基于STEAM理念的“模擬紅綠燈實(shí)驗(yàn)”校本化課程設(shè)計(jì)

文/中山市小欖鎮(zhèn)西區(qū)小學(xué) 吳國(guó)棟

STEAM課程是一種綜合性、深度探究的活動(dòng)過程，具有獨(dú)特的特點(diǎn)——問題來(lái)源于真實(shí)世界、以工程與技術(shù)為指引、重視探究和過程。因此，筆者將STEAM課程理念引入校本課程，結(jié)合“模擬紅綠燈實(shí)驗(yàn)”案例，嘗試帶領(lǐng)學(xué)生通過設(shè)計(jì)項(xiàng)目方案、檢驗(yàn)設(shè)計(jì)合理性、評(píng)估方案、討論修正等研究過程，培養(yǎng)他們的創(chuàng)客精神和高級(jí)思維能力。

一、項(xiàng)目實(shí)施

1.提出問題

紅綠燈是學(xué)生最熟悉也最感興趣的生活場(chǎng)景之一。高年級(jí)的學(xué)生基本知道紅綠燈的工作過程，但是對(duì)紅綠燈的工作原理還不是特別了解。根據(jù)學(xué)生的年齡、心理特點(diǎn)，聯(lián)系生活情景，設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)問題：設(shè)計(jì)一款富有家鄉(xiāng)特色的紅綠燈模型。

2.了解紅綠燈工作的原理

要實(shí)現(xiàn)紅綠燈的效果，就必須清楚知道紅綠燈的工作原理。紅燈亮?xí)r，黃燈和綠燈熄滅。紅燈亮30秒后滅，黃燈亮5秒后熄滅，綠燈亮30秒，然后不斷循環(huán)重復(fù)這個(gè)過程。

3.利用Scratch軟件模擬實(shí)現(xiàn)紅綠燈的過程

Scratch是中山市六年級(jí)第一學(xué)期信息技術(shù)教材第一單元的知識(shí)，我們可以利用學(xué)生學(xué)過的Scratch知識(shí)來(lái)模擬實(shí)現(xiàn)紅綠燈工作的過程。這樣不僅可以讓學(xué)生進(jìn)一步熟悉Scratch的編程知識(shí)，還可以加深他們對(duì)“順序結(jié)構(gòu)”的理解，為下一步利用Mixly（米思齊）進(jìn)行創(chuàng)客編程做好鋪墊。

4.設(shè)計(jì)圖紙與選擇材料

學(xué)生通過查找相關(guān)資料、實(shí)地參觀等方式，結(jié)合自己家鄉(xiāng)的特色設(shè)計(jì)一款紅綠燈模型。這個(gè)環(huán)節(jié)是開放性的，教師要指導(dǎo)各小組在科學(xué)性、合理性的基礎(chǔ)上大膽發(fā)揮想象，畫下自己的創(chuàng)意。最后，教師要指導(dǎo)各小組選擇一款具備科學(xué)性、有特色、比較容易實(shí)現(xiàn)的設(shè)計(jì)圖作為自己小組的設(shè)計(jì)方案。在材料的選擇方面，我們一般推薦椴木結(jié)合硬紙板，比較容易切割。如果有激光切割機(jī)的話，可以采用亞克力板，外形更加美觀。

5.搭建模型與器材組裝

我們要把切割好的材料組裝成紅綠燈模型，并安裝好相關(guān)器材。本文主要用到的器材有：Arduino Nano控制板、USB數(shù)據(jù)線、1顆紅色LED燈、1顆黃色LED燈、1顆綠色LED燈、超聲波、蜂鳴器、按鈕、若干條導(dǎo)線。

6.軟件與硬件的調(diào)試

（1）記錄好紅燈、黃燈、綠燈對(duì)應(yīng)的數(shù)字端口分別是：3、4、5。

（2）開始時(shí)，紅燈亮30秒，然后黃燈亮5秒，最后綠燈亮30秒，然后不斷循環(huán)。

根據(jù)功能描述，利用Mixly（米思齊）編程軟件編寫“紅綠燈”的代碼。Mixly軟件通過搭積木的方式，可以輕松實(shí)現(xiàn)程序代碼。

7.模型的迭代升級(jí)

創(chuàng)客最大的意義就是不斷對(duì)創(chuàng)客作品進(jìn)行迭代升級(jí)，除了對(duì)外觀進(jìn)行改進(jìn)和提升外，還可以在功能上進(jìn)行拓展。一般“紅綠燈”模型的功能可以擴(kuò)展為智能紅綠燈，加入各種傳感器之后可以做成超聲波紅綠燈、按鈕紅綠燈、人體感應(yīng)紅綠燈、帶有人數(shù)統(tǒng)計(jì)功能的紅綠燈等，能夠自動(dòng)檢測(cè)到有人經(jīng)過時(shí)顯示綠燈，人走后自動(dòng)變成紅燈，讓紅綠燈變得更加智能化。

二、項(xiàng)目的展示與評(píng)價(jià)

展示和分享是STEAM教育的一個(gè)非常重要的環(huán)節(jié)，學(xué)生通過展示和分享，能夠?qū)ψ约赫麄€(gè)項(xiàng)目進(jìn)行總結(jié)、提煉，鍛煉他們的口頭表達(dá)能力、演講能力、答辯能力等。比如利用級(jí)會(huì)舉行作品推介會(huì)，讓每個(gè)小組向全年級(jí)的學(xué)生推介自己的作品；拍攝制作過程的小電影，記錄小組制作作品的歷程；撰寫科技小論文或?qū)W習(xí)心得，總結(jié)自己的得與失；制作電子簡(jiǎn)報(bào)、微電影、繪本等，展示自己的成果。

學(xué)生參與這些過程的表現(xiàn)全部記錄在個(gè)人成長(zhǎng)記錄袋中，教師要及時(shí)表彰獎(jiǎng)勵(lì)優(yōu)秀的學(xué)生，激勵(lì)他們后續(xù)的學(xué)習(xí)。

三、項(xiàng)目反思

基于STEAM理念的校本課程是圍繞人的全面發(fā)展來(lái)設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容，教學(xué)的起點(diǎn)是來(lái)自真實(shí)世界的問題或情景。整個(gè)項(xiàng)目的完成都是以學(xué)生為中心，注重過程性，將抽象問題融合各學(xué)科知識(shí)，包含數(shù)學(xué)和科學(xué)知識(shí)，遵循工程和技術(shù)路徑。教學(xué)目的是通過合作探究的過程提升學(xué)生的各學(xué)科能力、學(xué)科素養(yǎng)、思維能力、跨學(xué)科素養(yǎng)。為了完成最后的項(xiàng)目作品，必須調(diào)動(dòng)各種工具（包括技術(shù)工具，互聯(lián)網(wǎng)）和更廣闊的資源作為支撐。