基于STEAM的小學Arduino拓展性課程設計與教學實踐研究獲獎科研報告

基于STEAM的小學Arduino拓展性課程設計與教學實踐研究獲獎科研報告摘

要：

STEAM教育是培養(yǎng)綜合性人才的一種創(chuàng)新教育模式，對學生的計算思維、創(chuàng)新思維、合作學習等都具有積極作用，文章首先分析了STEAM教育的內(nèi)涵與小學創(chuàng)客教育的現(xiàn)狀。其次研究在STEAM教育的理念下，建構小學階段基于Arduino創(chuàng)客教育課程的教學模式，在該模式指導下完成教學設計與教學實踐。該課程的主要內(nèi)容為基于Arduino的智能控制，在教學過程中，需要搭建電路、編程、測試等，課程內(nèi)容充滿趣味性且每節(jié)課設計難易梯度，取得了良好的效果。

關鍵詞：

STEAM;創(chuàng)客教育;Arduino;課程開發(fā)

隨著信息技術的不斷發(fā)展，單一的學科教學已經(jīng)無法滿足社會發(fā)展的需求，STEAM教育理念的出現(xiàn)將傳統(tǒng)的課堂轉變?yōu)榫C合性課堂，使學生在課堂上有機會去接觸更多的學科。《教育信息化“十三五”規(guī)劃》的通知中提到跨學科學習（STEAM教育）、創(chuàng)客教育等新的教育形式能夠促進學生的全面發(fā)展，學校應大力推崇。在中小學階段，機器人教學是體現(xiàn)STEAM教育理念的主要方式之一，如樂高機器人、Arduino課程等，對STEAM教育理念下的Arduino課程教學模式的研究，STEAM教育學生運用跨學科思維解決實際問題的能力，學生的創(chuàng)新能力和團隊合作能力，筆者基于這些特點Arduino課程構建出的教學模式。

一、STEAM教育理念與小學創(chuàng)客教育的結合

1.STEAM教育的內(nèi)涵

教育多學科內(nèi)容的交叉融合形成有機整體，倡導問題解決驅動的跨學科教育，旨在培養(yǎng)學生的問題解決能力、團隊合作能力、設計能力和實踐創(chuàng)新能力。

STEAM教育理念和思想融入到信息技術課程和教學中，有利于通過技術的學習提高學生解決問題的能力、創(chuàng)新思維能力和合作學習的能力，讓學生提高學習興趣。

2.STEAM教育在我國小學教育中的發(fā)展

在現(xiàn)行的小學教育體系中，主要是以數(shù)學模塊培養(yǎng)小學生的邏輯思維能力和數(shù)據(jù)運用能力，以藝術模塊培養(yǎng)小學生的發(fā)散思維和語言表達能力，通過科學探究實踐活動逐步建立全面、系統(tǒng)的STEAM教育體系。但隨著信息技術的不斷發(fā)展，教育漸漸進入主流，其中基于Arduino的開源機器人創(chuàng)客教育最為熱門，通常通過組裝、搭建機器人，并給予適當?shù)木幊蹋ぐl(fā)學生學習興趣、培養(yǎng)學生綜合能力。此技術綜合了多學科的發(fā)展成果，也給中小學信息技術課程增添了新的活力，培養(yǎng)學生學習編程的興趣，更好地鍛煉了學生的計算思維能力和創(chuàng)新能力。

二、STEAM教育理念下Arduino拓展性課程設計

相關理論表明，人類的學習正走向創(chuàng)造化，與傳統(tǒng)教育相比，STEAM教育理念下學生不僅僅是知識的接收者，而是在原有認知的基礎上成為知識的創(chuàng)造者，它強調(diào)跨學科，強調(diào)創(chuàng)造，讓學生能夠改變原有的學習方式，更加主動快樂地學習，這也是各學校能夠接受教育進入學校的關鍵因素。筆者結合自己的實際教學與學生學習情況，經(jīng)過2年的打磨與實踐，針對Arduino創(chuàng)客教育目前存在的一些問題，構建了一種STEAM教育理念下Arduino創(chuàng)客教育的教學模式。

