一節(jié)有趣的STEM課

徐雪梅

[摘? ?要]對(duì)于什么是STEM，如何開(kāi)設(shè)STEM課，不同的地區(qū)、不同的學(xué)校、不同的學(xué)生、不同的器材都會(huì)生出不一樣的教法。適合學(xué)情的STEM課程就是最好的課程。以“會(huì)說(shuō)話(huà)的溫度計(jì)”為主題的STEM課經(jīng)歷了由產(chǎn)生到生成再到升華的過(guò)程。

[關(guān)鍵詞]STEM;物聯(lián)網(wǎng);傳感器

什么是STEM？筆者曾經(jīng)聽(tīng)了很多講座，其中印象最深刻的是顧建軍教授在江蘇省首屆STEM教育大會(huì)上作的題為“STEM教育的價(jià)值取向及教育體系建設(shè)”的報(bào)告。他舉了一個(gè)簡(jiǎn)單的生活案例，將食材“蘿卜、肉、調(diào)料”各自烹飪，會(huì)做出“蘿卜燒蘿卜”“肉燒肉”“調(diào)料燒調(diào)料” 三道菜;將這三種食材按照烹飪過(guò)程融合到一起進(jìn)行加工，會(huì)烹飪出色香味俱全的“蘿卜紅燒肉”。這個(gè)生動(dòng)的舉例，讓筆者突然頓悟了：所謂的STEM就是將多學(xué)科知識(shí)進(jìn)行有機(jī)融合，解決生活的實(shí)際問(wèn)題。那么學(xué)校要如何就地取材，教師應(yīng)怎樣恰當(dāng)引領(lǐng)，才能使學(xué)生燒出一盆色香味俱全的STEM大餐呢？在此，以“會(huì)說(shuō)話(huà)的溫度計(jì)”一課為例加以說(shuō)明。

一、圍繞主題，前期準(zhǔn)備

一是“烹飪環(huán)境”。即準(zhǔn)備好開(kāi)展STEM活動(dòng)的環(huán)境。“會(huì)說(shuō)話(huà)的溫度計(jì)”一課在比特教室中進(jìn)行。該教室中有3D造型積木，包括正方形、長(zhǎng)方形、扇形、三角形、圓形、小直角、鈍角、長(zhǎng)鉚釘、短鉚釘、螺絲釘?shù)热舾蓚€(gè)，運(yùn)用這些積木可以搭建自己想要的造型。還有Level編程套件，包含主控模塊、光敏傳感器、溫度傳感器、語(yǔ)音播放模塊、喇叭、短路帽、配套的導(dǎo)線(xiàn)及其他傳感器等，將這些電子元器件用導(dǎo)線(xiàn)合理連接可實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能，與3D造型積木相結(jié)合搭建出各種不同的作品。為了實(shí)現(xiàn)電路的正常運(yùn)行，要準(zhǔn)備3節(jié)1.5伏的干電池。

二是“烹飪大廚”。即在知識(shí)技能方面已有所準(zhǔn)備的五年級(jí)學(xué)生。他們已經(jīng)具備了關(guān)于電路連接的基本常識(shí)，認(rèn)識(shí)電池的兩極，能正確安裝電池并連接到主控模塊，實(shí)現(xiàn)對(duì)電路的供電;他們已了解主控模塊上輸入端口與輸出端口的功能，能根據(jù)自己作品要實(shí)現(xiàn)的功能合理設(shè)計(jì)造型。

三是“烹飪主題”。即確定一節(jié)STEM課的主題。本課的主題是“會(huì)說(shuō)話(huà)的溫度計(jì)”。

二、圍繞主題，開(kāi)展教學(xué)

一是“烹飪情境”。即描述問(wèn)題情境。2018年5月16日，江蘇省淮安市洪澤區(qū)天氣預(yù)報(bào)顯示23～34攝氏度，局部有大到暴雨，天氣不正常，突然暴熱。當(dāng)天上午驕陽(yáng)普照，空氣中彌漫著高溫，氣壓有點(diǎn)低，下午兩點(diǎn)刮起了大風(fēng)，暴風(fēng)雨要來(lái)的節(jié)奏，天變得有點(diǎn)暗。

