STEAM理念下的校本課程-智能燈教案設(shè)計(jì)

STEAM理念下的校本課程一智能燈教案設(shè)計(jì)

【摘要】作為steam課程體系中的重要組成部分，創(chuàng)客課程在各

中小學(xué)如火如荼地開展著。但是，現(xiàn)有的大部分創(chuàng)客課程還存在

著重技術(shù)輕融合、有任務(wù)缺體系的現(xiàn)象。本文結(jié)合本校開設(shè)的校

本課程一麥克造物記為基礎(chǔ)，以生活中樓梯口的智能燈為例，進(jìn)

行解析，多學(xué)科融合學(xué)習(xí)，制作一個(gè)簡(jiǎn)易的智能燈。

【關(guān)鍵詞】STEAM；智能路燈；課程設(shè)計(jì)；教學(xué)案例

研究背景

STEAM教育源自于之前的stem教育，在教育中新加入了藝術(shù)ARTs

的范疇。STEAM教育，每個(gè)字母都代表著不同的意思。

S:Science（科學(xué)）

T:Technology（技術(shù)）

E:Engineering（工程）

A:Arts（藝術(shù)）

M:Maths（數(shù)學(xué)）

與傳統(tǒng)的教育模式相比，它更注重的是學(xué)習(xí)與現(xiàn)實(shí)世界的聯(lián)系，

注重的是學(xué)習(xí)的過程，而不是體現(xiàn)在試卷上的知識(shí)結(jié)果。

具體來說，STEAM教育更提倡的是將各個(gè)領(lǐng)域的知識(shí)通過綜合的

課程結(jié)合起來，加強(qiáng)學(xué)科間的相互配合，發(fā)揮綜合育人功能，讓學(xué)

生在綜合的環(huán)境中學(xué)習(xí)，在項(xiàng)目活動(dòng)中應(yīng)用多個(gè)學(xué)科的知識(shí)解決問

題。讓學(xué)生們自己動(dòng)手完成他們感興趣的、并且和他們生活相關(guān)的項(xiàng)

目，從過程中學(xué)習(xí)各種學(xué)科以及跨學(xué)科的知識(shí)。培養(yǎng)創(chuàng)造力，溝通合

作能力，解決問題能力；發(fā)現(xiàn)孩子們的興趣和特長(zhǎng)，使孩子們更好的

發(fā)揮自我，展現(xiàn)自我。

做為一個(gè)新的教育理念，在我校引入Steam課程以后，我們也不

斷的進(jìn)行摸索，進(jìn)行研究，怎樣才能將理論聯(lián)系實(shí)際，開發(fā)出具有我

校特色的，適應(yīng)于我校的課程。在此期間，我們針對(duì)于不同年級(jí)的學(xué)

生，接受力和理解力的差異，設(shè)計(jì)了不同課例。

在低年級(jí)，我們以非編程電子元件為載體，結(jié)合現(xiàn)實(shí)世界，設(shè)計(jì)

了不同的主題，通過學(xué)生對(duì)周圍世界的觀察與探索，引導(dǎo)孩子們發(fā)現(xiàn)

問題、解決問題。在發(fā)現(xiàn)問題，解決問題的過程中，學(xué)習(xí)到了多學(xué)科

綜合性的知識(shí)。比如非編程聲控?zé)舻恼n程，首先通過學(xué)生們觀察周圍

燈的情況，引導(dǎo)學(xué)生們發(fā)現(xiàn)問題，燈怎樣才能更聰明，更智能，再到

我們?cè)鯓尤ブ谱饕粋€(gè)聰明的燈。在此期間，學(xué)生們掌握了電路的基礎(chǔ)

知識(shí)，我們需要輸入，輸出，電源來實(shí)現(xiàn)一個(gè)完整的電路，還了解了

聲音的發(fā)出原理，更理解了閾值這一數(shù)學(xué)概念，等等，通過對(duì)燈外觀

的制作，他們還對(duì)藝術(shù)進(jìn)行了探索，通過課程最后的展示，他們學(xué)會(huì)

