一節(jié)有趣的STEM課獲獎科研報告

一節(jié)有趣的STEM課獲獎科研報告STEM;物聯(lián)網(wǎng);傳感器

什么是STEM？筆者曾經(jīng)聽了很多講座，其中印象最深刻的是顧建軍教授在江蘇省首屆STEM教育大會上作的題為“STEM教育的價值取向及教育體系建設”的報告。他舉了一個簡單的生活案例，將食材“蘿卜、肉、調(diào)料”各自烹飪，會做出“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程融合到一起進行加工，會烹飪出色香味俱全的“蘿卜紅燒肉”。這個生動的舉例，讓筆者突然頓悟了：所謂的STEM就是將多學科知識進行有機融合，解決生活的實際問題。那么學校要如何就地取材，教師應怎樣恰當引領，才能使學生燒出一盆色香味俱全的STEM大餐呢？在此，以“會說話的溫度計”一課為例加以說明。

一、圍繞主題，前期準備

一是“烹飪環(huán)境”。即準備好開展STEM活動的環(huán)境?！皶f話的溫度計”一課在比特教室中進行。該教室中有3D造型積木，包括正方形、長方形、扇形、三角形、圓形、小直角、鈍角、長鉚釘、短鉚釘、螺絲釘?shù)热舾蓚€，運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、語音播放模塊、喇叭、短路帽、配套的導線及其他傳感器等，將這些電子元器件用導線合理連接可實現(xiàn)相應的功能，與3D造型積木相結(jié)合搭建出各種不同的作品。為了實現(xiàn)電路的正常運行，要準備3節(jié)1.5伏的干電池。

二是“烹飪大廚”。即在知識技能方面已有所準備的五年級學生。他們已經(jīng)具備了關于電路連接的基本常識，認識電池的兩極，能正確安裝電池并連接到主控模塊，實現(xiàn)對電路的供電;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)自己作品要實現(xiàn)的功能合理設計造型。

三是“烹飪主題”。即確定一節(jié)STEM課的主題。本課的主題是“會說話的溫度計”。

二、圍繞主題，開展教學

一是“烹飪情境”。即描述問題情境。2018年5月16日，江蘇省淮安市洪澤區(qū)天氣預報顯示23～34攝氏度，局部有大到暴雨，天氣不正常，突然暴熱。當天上午驕陽普照，空氣中彌漫著高溫，氣壓有點低，下午兩點刮起了大風，暴風雨要來的節(jié)奏，天變得有點暗。

二是“烹飪項目”。即提出任務。教師用課件呈現(xiàn)了天氣情況的情境，請學生們運用所學知識設計一款能夠測量并播報出周邊環(huán)境溫度的作品，要求所設計的作品要能表達設計的目的。

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

四是“挑選食材”。教師要引導學生根據(jù)主題挑選所需要的電子器件。對于“會說話的溫度計”主題，首先要有能測量溫度的東西。學生找到熱敏傳感器，教師可播放相關課件幫助學生了解傳感器的功能，知道它們常用在火警報警器、水溫調(diào)節(jié)裝置和空調(diào)上;接著讓學生思考怎樣才能“會說話”，學生想到了喇叭;喇叭要想發(fā)出聲音需要和誰組裝在一起呢？學生又找到了語音播放模塊，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線。選好材料，接下來就是電路連接，會一帆風順嗎？

五是“烹飪過程”。即實際制作的過程。每個小組將挑選好的器材根據(jù)設想連接好，但是可能會發(fā)現(xiàn)喇叭不發(fā)聲。這時學生開始懷疑是不是喇叭壞了。為了消除學生的懷疑，教師將學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，讓學生與自己組裝的電路進行對比，自主發(fā)現(xiàn)問題。學生發(fā)現(xiàn)：教師的電路輸入接口安裝了人體感應模塊。于是，學生開始分析人體感應模塊的功能：當人經(jīng)過時，這個模塊接收到人體發(fā)射的紅外線，促發(fā)語音播放模塊將熱敏電阻測出的溫度值通過喇叭播報出來。教師順著學生的思維，引導他們從Level套件中尋找哪些模塊具備促發(fā)輸出的功能。有的學生說是麥克風模塊，有的說是紅外探測模塊，還有的說是光敏模塊……教師不公布答案，讓學生探究不同模塊的功能。課堂氣氛一下子活躍起來，學生開始忙著調(diào)試電路，試驗并實現(xiàn)需要的功能。

