基于溫度與氣溫的小學STEM教育項目化探索

林波　狄勇

項目背景

STEM的教育理念已廣獲認可，被認為是未來學校發展的生長點、課程改革的著力點、學習方式的變革點、教師專業提升的支撐點。我國各地雖然涌現了豐富的STEM課程案例，但這些成果往往缺乏可復制性，國內STEM課程開發難度大、時空掣肘多、環境依賴程度高、課程惠及面窄，這些無法回避的現實問題亟待破解。

我們認為，在國家課程中嵌入STEM教育，輔以其他課程形態進行補充，或是一種相對現實和有效的STEM教育本土落地路徑。作為參與到科學教學的信息科技教師，出于直覺天性，我們在科學課程中，將STEM作為一種教學方法進行了粗淺嘗試。本文以教育科學出版社小學科學四年級上冊“溫度與氣溫”一課為例，以制作數字化測溫裝置為驅動目標，探究STEM教育的實踐路徑。

教學目標

知識與技能 了解溫度與氣溫的概念，會用MakeCode編輯器編寫簡易的測溫程序。

過程與方法 選擇正確的方式測量和記錄氣溫，完成實驗記錄。

情感態度與價值觀 培養對氣溫變化的研究興趣，理解長期測量和記錄數據的重要性。

基于STEM的目標重構

1.驅動性問題：如何用micro：bit制作數字化測溫裝置用以探究溫度與氣溫？

2.課程領域：科學、信息科技。

教學重點與難點

教學重點 選擇測量氣溫的環境，完成實驗記錄表。

教學難點 正確測量，并能堅持記錄。

教學準備

1.安裝有MakeCode編輯器的機房環境。

2.對學生進行分組，機房操作以2人為一組，測溫實驗以4—6人為一組。

3.每組配備micro：bit、數據線、電池盒（含電池）各一個。

教學過程

一、情境導入

師：氣溫是指室外陰涼、通風地方的溫度，通過觀察和測量我們周圍大氣的溫度，我們就可以知道當地的氣溫。那我們如何來觀測周邊環境的溫度呢？

學生思考討論，預設學生答案：可以用溫度計。

師：對，除了溫度計外，我們還可以用micro：bit制作一個數字化測溫裝置。

二、儀器標定

師：micro：bit并沒有獨立的溫度傳感器，它是通過監測CPU的芯片溫度來反映所處環境的溫度（如圖1），雖然能反映環境溫度的高低變化，但在精確性上會打折扣，所以我們要進行儀器標定。

（一方面在其中滲透了信息科技課基本程序設計的教學目標，另一方面也借此復習了傳統溫度計的使用，滿足科學課的教學目標要求。）

教師通過電子教室的文件傳輸功能將基于micro：bit的溫度與氣溫實驗記錄表（見表1）發放到學生機桌面，要求學生用Word編輯，在實驗過程中通過填寫電子表格完成記錄。

（雖然是一張簡單的表格，但從信息科技學科的角度來看，對剛剛進入四年級的學生而言，要完美完成任務就涉及了文件重命名、中英文輸入、光標定位、文件夾管理等知識點，也是小小的挑戰。）

教師調查學生對MakeCode編輯器的基礎操作知識掌握情況，并根據學生基礎，演示講解相關知識。演示的第一個程序相當于“HELLO WORLD”，相關環節采取演示法進行教學。

得益于micro：bit較低的入門門檻，經過15分鐘的演示教學后，學生均能編寫出一個通過點陣屏顯示溫度的程序，如圖2。

隨后教師進行了一輪溫度計使用的提示和安全教育，并由課代表和班長協助發放溫度計，學生讀數并記錄數據，如圖3。

學生們發現，即便是同型號的玻璃溫度計，讀數都有差異，思辨就此引發。

發現規律后，學生著手討論和改進程序，對儀器進行校準。這里涉及編輯器數學模塊的使用，邏輯上很簡單，難點反倒是積木塊的定位、嵌套所涉及的鼠標拖放操作。

三、氣溫測量

出于學科教學任務、課時局限以及不增加學生負擔的考慮，筆者并未另行設計和印制實驗記錄表，而是結合科學作業本，讓學生分組領取電池盒后執行測溫實驗，分別測量并記錄教室內的溫度、走廊的溫度、陽光下的溫度、背陰處的溫度，如圖4。

四、思辨總結

STEM教學中，學生的交流互動、反思總結是非常重要的環節。批判性思維的迸發離不開這一環節的鍛造。受限于學科教學進度，我們將這一環節融入了作業的講評中。

圖5是學生的作業本，我們的實驗針對的是第一題“測一測”的內容，所以作業本也是實驗現場的記錄本。

而原本考慮印發填寫的學習支架表（見表2）則受限于課時，被用來引導學生課堂上分組討論后口頭回答。

五、課堂延伸

STEM課程引人入勝的地方在于課程開展時，會產生很多由師生共同創生的有趣的“意外”和多樣的“可能”，這些“旁生枝節”成了社團活動課的優質素材。作為項目補充，在社團活動課上，學生們重點探究了他們最關心的問題——空氣流動速度對溫度的影響。為數字化實驗裝置的變量控制提供改進思路。

第一階段，從各組得到的實驗結果來看，結論均為空氣流動速度的快慢對micro：bit感知溫度沒有影響。但是學生們又覺得這個情況似乎不符合人體的實際感受，因為夏天里風扇會帶給人體清涼的感覺，哪怕酷暑時節，人在游泳后從水中上岸，一旦吹到風，也會冷到哆嗦。

在教師的指引下，經過頭腦風暴，學生們猜測是因為人體表面有汗液、水滴，這時空氣快速流動才導致人體表面溫度迅速降低，于是開啟了第二階段的實驗，如圖6。

各組第二階段的實驗結果說明，如果micro：bit所處環境濕度大，空氣加速流動后會導致micro：bit檢測到的溫度明顯下降。所以，為了保證自制數字化測溫裝置的準確可靠，還是應該避免micro：bit直接受風受潮。

實踐反思

顯而易見，本課采用STEM的教學理念有效激發了學生的內驅力，順利完成了教學任務，其效果應該是在學科教學目標上的錦上添花，至少不存在弱化學科目標的副作用。所以授課方式比授課內容更易引發學生的興趣。

對課堂上的大部分學生而言，他們所經歷的STEM學習還缺少深度，只有少數參與社團活動課的學生獲得了深入探究的機會。但“教育不是注滿水桶，而是點燃火種”，希望日后能在面向全體學生的前提下，適當地將STEM理念嵌于各門學科的日常教學中以拓展教學的廣度，再輔以社團活動、選修課等課堂形態延伸教學的深度，引發學生強烈的內驅力，實現“基礎扎實”與“能力發展”的齊頭并進。

林波 浙江省寧波市廣濟中心小學信息科技教師，近年來一直從事小學創客教育和STEM教育。參與的課題《玩創相融：小學創新啟蒙教育實踐探索》獲2021年浙江省基礎教育教學成果一等獎，指導學生多次在全國、省、市獲佳績。

狄勇 浙江省寧波市廣濟中心小學信息科技教師、寧波市學科骨干教師、市教壇新秀。指導學生獲浙江省青少年科技創新大賽一等獎等獎項二十余項。著有《micro：bit超好玩·米爸帶你學編程》，由人民郵電出版社出版。