二是“烹飪項(xiàng)目”。即提出任務(wù)。教師用課件呈現(xiàn)了天氣情況的情境，請(qǐng)學(xué)生們運(yùn)用所學(xué)知識(shí)設(shè)計(jì)一款能夠測(cè)量并播報(bào)出周邊環(huán)境溫度的作品，要求所設(shè)計(jì)的作品要能表達(dá)設(shè)計(jì)的目的。

三是“烹飪小組”。即分組。每四人一組。有的組四個(gè)男生，有的組四個(gè)女生，有的組男女生混合，教師根據(jù)學(xué)生情況互補(bǔ)分組。

四是“挑選食材”。教師要引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)主題挑選所需要的電子器件。對(duì)于“會(huì)說(shuō)話(huà)的溫度計(jì)”主題，首先要有能測(cè)量溫度的東西。學(xué)生找到熱敏傳感器，教師可播放相關(guān)課件幫助學(xué)生了解傳感器的功能，知道它們常用在火警報(bào)警器、水溫調(diào)節(jié)裝置和空調(diào)上;接著讓學(xué)生思考怎樣才能“會(huì)說(shuō)話(huà)”，學(xué)生想到了喇叭;喇叭要想發(fā)出聲音需要和誰(shuí)組裝在一起呢？學(xué)生又找到了語(yǔ)音播放模塊，以及一系列主要元件、主控模塊和電池盒;除了主要“食材”，還要選“配料”，那就是連接各元件的導(dǎo)線(xiàn)。選好材料，接下來(lái)就是電路連接，會(huì)一帆風(fēng)順嗎？

五是“烹飪過(guò)程”。即實(shí)際制作的過(guò)程。每個(gè)小組將挑選好的器材根據(jù)設(shè)想連接好，但是可能會(huì)發(fā)現(xiàn)喇叭不發(fā)聲。這時(shí)學(xué)生開(kāi)始懷疑是不是喇叭壞了。為了消除學(xué)生的懷疑，教師將學(xué)生的喇叭連接到事先做好的電路上，證明喇叭正常，并且能播報(bào)室內(nèi)的溫度。教師還將電路連接圖呈現(xiàn)在大屏幕上，讓學(xué)生與自己組裝的電路進(jìn)行對(duì)比，自主發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。學(xué)生發(fā)現(xiàn)：教師的電路輸入接口安裝了人體感應(yīng)模塊。于是，學(xué)生開(kāi)始分析人體感應(yīng)模塊的功能：當(dāng)人經(jīng)過(guò)時(shí)，這個(gè)模塊接收到人體發(fā)射的紅外線(xiàn)，促發(fā)語(yǔ)音播放模塊將熱敏電阻測(cè)出的溫度值通過(guò)喇叭播報(bào)出來(lái)。教師順著學(xué)生的思維，引導(dǎo)他們從Level套件中尋找哪些模塊具備促發(fā)輸出的功能。有的學(xué)生說(shuō)是麥克風(fēng)模塊，有的說(shuō)是紅外探測(cè)模塊，還有的說(shuō)是光敏模塊……教師不公布答案，讓學(xué)生探究不同模塊的功能。課堂氣氛一下子活躍起來(lái)，學(xué)生開(kāi)始忙著調(diào)試電路，試驗(yàn)并實(shí)現(xiàn)需要的功能。

六是“裝飾外觀(guān)”。產(chǎn)品都需要包裝，要引導(dǎo)學(xué)生給自己的作品設(shè)計(jì)一個(gè)合理的外形，漂亮地呈現(xiàn)出來(lái)。各小組討論要搭建的造型，然后組內(nèi)分工，分別完成造型的一部分，最后再組裝起來(lái)。學(xué)生使用3D造型模塊搭建作品外形，于是出現(xiàn)了房子、車(chē)、花園、飛船、動(dòng)物等，再將之前連接好的電路安裝在造型上。