六是“裝飾外觀”。產(chǎn)品都需要包裝，要引導學生給自己的作品設計一個合理的外形，漂亮地呈現(xiàn)出來。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。學生使用3D造型模塊搭建作品外形，于是出現(xiàn)了房子、車、花園、飛船、動物等，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”，用于測試溫泉山莊中泉水的溫度，以便管理員能夠及時監(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模塊，當外界聲音被麥克風模塊收到時，將驅(qū)動喇叭播報熱敏傳感器測出的泉水溫度。第二組的作品名叫“家”，用于監(jiān)測家中溫度，以便及時供暖。主要電子元器件是人體感應模塊，當它接收到人體發(fā)出的紅外線時，會驅(qū)動喇叭播報熱敏傳感器測出的室內(nèi)溫度。第三組的作品名叫“校園氣象站”，用來測量校園溫度，以提醒同學們適時增減衣服。主要電子元器件是紅外探測模塊，當其探測到環(huán)境中的紅外線時，將驅(qū)動喇叭播報熱敏傳感器測出的校園環(huán)境溫度。第四組的作品名叫“美麗公園”，用來測量公園溫度，提醒人們注意防暑。主要電子元器件是光敏傳感器，當其接收到外界強光時，將驅(qū)動喇叭播報熱敏傳感器測出的公園里的氣溫。第五組的作品名叫“溫控蔬菜大棚”，用來測量蔬菜大棚的溫度，以便調(diào)節(jié)溫度促進蔬菜生長。主要電子元器件是開關模塊，當按鈕置于開的狀態(tài)，將驅(qū)動喇叭播報熱敏傳感器測出的大棚內(nèi)溫度。以上每一組的作品都與生活相關，學生們也進一步感知了物聯(lián)網(wǎng)給生活帶來的便利。

三、圍繞主題，展開演講

有時看似不起眼的作品，如果用語言創(chuàng)生出故事情境，就生動起來了。教師引導學生圍繞作品主題進行演講并不是一件容易的事，需要循序漸進。一開始，可讓學生圍繞“5W+1H”展示并演講。即要說出：作品是誰（who）做的;作品名字是什么（what）;為什么（Why）要這樣設計作品的外觀和功能;作品適合什么時候（When）使用;作品用在什么地方（Where）;展示并說明如何使用（How）。

看似簡單的幾句話，對于農(nóng)村的小學生也并不容易。一開始學生很緊張，眼神躲閃，小臉通紅，不敢開口。于是教師改用表格，讓學生填關鍵詞，再把填好的內(nèi)容逐句讀出來。經(jīng)過一段時間的鍛煉，學生就能大膽地表達了，現(xiàn)在已經(jīng)能充滿激情并流利地演講了。學生還利用課后手繪小報，將所學、所想的內(nèi)容記錄下來。因為喜歡這些課程，學生說話、寫作、動手、創(chuàng)作設計的能力都在不斷提升。

四、圍繞主題，總結(jié)提升

這一課并沒有在展示作品后結(jié)束。學生們意猶未盡，進一步探究：能否用自制的會說話的溫度計測量自己的體溫呢？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)手心溫度沒有腋下溫度高，不同的人體溫也不一樣。學生通過自己動手實踐探究，發(fā)現(xiàn)了一個又一個不同的結(jié)果，感到很興奮。

突然，有一組學生將會說話的溫度計伸到了窗外，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？教師沒有對此作出解釋，而是讓學生們?nèi)ヌ骄吭?。教師讓學生以小組為單位，到不同樓層的不同辦公室去測量溫度，并將溫度記錄下來。第一組學生出發(fā)了，過了一會兒都回來了，記錄員說：“老師，一樓的溫度是30度，二樓的溫度是32度?！苯處焼枺骸斑@組數(shù)據(jù)是你們進到老師的辦公室測量出來的嗎？”第一組是四位男生，其中一位男生很靦腆地說：“老師，我們沒有進去，就在辦公室的門口測了一下?！苯處熥穯枺骸盀槭裁礇]進去呢？”學生都低下頭不說話了。于是教師又讓另外一組帶著任務出發(fā)。在出發(fā)前，先讓他們模擬了進入教師辦公室的場景：先要喊報告，然后說明自己的目的，完成任務之后要將測量結(jié)果告訴辦公室的老師。這樣也就糾正了前一組學生的問題。學生帶著教師的叮囑再一次出發(fā)了，回來將測量的經(jīng)過告訴教師，這時就不像第一組學生那樣羞澀了。在這一環(huán)節(jié)，教師對活動中生成的問題給予了足夠的關注，借此機會引導學生進一步探究，幫助學生改進方法，促進學生與他人更好地溝通。

回到課堂，教師將共性問題呈現(xiàn)在學生面前：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，為什么會出現(xiàn)這樣一組不同的數(shù)據(jù)呢？所有學生都陷入了思考。一位學生說：“老師，我們到一樓時，感到明顯比我們?nèi)龢且獩隹欤遣皇俏覀內(nèi)龢堑臉琼敍]有遮擋，吸收的熱量多，而一樓因為有二樓、三樓，避開了好多的熱量?！睂W生運用所學開動腦筋，很快探尋出了造成溫度差異的原因。這些答案因為是學生自己探究出來的，所以要比教師直接告訴他們印象更深刻。

科學點亮生命。這一節(jié)有趣的STEM課將物聯(lián)網(wǎng)技術與日常生活相結(jié)合，通過讓學生自己動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的快樂。

數(shù)字化的實驗