掌控板支持的STEAM項(xiàng)目式學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)

鄭克度

STEAM教育強(qiáng)調(diào)跨學(xué)科融合，旨在培養(yǎng)學(xué)生跨學(xué)科的多元思維和實(shí)踐創(chuàng)新能力。在STEAM教育的推進(jìn)過程中，如何有效地與不同學(xué)科進(jìn)行融合是STEAM教育的一大挑戰(zhàn)，其中，缺少硬件尤其是集成型、兼容性強(qiáng)、多接口、多功能的開源硬件的支持是一個(gè)關(guān)鍵因素。為解決STEAM教育中存在的上述問題，本文選擇國產(chǎn)開源硬件掌控板作為硬件支撐，以溫州市南浦實(shí)驗(yàn)中學(xué)的《基于slot的教室噪音采集》為例，開展STEAM項(xiàng)目式學(xué)習(xí)，闡述掌控板對(duì)STEAM教育的支持，以期為學(xué)校創(chuàng)客教育和STEAM教學(xué)的開展提供參考。

● 掌控板支持的STEAM項(xiàng)目式學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

STEAM項(xiàng)目式學(xué)習(xí)是融合STEAM素養(yǎng)與項(xiàng)目式學(xué)習(xí)模式的產(chǎn)物，借鑒科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)和數(shù)學(xué)的知識(shí)與技能，圍繞現(xiàn)實(shí)生活和學(xué)習(xí)中存在的問題，幫助學(xué)生建構(gòu)問題解決方案。下面從掌控板的教學(xué)應(yīng)用、性能、便利性出發(fā)，結(jié)合STEAM項(xiàng)目式學(xué)習(xí)旨在培養(yǎng)學(xué)生多元思維與創(chuàng)新精神的理念，闡述掌控板支持STEAM項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的四大要點(diǎn)。

1.配置技術(shù)工具，支持創(chuàng)新實(shí)踐

教學(xué)工具是開展STEAM教育的重要支撐條件，本小節(jié)從開展STEAM教育所需配置的技術(shù)工具（如表1）出發(fā)，來說明技術(shù)工具是教學(xué)開展的前提。技術(shù)工具分為軟件工具和硬件工具，軟件工具包括主流的Mind+、Mixly、mPythonX等編程軟件，硬件工具包括掌控板、傳感器、3D打印機(jī)、筆記本電腦、激光切割機(jī)等。其中，國產(chǎn)開源硬件掌控板教學(xué)應(yīng)用廣泛、操作方便、安全系數(shù)高，在性能上兼容性高、集成性強(qiáng)，WIFI和藍(lán)牙雙模通信成功實(shí)現(xiàn)了軟硬互通，一經(jīng)上線就在課堂和各類比賽中出現(xiàn)。

2.運(yùn)用設(shè)計(jì)思維，強(qiáng)化問題解決

項(xiàng)目設(shè)計(jì)是STEAM項(xiàng)目式學(xué)習(xí)實(shí)施的基礎(chǔ)與保障，在項(xiàng)目設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，問題驅(qū)動(dòng)是項(xiàng)目式學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)的首要步驟。好的驅(qū)動(dòng)問題能夠引發(fā)學(xué)生思考，觸發(fā)學(xué)生問題解決的積極性。問題的發(fā)現(xiàn)來源于現(xiàn)實(shí)問題，在STEAM項(xiàng)目式學(xué)習(xí)開展的前期，教師運(yùn)用設(shè)計(jì)思維的方法與工具帶領(lǐng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題，在學(xué)生具備一定的項(xiàng)目開展經(jīng)驗(yàn)后，教師可將學(xué)習(xí)的主動(dòng)權(quán)回歸學(xué)生，輔助學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、設(shè)計(jì)方案、修訂發(fā)展。設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)性問題時(shí)，首先要保證緊扣教學(xué)大綱，具有一定的挑戰(zhàn)性;其次使用頭腦風(fēng)暴法、九宮格法召集小組成員，集中思考與生活緊密相連又能蘊(yùn)含多學(xué)科的結(jié)構(gòu)化知識(shí)的問題;最后小組成員共同決議留下具有可行性的問題。教師根據(jù)學(xué)校實(shí)驗(yàn)教學(xué)的具體情況篩選本月可執(zhí)行的問題方案。

3.設(shè)計(jì)應(yīng)用情境，優(yōu)化設(shè)計(jì)方案

STEAM教育強(qiáng)調(diào)讓學(xué)生獲得將知識(shí)進(jìn)行情境化應(yīng)用的能力，能根據(jù)不同的背景信息靈活解決問題，進(jìn)行知識(shí)的遷移。STEAM方案的設(shè)計(jì)來源于實(shí)際問題，方案設(shè)計(jì)是STEAM教育開展的核心環(huán)節(jié)。對(duì)于剛接觸項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的學(xué)生來說，制訂項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案有助于學(xué)生理解項(xiàng)目實(shí)施進(jìn)程中的流程安排、實(shí)驗(yàn)設(shè)備連接原理，也有利于實(shí)驗(yàn)按預(yù)期進(jìn)行。因此，在項(xiàng)目式學(xué)習(xí)中，教師和學(xué)生都要特別重視設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化。STEAM項(xiàng)目式學(xué)習(xí)方案的設(shè)計(jì)既要高效率、高質(zhì)量地解決問題，又要因地制宜結(jié)合學(xué)校實(shí)際發(fā)展?fàn)顩r反復(fù)迭代設(shè)計(jì)方案，這在后期項(xiàng)目實(shí)施階段將會(huì)起到事半功倍的效果。

