“校園節電”STEAM項目式學習案例

陳德鑫 郭璨

項目簡介

本項目設計源于學生的真實生活環境，下課鈴一響，學生們就迫切地想要到操場上去活動，班級常常有“長明燈”的現象，造成大量能源浪費。針對這一問題，筆者通過頭腦風暴，形成多種解決方案（如制作警示牌、提醒鬧鐘等），設計了一系列的STEAM學習項目，最終選取制作“智能控制節能燈光”這一方案率先展開研究。經過不斷地迭代，最終完成了“智能控制節能燈光”制作，并在各個班級推廣使用，達到了“節能”這一目的。

適用年級：4～5年級。

項目時長：1年。

涉及學科：科學、技術、數學、工程、藝術、心理。

驅動問題

如何解決課間不關燈的問題。

核心概念、跨學科概念

未來需要的不是只會讀書的“好學生”，而是全面發展的綜合型人才。在這個項目實施過程中，學生自主學習數學、科學、工程、美術、心理等方面的學科知識，感受跨學科知識間的必要聯系，感受到任何事情的成功都不僅僅依靠某一種能力來實現，而是需要多種能力相互夾持。

學習目標

科學領域：學會低壓控制繼電器基本知識，能綜合運用科學知識解決項目實施過程中的相關問題。

技術領域：知道如何選取制作“智能控制節能燈光”器材，學會主控器編程、調試方法。

工程領域：學會工程調查、設計、模擬、實踐、作品展示基本流程，能按工程思維設計不同的方案。

藝術領域：能繪制“智能控制節能燈光”設計圖，能對作品進行美化，使作品更美觀。

數學領域：知道能源轉換的計算方法，計算出電能、燃煤及二氧化碳的數據關聯，根據圖紙合理選取器材，預算出成本。

心理學領域：知道如何與人有效溝通，掌握五步營銷溝通法。

學習評價

過程性評價：過程性評價分為自我評價、小組評價、教師評價、作品展示幾部分。

總結性評價：學生對比兩次溝通交流的效果，形成總結性評價。

實施過程

任務一：制訂項目分解表，明確負責人，滲透規劃思想

時間安排：2課時。

學習活動1：組建項目小組。

核心問題1：怎樣分組最合理？

階段性成果1：學生懂得分組時要揚長避短，根據自己的長處和短板進行合理分組。

學習活動2：完善項目分解表。

核心問題2：怎樣讓項目如期完成？

階段性成果2：學生具備一定的規劃思想，明確負責人及本小組在項目中所負責的任務。

任務二：制訂核查表

時間安排：2課時。

學習活動1：師生共同制訂核查表。

核心問題1：如何通過制作圖表統計學校各班課間關燈情況？

階段性成果1：初步掌握制訂核查表的方法。

學習活動2：由調研小組的同學對全校各班課間關燈情況進行為期一周的調查。

核心問題2：學校課間有多少班級不能做到及時關燈。

階段性成果2：學生深刻感受到身邊的能源浪費問題。

任務三：計算出由不及時關燈導致的能源浪費

時間安排：2課時。

學習活動1：和數學老師學習能源轉換的計算方法。

核心問題1：電能、燃煤及二氧化碳之間如何進行能源轉換？

階段性成果1：知道能源轉換的計算方法，計算出電能、燃煤及二氧化碳的數據關聯。

學習活動2：進行能源轉換計算。

核心問題1：課間及時關燈一年會減少多少二氧化碳排放？

階段性成果1：通過計算知道一年將減少二氧化碳排放量約4.4噸，確定了智能控制節能燈光必要性。

任務四：預設解決方案，確定解決方案

時間安排：2課時。

學習活動1：學生頭腦風暴，預設解決方案并做出記錄。

核心問題1：如何解決課間不關燈的問題？

階段性成果1：學生想出了不同的解決方案—指向顯著的標記物，制作警示牌提醒大家課間關燈；指向提示聲音，制作提醒鬧鐘提醒大家課間關燈；指向自動化智能，制作智能語音燈光控制系統，在課間及時關燈……

