“校園節(jié)電”STEAM項目式學習案例

陳德鑫 郭璨

項目簡介

本項目設計源于學生的真實生活環(huán)境，下課鈴一響，學生們就迫切地想要到操場上去活動，班級常常有“長明燈”的現(xiàn)象，造成大量能源浪費。針對這一問題，筆者通過頭腦風暴，形成多種解決方案（如制作警示牌、提醒鬧鐘等），設計了一系列的STEAM學習項目，最終選取制作“智能控制節(jié)能燈光”這一方案率先展開研究。經(jīng)過不斷地迭代，最終完成了“智能控制節(jié)能燈光”制作，并在各個班級推廣使用，達到了“節(jié)能”這一目的。

適用年級：4～5年級。

項目時長：1年。

涉及學科：科學、技術、數(shù)學、工程、藝術、心理。

驅(qū)動問題

如何解決課間不關燈的問題。

核心概念、跨學科概念

未來需要的不是只會讀書的“好學生”，而是全面發(fā)展的綜合型人才。在這個項目實施過程中，學生自主學習數(shù)學、科學、工程、美術、心理等方面的學科知識，感受跨學科知識間的必要聯(lián)系，感受到任何事情的成功都不僅僅依靠某一種能力來實現(xiàn)，而是需要多種能力相互夾持。

學習目標

科學領域：學會低壓控制繼電器基本知識，能綜合運用科學知識解決項目實施過程中的相關問題。

技術領域：知道如何選取制作“智能控制節(jié)能燈光”器材，學會主控器編程、調(diào)試方法。

工程領域：學會工程調(diào)查、設計、模擬、實踐、作品展示基本流程，能按工程思維設計不同的方案。

藝術領域：能繪制“智能控制節(jié)能燈光”設計圖，能對作品進行美化，使作品更美觀。

數(shù)學領域：知道能源轉(zhuǎn)換的計算方法，計算出電能、燃煤及二氧化碳的數(shù)據(jù)關聯(lián)，根據(jù)圖紙合理選取器材，預算出成本。

心理學領域：知道如何與人有效溝通，掌握五步營銷溝通法。

學習評價

過程性評價：過程性評價分為自我評價、小組評價、教師評價、作品展示幾部分。

總結性評價：學生對比兩次溝通交流的效果，形成總結性評價。

實施過程

任務一：制訂項目分解表，明確負責人，滲透規(guī)劃思想

時間安排：2課時。

學習活動1：組建項目小組。

核心問題1：怎樣分組最合理？

階段性成果1：學生懂得分組時要揚長避短，根據(jù)自己的長處和短板進行合理分組。

學習活動2：完善項目分解表。

核心問題2：怎樣讓項目如期完成？

階段性成果2：學生具備一定的規(guī)劃思想，明確負責人及本小組在項目中所負責的任務。

任務二：制訂核查表

時間安排：2課時。

學習活動1：師生共同制訂核查表。

核心問題1：如何通過制作圖表統(tǒng)計學校各班課間關燈情況？

階段性成果1：初步掌握制訂核查表的方法。

學習活動2：由調(diào)研小組的同學對全校各班課間關燈情況進行為期一周的調(diào)查。

核心問題2：學校課間有多少班級不能做到及時關燈。

階段性成果2：學生深刻感受到身邊的能源浪費問題。

任務三：計算出由不及時關燈導致的能源浪費

時間安排：2課時。

學習活動1：和數(shù)學老師學習能源轉(zhuǎn)換的計算方法。

核心問題1：電能、燃煤及二氧化碳之間如何進行能源轉(zhuǎn)換？

階段性成果1：知道能源轉(zhuǎn)換的計算方法，計算出電能、燃煤及二氧化碳的數(shù)據(jù)關聯(lián)。

學習活動2：進行能源轉(zhuǎn)換計算。

核心問題1：課間及時關燈一年會減少多少二氧化碳排放？

階段性成果1：通過計算知道一年將減少二氧化碳排放量約4.4噸，確定了智能控制節(jié)能燈光必要性。

任務四：預設解決方案，確定解決方案

時間安排：2課時。

學習活動1：學生頭腦風暴，預設解決方案并做出記錄。

核心問題1：如何解決課間不關燈的問題？

階段性成果1：學生想出了不同的解決方案—指向顯著的標記物，制作警示牌提醒大家課間關燈；指向提示聲音，制作提醒鬧鐘提醒大家課間關燈；指向自動化智能，制作智能語音燈光控制系統(tǒng)，在課間及時關燈……