了與其他人進(jìn)行溝通，進(jìn)行分享，增強(qiáng)了溝通合作的能力。

針對(duì)于高年級(jí)，我們引入了編程，當(dāng)今社會(huì)是一個(gè)人工智能的社

會(huì)，編程必不可少，我們也是在每節(jié)課中設(shè)計(jì)不同的主題，引導(dǎo)孩子

們介入今天的課程。以抽獎(jiǎng)轉(zhuǎn)盤課程為例，我們先讓學(xué)生思考，在日

常生活中，有哪些是隨機(jī)的，隨機(jī)數(shù)是一個(gè)怎樣的概念，在程序中是

怎么實(shí)現(xiàn)的，更通過制作一個(gè)半圓形的抽獎(jiǎng)轉(zhuǎn)盤，理解幾何半圓角度

的定義，通過設(shè)置不同等級(jí)的獎(jiǎng)項(xiàng)，學(xué)習(xí)平均數(shù)的知識(shí)。最后通過單

片機(jī)、舵機(jī)、按鈕的控制，來完成課程的目標(biāo)，做出學(xué)生自己的作品，

讓學(xué)生們發(fā)揮天馬行空的想象，使每個(gè)作品加入了自己的特色，使自

己與眾不同。

智能燈之搭建聲控?zé)?/p>

在導(dǎo)入環(huán)節(jié)，首先我播放一段進(jìn)入小區(qū)單元門的視頻，提出問題:

燈亮需要滿足哪些條件呢？

經(jīng)過討論交流得出結(jié)論：燈亮需要同時(shí)滿足兩個(gè)條件：a、有聲

音b、光線較暗。由此引出本課課題，制作《智能路燈》。

在之前的學(xué)習(xí)中，學(xué)生已經(jīng)掌握了利用聲音傳感器控制燈亮的方

法，因此我首先讓學(xué)生小組合作完成聲控智能燈的搭建。引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)

一步理解聲控智能燈的工作原理：

實(shí)驗(yàn)器材：光線傳感器、NOT模塊、邏輯與模塊、主板、連接線。

這里我首先介紹光線傳感器工作原理：即感知到光線后輸入信

號(hào)。而實(shí)際生活中卻是當(dāng)感知不到光線或光線較弱情況下向主板輸入

信號(hào)，與實(shí)際生活恰恰相反，因此我們要在光線傳感器上增加NOT模

塊。在連接時(shí)提醒學(xué)生注意線路的輸入端和輸出端方向正確，將光感

線路接到主板上測(cè)試效果，并完成實(shí)驗(yàn)記錄單。（正確連接燈有光不

亮、無光燈亮，錯(cuò)誤連接燈亮異常。）

智能燈之搭建光控?zé)?/p>

實(shí)驗(yàn)器材：聲音傳感器、光線傳感器、NOT模塊、邏輯與模塊、

主板、連接線。

回顧導(dǎo)入視頻，需要同時(shí)滿足光線和聲音兩個(gè)條件燈才亮，但在

上節(jié)課學(xué)習(xí)過輸入和輸出信號(hào)必須在同一條線路上，該怎么辦呢？由

此引出實(shí)驗(yàn)二：合并兩個(gè)傳感器線路，實(shí)驗(yàn)器材有聲音傳感器、光線

傳感器、NOT模塊、邏輯與模塊、主板、連接線。

此時(shí)引出“邏輯與”模塊。他的作用是：當(dāng)需要同時(shí)滿足多個(gè)條

件時(shí)，可以將這些條件同時(shí)接在模塊的一端，信號(hào)通過模塊整合并輸

出到主板。

智能燈之邏輯與模塊

“邏輯與”相當(dāng)于生活中說的“并且”，就是兩個(gè)條件同時(shí)成立

的情況下“邏輯與”的運(yùn)算結(jié)果才為“真”。

其真值表如下:

ABY

111

X00

0X0

說明：“X”可以是0,也可以是1。只有當(dāng)A和B都是1時(shí)，輸

出才是1。如果A或B其中一個(gè)是0,那么另外一個(gè)不管是。還是1

輸出都是0o

智能燈之線路與原理

智能燈需要同時(shí)滿足兩個(gè)條件才能亮燈，一是判斷時(shí)間在晚上，

也就是環(huán)境光傳感器檢測(cè)到外界光線比較暗；二是有人經(jīng)過，也就是

聲音傳感器檢測(cè)到聲音。當(dāng)這兩個(gè)條件同時(shí)滿足的時(shí)候，小燈便亮起

來?！斑壿嬇c”模塊實(shí)現(xiàn)的功能是條件一與條件二同時(shí)滿足，才會(huì)輸

出高電位。當(dāng)然如果發(fā)現(xiàn)聲音識(shí)別不太靈敏，我們也可以加一個(gè)閾值

模塊，控制最小輸入。

需要注意的是，造物粒子套件里面，若是把環(huán)境光傳感器接在電

源主板的輸入端，將-LED小燈接在電源主板的輸出端，接通電路以后,

有光LED才會(huì)點(diǎn)亮，并且外界光線越亮，LED小燈也越亮。這與本課

智能路燈的要求正好相反，因此需要用到邏輯非模塊。電路邏輯圖如

下所示，方框中的“黑暗”應(yīng)該由光線傳感器和邏輯非組成，方框中

的“聲音”可由聲音傳感器組成，若是聲音采集不夠敏感，可組合使

用聲音傳感器和閾值模塊。

黑暗卜、

'|一偏觸--，」、燈模塊

「

尸?日

智能燈建成

引導(dǎo)學(xué)生自主探究完成兩個(gè)條件的接入，測(cè)試效果。

智能燈之添加延時(shí)模塊

學(xué)生在測(cè)試過程中發(fā)現(xiàn)燈亮的時(shí)間太短暫，不合理。所以這里需

要增加一個(gè)延時(shí)模塊，讓燈每次多亮一會(huì)。此時(shí)出示“延時(shí)模塊”，

可以通過模塊上的旋鈕控制延長(zhǎng)時(shí)間的長(zhǎng)短。

連在什么地方呢？（出示可能添加的節(jié)點(diǎn)）

這里我組織學(xué)生小組合作探究，嘗試不同連接方法是否能實(shí)現(xiàn)實(shí)

驗(yàn)效果，同時(shí)要求完成實(shí)驗(yàn)記錄單。

經(jīng)過學(xué)生探究發(fā)現(xiàn)延時(shí)模塊添加在1、3、4號(hào)位置均可以實(shí)現(xiàn)在

同時(shí)滿足聲音和光線兩個(gè)條件的情況下使燈亮延時(shí)。此時(shí)老師給出建

議，為了讓我們的電路更加清晰，作用更加明確，我們可以將延時(shí)模

塊連接在4號(hào)位置。

6

效果評(píng)價(jià)

STEAM教育不是在桌椅整齊的教室上課，而是在充滿積木、木板、

錘刀、畫筆、電線、電路板、芯片、3D打印機(jī)、以及各種奇怪教育科

技產(chǎn)品的工作坊。我們更愿意把“STEAM”理解為：鼓勵(lì)學(xué)生們親自動(dòng)

手設(shè)計(jì)實(shí)施他們感興趣的、并且和他們生活相關(guān)的項(xiàng)目，從過程中獲

得學(xué)科以及跨學(xué)科的知識(shí)。把“學(xué)科素養(yǎng)”這個(gè)看似枯燥的詞匯變得

更加生動(dòng)、生活，強(qiáng)調(diào)主動(dòng)探索的精神，思考和創(chuàng)造能夠應(yīng)用于真實(shí)

生活的知識(shí)。它不僅是傳統(tǒng)理工課程的集中展示，而是有更立體的內(nèi)

容：跨學(xué)科學(xué)習(xí)、團(tuán)隊(duì)協(xié)作、交流溝通、語言藝術(shù)、重視藝術(shù)、注重

過程、動(dòng)手能力。任何事情的成功都不僅僅依靠某一種能力的實(shí)現(xiàn)，

而是需要借于多種能力之間，比如高科技電子產(chǎn)品的建造過程中，不

但需要科學(xué)技術(shù)，運(yùn)用高科技手段創(chuàng)新產(chǎn)品功能，還需要好看的外觀,

也就是藝術(shù)等方面的綜合才能，所以單一技能的運(yùn)用已經(jīng)無法支撐未

來人才的發(fā)展，未來，我們需要的是多方面的綜合型人才。STEAM教

育將對(duì)綜合型人才培養(yǎng)起到極大促進(jìn)作用。

通過本課學(xué)習(xí)，學(xué)生了解了多種傳感器協(xié)同工作的方法，進(jìn)一步

理解了智