學習活動2：學生頭腦風暴，繪制思維導圖，確定解決方案。

核心問題2：怎樣將這些優點集于一身？

階段性成果2：確定解決方案，設計一款可以智能控制節能燈光的裝置。

任務五：確定最終材料與工具

時間安排：2課時。

學習活動1：小組頭腦風暴，師生、生生相互補充完善。

核心問題1：制作這樣的裝置，需要用到哪些相關器材？

階段性成果1：學生在相互交流補充的基礎上了解所需相關器材及模塊。

學習活動2：認識并熟悉相關器材、模塊功能。

核心問題2：這些器材、模塊具有哪些功能（如圖1）？能解決怎樣的問題？

階段性成果2：學生了解器材及模塊的功能，做到合理選材，進而確定所需器材，如：①民用電源插座VS24V電池VS普通電池；②控時控開關VS物聯網控制；③聲光提醒VS舵機控制VS繼電器控制。

任務六：制訂自我評價表

學習活動1：頭腦風暴，思考一個優秀的作品應該滿足哪些要求，師生共同設計自我評價表。

核心問題1：一個優秀的作品應該滿足哪些要求？

階段性成果1：有了評價表作為依據，在整個項目的進行中，學生會按照制訂的標準去設計與制作，并根據評價量表及時調整自己的學習行為。

任務七：制作智能控制節能燈光裝置

學習活動1：設計模塊鏈接圖，探究不同模塊電路連接方法，分享匯報施工圖。

核心問題1：如何設計并繪制模塊連接原理圖？

階段性成果1：掌握設計、繪制模塊連接原理圖的方法。

學習活動2：學習搭建組裝。

核心問題2：如何根據原理圖進行組裝。

階段性成果2：有了前期的知識儲備，學生在教師的引導下完成這部分任務。

學習活動3：給控制器編程，能給語音模塊、主控板、教室燈編寫程序。（如下頁圖2，僅為其中一部分）

核心問題3：如何通過編程實現語音控燈？

階段性成果3：實現語音控制燈光開、關。

學習活動4：編寫仿真器編寫程序。（如圖3，僅為其中一部分）

核心問題4：如何實現在電腦端實時監控教室開關燈情況？

階段性成果4：實現電腦端控制燈光開、關。

任務八：優化、迭代

時間安排：2課時。

學習活動1：完成自我評價表。

核心問題1：你們小組的作品有哪些優點和不足？

階段性成果1：通過對自己小組的作品進行評價，了解其優缺點。

學習活動2：小組互評。以小組為單位進行過程性評價，完成小組互評表。

核心問題2：你最喜歡哪個小組的作品？為什么？

階段性成果2：通過小組互相評價，實現相互補充、學習，優化出后續改進方案。

學習活動3：根據評價表改進自己的作品，迭代出新作品。

核心問題3：如何改進你的作品？

階段性成果3：通過不斷地迭代，新作品更具實效性。

學習活動4：教師針對每組迭代出的新作品進行過程性評價。

核心問題4：如何改進？

階段性成果4：在教師更為公正、理性的評價基礎上，進一步優化作品。

任務九：將智能控制節能燈光裝置在各個班級推廣使用

學習活動1：向心理老師學習五步營銷溝通法：①思路清晰；②溝通明確；③主動傾聽；④回應同伴；

⑤從不同角度思考問題。

核心問題1：怎樣與他人交流溝通？

階段性成果1：掌握與他人良好的溝通能力。

學習活動2：利用午休時間，由推廣小組的同學將“智能控制節能燈光”在各個班級進行推廣使用。

核心問題2：如何將你的作品變為產品推銷出去？

階段性成果2：掌握營銷及溝通協調能力。

學習活動3：完成口語表達，溝通交流自我評價表。

核心問題3：對比兩次展示，表達溝通能力是否有所提升？

階段性成果3：大幅度提升了學生口語表達及溝通交流的能力。

學習活動4：一周后對使用智能控制節能燈光裝置的班級進行回訪。

核心問題4：智能控制節能燈光裝置還存在哪些不足之處？

階段性成果4：優化出后續改進方案，便于在今后的活動中進行完善改進。

效果與反思

智能控制節能燈光裝置在各個班級的推廣使用，大大減少了電能的浪費，反思整個研究過程，存在兩個問題：

一是如何通過小組合作實現揚長避短？針對這一問題，教師需在組建項目組時充分了解每一位學生的優缺點，根據不同學生的情況合理布置任務。

二是如何巧妙地將項目進行延續性學習解決生活中的其他實際問題，如結合生活情境引發學生思考如何做到聲控教室白板？