學習活動2：學生頭腦風暴，繪制思維導圖，確定解決方案。

核心問題2：怎樣將這些優(yōu)點集于一身？

階段性成果2：確定解決方案，設計一款可以智能控制節(jié)能燈光的裝置。

任務五：確定最終材料與工具

時間安排：2課時。

學習活動1：小組頭腦風暴，師生、生生相互補充完善。

核心問題1：制作這樣的裝置，需要用到哪些相關器材？

階段性成果1：學生在相互交流補充的基礎上了解所需相關器材及模塊。

學習活動2：認識并熟悉相關器材、模塊功能。

核心問題2：這些器材、模塊具有哪些功能（如圖1）？能解決怎樣的問題？

階段性成果2：學生了解器材及模塊的功能，做到合理選材，進而確定所需器材，如：①民用電源插座VS24V電池VS普通電池；②控時控開關VS物聯(lián)網(wǎng)控制；③聲光提醒VS舵機控制VS繼電器控制。

任務六：制訂自我評價表

學習活動1：頭腦風暴，思考一個優(yōu)秀的作品應該滿足哪些要求，師生共同設計自我評價表。

核心問題1：一個優(yōu)秀的作品應該滿足哪些要求？

階段性成果1：有了評價表作為依據(jù)，在整個項目的進行中，學生會按照制訂的標準去設計與制作，并根據(jù)評價量表及時調(diào)整自己的學習行為。

任務七：制作智能控制節(jié)能燈光裝置

學習活動1：設計模塊鏈接圖，探究不同模塊電路連接方法，分享匯報施工圖。

核心問題1：如何設計并繪制模塊連接原理圖？

階段性成果1：掌握設計、繪制模塊連接原理圖的方法。

學習活動2：學習搭建組裝。

核心問題2：如何根據(jù)原理圖進行組裝。

階段性成果2：有了前期的知識儲備，學生在教師的引導下完成這部分任務。

學習活動3：給控制器編程，能給語音模塊、主控板、教室燈編寫程序。（如下頁圖2，僅為其中一部分）

核心問題3：如何通過編程實現(xiàn)語音控燈？

階段性成果3：實現(xiàn)語音控制燈光開、關。

學習活動4：編寫仿真器編寫程序。（如圖3，僅為其中一部分）

核心問題4：如何實現(xiàn)在電腦端實時監(jiān)控教室開關燈情況？

階段性成果4：實現(xiàn)電腦端控制燈光開、關。

任務八：優(yōu)化、迭代

時間安排：2課時。

學習活動1：完成自我評價表。

核心問題1：你們小組的作品有哪些優(yōu)點和不足？

階段性成果1：通過對自己小組的作品進行評價，了解其優(yōu)缺點。

學習活動2：小組互評。以小組為單位進行過程性評價，完成小組互評表。

核心問題2：你最喜歡哪個小組的作品？為什么？

階段性成果2：通過小組互相評價，實現(xiàn)相互補充、學習，優(yōu)化出后續(xù)改進方案。

學習活動3：根據(jù)評價表改進自己的作品，迭代出新作品。

核心問題3：如何改進你的作品？

階段性成果3：通過不斷地迭代，新作品更具實效性。

學習活動4：教師針對每組迭代出的新作品進行過程性評價。

核心問題4：如何改進？

階段性成果4：在教師更為公正、理性的評價基礎上，進一步優(yōu)化作品。

任務九：將智能控制節(jié)能燈光裝置在各個班級推廣使用

學習活動1：向心理老師學習五步營銷溝通法：①思路清晰；②溝通明確；③主動傾聽；④回應同伴；

⑤從不同角度思考問題。

核心問題1：怎樣與他人交流溝通？

階段性成果1：掌握與他人良好的溝通能力。

學習活動2：利用午休時間，由推廣小組的同學將“智能控制節(jié)能燈光”在各個班級進行推廣使用。

核心問題2：如何將你的作品變?yōu)楫a(chǎn)品推銷出去？

階段性成果2：掌握營銷及溝通協(xié)調(diào)能力。

學習活動3：完成口語表達，溝通交流自我評價表。

核心問題3：對比兩次展示，表達溝通能力是否有所提升？

階段性成果3：大幅度提升了學生口語表達及溝通交流的能力。

學習活動4：一周后對使用智能控制節(jié)能燈光裝置的班級進行回訪。

核心問題4：智能控制節(jié)能燈光裝置還存在哪些不足之處？

階段性成果4：優(yōu)化出后續(xù)改進方案，便于在今后的活動中進行完善改進。

效果與反思

智能控制節(jié)能燈光裝置在各個班級的推廣使用，大大減少了電能的浪費，反思整個研究過程，存在兩個問題：

一是如何通過小組合作實現(xiàn)揚長避短？針對這一問題，教師需在組建項目組時充分了解每一位學生的優(yōu)缺點，根據(jù)不同學生的情況合理布置任務。

二是如何巧妙地將項目進行延續(xù)性學習解決生活中的其他實際問題，如結合生活情境引發(fā)學生思考如何做到聲控教室白板？