淺談創(chuàng)客教育與小學(xué)科學(xué)的結(jié)合

周利婕

【摘 要】創(chuàng)客教育作為新衍生出來的教育模式之一，將其應(yīng)用到小學(xué)科學(xué)的教學(xué)實(shí)踐中，既有利于提高教師掌握和運(yùn)用教育技術(shù)的能力，同時(shí)也可以給學(xué)生提供更多的工具，有利于學(xué)生創(chuàng)造力的發(fā)展。而Arduino作為創(chuàng)客教育中一部分，支持圖形化的編程適合小學(xué)教學(xué)。本文將簡(jiǎn)單講講Arduino在小學(xué)科學(xué)應(yīng)用的意義并通過舉例講述Arduino在小學(xué)科學(xué)拓展課程的簡(jiǎn)單應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】小學(xué)科學(xué)；創(chuàng)客教育；Arduino

小學(xué)科學(xué)是一門以培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)為宗旨的課程，其中科學(xué)探究是科學(xué)學(xué)習(xí)的中心環(huán)節(jié)。Aduino是一個(gè)基于開放源代碼的軟硬件平臺(tái)，它能夠通過各種傳感器來感知環(huán)境，讀取數(shù)字、模擬量，通過控制燈光、馬達(dá)和其他裝置做出反饋。同時(shí)Arduino支持圖形化的編輯界面，不需要學(xué)習(xí)復(fù)雜的編程語言，降低了學(xué)習(xí)難度。此外可簡(jiǎn)單地與傳感器、各式各樣的電子元件連接。比如：紅外線傳感器、超音波傳感器、熱敏電阻、光敏電阻、舵機(jī)等等，給學(xué)生提供充分的思維空間進(jìn)行創(chuàng)造。

一、小學(xué)科學(xué)拓展課中引入Arduino的意義

1.激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣

俗話說：“興趣是最好的老師”。學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣往往來源于對(duì)未知事物的探索欲望， 而Arduino恰恰給學(xué)生帶來新鮮的未知領(lǐng)域，無論是硬件的搭建應(yīng)用還是軟件的編程形式都對(duì)學(xué)生有深深地吸引力。同時(shí)在活動(dòng)中創(chuàng)造出相應(yīng)的情境可以讓學(xué)生產(chǎn)生身臨其境的感受，吸引學(xué)生的注意力，有利于學(xué)生對(duì)主題意義的理解，激發(fā)和保持學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

2.提高學(xué)生的創(chuàng)新能力和實(shí)踐動(dòng)手能力

教師可以將互聯(lián)網(wǎng)上的各種創(chuàng)意運(yùn)用到具體的科學(xué)課堂教學(xué)實(shí)踐中，鼓勵(lì)小學(xué)生通過創(chuàng)造與制作的方式學(xué)習(xí)科學(xué)知識(shí)。在實(shí)踐中鍛煉學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、研究問題、解決問題的能力，培養(yǎng)他們的創(chuàng)新能力。既激發(fā)了學(xué)生們的學(xué)習(xí)熱情，同時(shí)有效的鍛煉他們的實(shí)踐操作能力，以此提升小學(xué)科學(xué)教學(xué)效果。

二、小學(xué)科學(xué)中Arduino應(yīng)用的案例

1.網(wǎng)絡(luò)澆花器

在教科版小學(xué)科學(xué)四年級(jí)下冊(cè)中涉及到了種子萌發(fā)所需要的條件，通過設(shè)計(jì)觀察實(shí)驗(yàn)對(duì)比種子萌發(fā)前后杯子內(nèi)水量是否發(fā)生了變化，從而得出種子萌發(fā)需要水這個(gè)條件。因此，筆者設(shè)計(jì)一個(gè)拓展課即《探究種子萌發(fā)的最宜土壤濕度》。

首先，學(xué)生利用Arduino套件設(shè)計(jì)一個(gè)自動(dòng)的網(wǎng)絡(luò)澆花器。利用濕度傳感器來判別土壤中水分含量的多少，一般來說當(dāng)濕度傳感器輸出數(shù)值為300時(shí)，土壤已經(jīng)較為干燥了，當(dāng)輸出為800時(shí)土壤水分適宜。利用該套件設(shè)計(jì)對(duì)比實(shí)驗(yàn)，分別控制保證1號(hào)紙杯土壤濕度為60%-70%；2號(hào)紙杯土壤濕度為70%-80%；3號(hào)紙杯土壤濕度為80%-90%（假設(shè)的最宜土壤濕度）；4號(hào)紙杯土壤濕度為90%-100%，讓濕度傳感器輸出的數(shù)值小于某一定值時(shí)，利用微型水泵、繼電器等元件自動(dòng)抽水給植物進(jìn)行澆水至達(dá)到某一定值。這樣的裝置應(yīng)用可以準(zhǔn)確的判斷土壤水分多少，同時(shí)有效地保持土壤水分在一定范圍內(nèi)，避免人為澆水出現(xiàn)的誤差情況。當(dāng)然為了可以更好的掌握土壤水分情況，甚至可以將自動(dòng)澆花器接入網(wǎng)絡(luò)中，在手機(jī)、電腦上查看土壤的水分情況。