七是“美味佳肴”。這是展示環(huán)節(jié)。第一組的作品名叫“泉水叮咚”，用于測(cè)試溫泉山莊中泉水的溫度，以便管理員能夠及時(shí)監(jiān)控和調(diào)節(jié)水溫，使泡溫泉的人始終感到舒適。主要電子元器件是麥克風(fēng)模塊，當(dāng)外界聲音被麥克風(fēng)模塊收到時(shí)，將驅(qū)動(dòng)喇叭播報(bào)熱敏傳感器測(cè)出的泉水溫度。第二組的作品名叫“家”，用于監(jiān)測(cè)家中溫度，以便及時(shí)供暖。主要電子元器件是人體感應(yīng)模塊，當(dāng)它接收到人體發(fā)出的紅外線(xiàn)時(shí)，會(huì)驅(qū)動(dòng)喇叭播報(bào)熱敏傳感器測(cè)出的室內(nèi)溫度。第三組的作品名叫“校園氣象站”，用來(lái)測(cè)量校園溫度，以提醒同學(xué)們適時(shí)增減衣服。主要電子元器件是紅外探測(cè)模塊，當(dāng)其探測(cè)到環(huán)境中的紅外線(xiàn)時(shí)，將驅(qū)動(dòng)喇叭播報(bào)熱敏傳感器測(cè)出的校園環(huán)境溫度。第四組的作品名叫“美麗公園”，用來(lái)測(cè)量公園溫度，提醒人們注意防暑。主要電子元器件是光敏傳感器，當(dāng)其接收到外界強(qiáng)光時(shí)，將驅(qū)動(dòng)喇叭播報(bào)熱敏傳感器測(cè)出的公園里的氣溫。第五組的作品名叫“溫控蔬菜大棚”，用來(lái)測(cè)量蔬菜大棚的溫度，以便調(diào)節(jié)溫度促進(jìn)蔬菜生長(zhǎng)。主要電子元器件是開(kāi)關(guān)模塊，當(dāng)按鈕置于開(kāi)的狀態(tài)，將驅(qū)動(dòng)喇叭播報(bào)熱敏傳感器測(cè)出的大棚內(nèi)溫度。以上每一組的作品都與生活相關(guān)，學(xué)生們也進(jìn)一步感知了物聯(lián)網(wǎng)給生活帶來(lái)的便利。

三、圍繞主題，展開(kāi)演講

有時(shí)看似不起眼的作品，如果用語(yǔ)言創(chuàng)生出故事情境，就生動(dòng)起來(lái)了。教師引導(dǎo)學(xué)生圍繞作品主題進(jìn)行演講并不是一件容易的事，需要循序漸進(jìn)。一開(kāi)始，可讓學(xué)生圍繞“5W+1H”展示并演講。即要說(shuō)出：作品是誰(shuí)（who）做的;作品名字是什么（what）;為什么（Why）要這樣設(shè)計(jì)作品的外觀(guān)和功能;作品適合什么時(shí)候（When）使用;作品用在什么地方（Where）;展示并說(shuō)明如何使用（How）。

看似簡(jiǎn)單的幾句話(huà)，對(duì)于農(nóng)村的小學(xué)生也并不容易。一開(kāi)始學(xué)生很緊張，眼神躲閃，小臉通紅，不敢開(kāi)口。于是教師改用表格，讓學(xué)生填關(guān)鍵詞，再把填好的內(nèi)容逐句讀出來(lái)。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的鍛煉，學(xué)生就能大膽地表達(dá)了，現(xiàn)在已經(jīng)能充滿(mǎn)激情并流利地演講了。學(xué)生還利用課后手繪小報(bào)，將所學(xué)、所想的內(nèi)容記錄下來(lái)。因?yàn)橄矚g這些課程，學(xué)生說(shuō)話(huà)、寫(xiě)作、動(dòng)手、創(chuàng)作設(shè)計(jì)的能力都在不斷提升。

四、圍繞主題，總結(jié)提升

這一課并沒(méi)有在展示作品后結(jié)束。學(xué)生們意猶未盡，進(jìn)一步探究：能否用自制的會(huì)說(shuō)話(huà)的溫度計(jì)測(cè)量自己的體溫呢？人的體溫都一樣嗎？于是將熱敏傳感器夾在腋下、撰在手心、捂在額頭，發(fā)現(xiàn)手心溫度沒(méi)有腋下溫度高，不同的人體溫也不一樣。學(xué)生通過(guò)自己動(dòng)手實(shí)踐探究，發(fā)現(xiàn)了一個(gè)又一個(gè)不同的結(jié)果，感到很興奮。