該模式具體分為5個部分：1.教學目標。在了解學生具體的學習情況以及學生認知的基礎上，對不同學科的知識進行整合，讓學生能夠更加全面地掌握知識，對于不同的任務都能較好地完成知識與技能、過程與方法、情感態(tài)度與價值觀三方面的教學目標;2.教學過程。就教師而言，首先是分配學習小組，盡量做到平衡，明確項目任務，提供相應資料，任務設計盡量從學生日常生活出發(fā)，對學習任務進行情境創(chuàng)設，進而引入課堂學習。就學生而言，從教師創(chuàng)設的情境中發(fā)現(xiàn)本節(jié)課需要解決的主要問題，明確該問題之后，小組之間合作交流，并制定解決問題的方案;3.創(chuàng)新與制造。運用教師所講的專業(yè)知識和搭建mBot小車所運用的專業(yè)工具，采用小組合作的方式進行成品的組裝并完成相應編程任務，進而完成項目制作;4.成果展示。5.評價與反思。

三、STEAM教育理念下Arduino拓展型課程設計

《與mBot共舞》是依托于Arduino主控板的拓展性課程，課程目錄如表1所示。整體教學以解決生活中遇到的實際問題主線，通過讓學生運用傳感器與編程軟件幫助解決問題，給學生提供情景化的學習場所，以真實問題出發(fā)，在解決問題的過程中掌握硬件與軟件相結合的能力，從而提高學生問題探究能力、解決問題能力、創(chuàng)新思維能力。

1、基于STEAM理念的課程綱要

本課程選取容易上手的mBot車型機器人作為課程載體，基于Arduino開源套件，采用mblock編程軟件，其設計的初衷是便于孩子們學習編程、Arduino和機器人，不僅易于孩子們使用，又能寓教于樂，讓孩子們獲得創(chuàng)作中的樂趣。

課程從知識與技能、過程與方法、情感態(tài)度與價值觀三方面設定課程目標，在教學實施過程中遵循全體性原則、綜合性原則、自主性原則、鼓勵性原則等實施原則，全課程共設30個課時，

2、基于STEAM理念的課程教學目標

學校開設mBot課程的總目標是培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力、動手操作能力和計算思維能力，通過教學，學生能夠掌握mBot小車的結構特點，小組完成簡單的小車組裝、編程和調(diào)試，培養(yǎng)學生的實踐能力和動手操作能力。

3、創(chuàng)設情境，激發(fā)興趣

在《與mBot共舞》課程中，筆者設計了三位虛擬人物，經(jīng)常遇到麻煩的小M熊貓，好學熱心的學生南南，以及博學的張老師。本課程以小M想要一個漂亮會發(fā)光的八音盒作為生日禮物送給好朋友為情境，激發(fā)學生學習興趣，引出課題。

4、新知學習，方式多樣

Arduino創(chuàng)客課程教學設計的教學理念是以培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維、實踐操作能力、問題解決能力、自我學習能力、審美意識和數(shù)學思維為目標。所以新知學習的形式多樣，有自學教材、微課導學、合作學習等。

5.發(fā)揮學生創(chuàng)造力

教師請同學們將剛才的音樂腳本加上LED燈的閃爍腳本，要求讓音樂與燈光閃爍相通節(jié)奏，學生觀察并設置等待時間，搭配音樂節(jié)拍做出基本音樂霓虹燈。

為了防止學生差異過大，設置有分層任務。任務一：完成《兩只老虎》整首歌曲并搭配動感的霓虹燈。任務二：讓霓虹燈時常變換顏色，兩只LED燈閃出不同的光芒。任務三：完成課后習題《鈴兒響叮當》音樂霓虹燈制作。

本將STEAM教育與相結合，構建STEAM理念下小學階段基于Arduino