4.多維評(píng)價(jià)反饋，形成激勵(lì)效應(yīng)

反饋與評(píng)價(jià)是對(duì)項(xiàng)目活動(dòng)過程及結(jié)果進(jìn)行測(cè)量和價(jià)值判斷的過程，有利于加快后期項(xiàng)目活動(dòng)的實(shí)施進(jìn)程，同時(shí)也是學(xué)生獲得自我認(rèn)同感的最佳時(shí)機(jī)。項(xiàng)目式學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)強(qiáng)調(diào)評(píng)價(jià)主體多元化、評(píng)價(jià)維度多樣化、評(píng)價(jià)內(nèi)容綜合性與全面性，盡可能給予學(xué)生中肯的學(xué)習(xí)反饋，對(duì)學(xué)生產(chǎn)生激勵(lì)效應(yīng)。

上述分析指明了開展STEAM項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。本文將以溫州市南浦實(shí)驗(yàn)中學(xué)校本課程《基于slot的教室噪音采集》為例，介紹應(yīng)用掌控板完成的STEAM項(xiàng)目式學(xué)習(xí)。

● STEAM項(xiàng)目設(shè)計(jì)

1.確定項(xiàng)目任務(wù)

噪音的危害是多方面的，對(duì)我們的日常生活和工作會(huì)造成極大干擾，更嚴(yán)重的情況是噪音可使我們的聽力和健康受到損害。學(xué)生以噪音采集為問題驅(qū)動(dòng)，使用slot搭建物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)收集數(shù)據(jù)。

2.制訂學(xué)習(xí)目標(biāo)

要求學(xué)生學(xué)會(huì)使用Mind+進(jìn)行編程，熟練使用掌控板并進(jìn)行外觀設(shè)計(jì)，會(huì)使用slot搭建物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。通過三人一組進(jìn)行協(xié)作學(xué)習(xí)，創(chuàng)作一個(gè)完整的物聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目，從而培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力。

3.設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)流程

首先將掌控板作為噪音檢測(cè)的硬件設(shè)備;其次通過網(wǎng)頁瀏覽器進(jìn)行掌控板檢測(cè)，通過MQTT協(xié)議進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)傳輸，完成slot服務(wù)器與掌控板的連接;最后通過Mind+可視化編程向掌控板發(fā)送噪音收集指令，在slot中進(jìn)行可視化展示。

4.做好教學(xué)準(zhǔn)備

（1）器材準(zhǔn)備：根據(jù)項(xiàng)目任務(wù)，安裝Mind+軟件，提前準(zhǔn)備好項(xiàng)目所需的各種器材（如表2）。

（2）學(xué)生組織：共三組，每組三人。需要具備扎實(shí)的數(shù)學(xué)、英語、科學(xué)、美術(shù)功底，有獨(dú)立批判性思維的能力，有團(tuán)結(jié)協(xié)作的能力，有強(qiáng)烈的創(chuàng)新欲望。

（3）知識(shí)準(zhǔn)備：在項(xiàng)目實(shí)施中，編程階段需要扎實(shí)的數(shù)學(xué)、英語、計(jì)算機(jī)知識(shí)，數(shù)據(jù)采集過程中需要科學(xué)知識(shí)，項(xiàng)目設(shè)計(jì)和美化階段需要美術(shù)知識(shí)。這是一門STEAM校本課程，同時(shí)也是一門需要學(xué)生創(chuàng)新、協(xié)作、創(chuàng)作的創(chuàng)客課程。在活動(dòng)結(jié)束后，每組派代表通過PPT向全校師生進(jìn)行展示匯報(bào)。

● STEAM項(xiàng)目實(shí)施

1.情境導(dǎo)入

在日常生活和學(xué)習(xí)中噪音無處不在。統(tǒng)計(jì)資料表明，當(dāng)噪音超過100分貝時(shí)，會(huì)造成相當(dāng)大數(shù)量的噪音性耳聾，高強(qiáng)度的爆震性噪音還可能造成聽力永久喪失。那么，我們教室里的噪音指數(shù)能達(dá)到多少呢？會(huì)不會(huì)對(duì)我們的聽覺產(chǎn)生影響呢？鑒于高分貝噪音的危害，我們很有必要對(duì)學(xué)校中的噪音進(jìn)行監(jiān)測(cè)和分析，找出解決方案，從而降低噪音，提高我們的記憶力。如何長時(shí)間地采集不同地方的噪音值成了我們的困惑，我們?nèi)绾瓮ㄟ^物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)解決這個(gè)難題呢？