通過這樣的技術(shù)解決了測(cè)量土壤水分難題，在降低了我們實(shí)驗(yàn)的難度的基礎(chǔ)之上又提高實(shí)驗(yàn)的精度。學(xué)生可以通過直接觀察對(duì)比植物的生長(zhǎng)情況，記過一段時(shí)間的觀察記錄就可以明顯得出水分對(duì)植物生的影響。

2.短路電路警報(bào)器

在四年級(jí)下冊(cè)的第一單元里，學(xué)生首次接觸到電路，了解電路的各種連接方式，知道了短路電路的危險(xiǎn)性，但短路電路的危險(xiǎn)性卻沒有引起學(xué)生足夠的重視。出于讓學(xué)生更加了解短路電路以及必須引起對(duì)短路電路的重視，有了這樣的想法。那么有沒有什么方法能夠更深刻地認(rèn)識(shí)短路電路，同時(shí)在出現(xiàn)短路電路時(shí)及時(shí)知道并斷開電路呢？基于這個(gè)想法，在拓展課上提出設(shè)計(jì)一個(gè)《短路警報(bào)器》。

教師引導(dǎo)提出問題：在設(shè)計(jì)短路警報(bào)器的過程中，我們要先做什么再做什么呢？以此調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，組織小組進(jìn)行討論設(shè)計(jì)方案。然后進(jìn)行全班性的想法交流，來不斷地補(bǔ)充和修改來完善方案設(shè)計(jì)。通過這樣的合作可以幫助學(xué)生樹立團(tuán)體意識(shí)、互相合作、互相幫助，同時(shí)在集體的交流中可以充分認(rèn)識(shí)到自己在科學(xué)知識(shí)學(xué)習(xí)過程中的不足，以及其他同學(xué)的優(yōu)勢(shì)，從而實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，取長(zhǎng)補(bǔ)短，共同學(xué)習(xí)和成長(zhǎng)。在完善好方案以后，給學(xué)生提供由學(xué)生電源、用電器、導(dǎo)線、萬能表等這些電器元件。首先連接電路，利用萬能表測(cè)出正常電路電流和短路電路中的電流差別，加深學(xué)生對(duì)兩種電路的認(rèn)識(shí)。然后將電流傳感器、蜂鳴器以及相應(yīng)的arduino套件進(jìn)行連接、編程，觀察當(dāng)電路短路和接通情況下電流傳感器輸出的數(shù)值，并依據(jù)此數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的編程設(shè)計(jì)以實(shí)現(xiàn)當(dāng)電流過大時(shí)蜂鳴器就會(huì)鳴叫提醒大家電路出現(xiàn)短路情況的功能。

通過這些“工具”，將課堂上所學(xué)到的知識(shí)不再僅僅是應(yīng)付試卷上的考題，而是真真切切地運(yùn)用到了實(shí)際生活中。在理論知識(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)閷?shí)際應(yīng)用的過程中，學(xué)生很有可能會(huì)遇到問題，那么在實(shí)踐中繼續(xù)學(xué)習(xí)可以進(jìn)一步的提高學(xué)生的解決問題的能力。

總結(jié)

通過上面論述和案例的說明，在小學(xué)科學(xué)中引入Arduino，使原本不能實(shí)現(xiàn)的任務(wù)變?yōu)榭赡埽岣吡藢W(xué)生研究科學(xué)的興趣，調(diào)動(dòng)學(xué)生自主探究的積極性。而且隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，學(xué)習(xí)資源異常豐富，突破傳統(tǒng)教材的限制，為創(chuàng)客教育的實(shí)施提供了極大的幫助；同時(shí)還能夠豐富小學(xué)生的科學(xué)知識(shí)視野，特別是實(shí)踐案例與實(shí)用型知識(shí)等，增強(qiáng)其實(shí)踐操作能力。總而言之創(chuàng)客教育在小學(xué)科學(xué)中的應(yīng)用，能夠增強(qiáng)學(xué)生對(duì)科學(xué)知識(shí)的實(shí)際運(yùn)用能力、提供學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，符合小學(xué)科學(xué)的教學(xué)需求。

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