突然，有一組學(xué)生將會(huì)說(shuō)話(huà)的溫度計(jì)伸到了窗外，發(fā)現(xiàn)室外溫度是33度，而室內(nèi)溫度是34度，室外溫度比室內(nèi)還低，這是為什么呢？教師沒(méi)有對(duì)此作出解釋?zhuān)亲寣W(xué)生們?nèi)ヌ骄吭颉＝處熥寣W(xué)生以小組為單位，到不同樓層的不同辦公室去測(cè)量溫度，并將溫度記錄下來(lái)。第一組學(xué)生出發(fā)了，過(guò)了一會(huì)兒都回來(lái)了，記錄員說(shuō)：“老師，一樓的溫度是30度，二樓的溫度是32度。”教師問(wèn)：“這組數(shù)據(jù)是你們進(jìn)到老師的辦公室測(cè)量出來(lái)的嗎？”第一組是四位男生，其中一位男生很靦腆地說(shuō)：“老師，我們沒(méi)有進(jìn)去，就在辦公室的門(mén)口測(cè)了一下。”教師追問(wèn)：“為什么沒(méi)進(jìn)去呢？”學(xué)生都低下頭不說(shuō)話(huà)了。于是教師又讓另外一組帶著任務(wù)出發(fā)。在出發(fā)前，先讓他們模擬了進(jìn)入教師辦公室的場(chǎng)景：先要喊報(bào)告，然后說(shuō)明自己的目的，完成任務(wù)之后要將測(cè)量結(jié)果告訴辦公室的老師。這樣也就糾正了前一組學(xué)生的問(wèn)題。學(xué)生帶著教師的叮囑再一次出發(fā)了，回來(lái)將測(cè)量的經(jīng)過(guò)告訴教師，這時(shí)就不像第一組學(xué)生那樣羞澀了。在這一環(huán)節(jié)，教師對(duì)活動(dòng)中生成的問(wèn)題給予了足夠的關(guān)注，借此機(jī)會(huì)引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步探究，幫助學(xué)生改進(jìn)方法，促進(jìn)學(xué)生與他人更好地溝通。

回到課堂，教師將共性問(wèn)題呈現(xiàn)在學(xué)生面前：我們?nèi)龢牵敇牵┙淌业臏囟仁?4度，二樓的室內(nèi)溫度是32度，一樓的室內(nèi)溫度是30度，而教室外面的溫度是33度，為什么會(huì)出現(xiàn)這樣一組不同的數(shù)據(jù)呢？所有學(xué)生都陷入了思考。一位學(xué)生說(shuō)：“老師，我們到一樓時(shí)，感到明顯比我們?nèi)龢且獩隹欤遣皇俏覀內(nèi)龢堑臉琼敍](méi)有遮擋，吸收的熱量多，而一樓因?yàn)橛卸恰⑷龢牵荛_(kāi)了好多的熱量。”學(xué)生運(yùn)用所學(xué)開(kāi)動(dòng)腦筋，很快探尋出了造成溫度差異的原因。這些答案因?yàn)槭菍W(xué)生自己探究出來(lái)的，所以要比教師直接告訴他們印象更深刻。

科學(xué)點(diǎn)亮生命。這一節(jié)有趣的STEM課將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與日常生活相結(jié)合，通過(guò)讓學(xué)生自己動(dòng)手組裝妙趣橫生的傳感器作品，激發(fā)了他們的想象力，并使其感受到了科技帶來(lái)的快樂(lè)。

數(shù)字化的實(shí)驗(yàn)、積木化的教學(xué)、游戲化的過(guò)程、個(gè)性化的作業(yè)和整合化的展示正是STEM課程的魅力所在。幾個(gè)傳感器、幾塊組裝板……在STEM課堂里，學(xué)生可以津津有味地進(jìn)行物聯(lián)網(wǎng)組裝試驗(yàn)，可以像愛(ài)因斯坦那樣去想象，像愛(ài)迪生那樣去創(chuàng)造，并在其中貫穿對(duì)生活的熱愛(ài)。STEM課程有利于開(kāi)發(fā)學(xué)生的潛能，啟迪學(xué)生的智慧，并把生活與課堂緊密聯(lián)系起來(lái)，培養(yǎng)學(xué)生成為富有自信、激情和夢(mèng)想，熱愛(ài)生活并能夠創(chuàng)造成就的未來(lái)公民。