨领域作者团队和项目式内容设计

　　在教学资源框架搭建阶段，先进行中小学各年级各学科的教学要求、教学目标，以及综合实践课程、社团和校外科技馆、科技教育培训机构等的政策解读和实施调研。在此基础上初步确定本教学资源的主题方向为以信息技术课程为主导，结合机器人竞赛、信息技术竞赛和无人机竞赛等，以及融合其他学科的综合内容。在寻找开发团队时，以获得创新竞赛和信息技术竞赛奖项的优秀指导教师为主，并要求每个教学资源模块的主导者在团队中吸纳多学科专家和企业培训专家、科技场馆专家参与。

　　在教学资源内容设定中，本着“实践出兴趣、实践出真知、实践出才干”的理念，以实践项目贯穿整个教学资源，目的是提升信息科学技术在我国基础教育阶段的教育教学水平和地位，引发我国青少年对信息技术等相关科学的兴趣，并打下坚实的信息技术基础，以适应人工智能时代的新型学习方式。教学资源在项目模块下统一设置“实现原理、硬件准备、搭建程序、实际应用、评价反思”板块。分别对应STEAM教育教学中的理论知识基础、硬件教具、实施过程和教学评价环节。本教学资源第一阶段以立体化教材的形式呈现，既可以作为STEAM教育和信息技术教师的教学指导书，也可作为指导学生参加各级各类信息技术竞赛或创新竞赛的指导书。

　　2.以教材为例呈现教学资源融媒体手段运用

　　在系列教材开发过程中，教材的呈现形式一改传统的单一文字形式而是，配以多种融媒体资源结合使用。例如，PPT、教案、教学建议、学生手册、操作视频（如图1所示）、课程说明、模型搭建效果等内容在教材均以二维码的形式呈现，教师在备课时扫描书中的PPT和教案二维码即可下载，然后结合自己的教学特点和学生特点及学校硬件配置情况加以重新编辑。同时，学生手册和操作视频可以由学生扫描二维码观看学习（如图2所示），再结合自己的认知和教师的指导进行课题项目的改编和深度思考。

图1 教材融媒体资源展示  图2 扫描二维码观看教学视频

　　教学资源内容的运用也支持了教材的推广。本系列教材出版后，深受全国各地中小学师生的喜爱和好评，笔者收到了大量的读者反馈。读者的反馈在促进教材销售的同时，也督促了教学资源开发团队不断地更新教学资源，保证了教材的时效性。在2020年心冠疫情防控期间，由于教材内容丰富、资源全面且适合网络使用，被多省市教育委员会和科学技术协会选做网络课程。

　　结语：

　　人工智能时代的STEAM教育教学资源不仅注重实践教学的作用和多学科融合，同时将人工智能和信息化教学作为一个探究学习的工具，做到了以学生为主体，同时保持了教学资源的时效性与开放性。笔者在十年的相关教材和教学资源策划开发中不断探索，让教师不仅会教学，更能引发学生思考和培养学生解决问题的能力；让学生不仅获得知识，更能引发思考和创新意识。人工智能时代的STEAM教育教学资源应该放眼未来教育，同步科技发展，迎合教育对象，同时做到与时俱进、不断更新迭代。

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