STEAM教育理念下的中學(xué)物理創(chuàng)意設(shè)計(jì)活動(dòng)

文/廣州市番禺區(qū)市橋僑聯(lián)中學(xué) 佟雪梅

STEAM教育就是集科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)、數(shù)學(xué)多學(xué)科融合的綜合教育，它作為一種培養(yǎng)復(fù)合型人才的跨學(xué)科整合教育模式，對(duì)提升學(xué)生創(chuàng)新、創(chuàng)造能力具有重要作用與積極意義。本文介紹了LED燈焊接與創(chuàng)作案例、人工智能創(chuàng)意作品案例。

一、LED燈焊接與創(chuàng)作案例

1.摩擦力方向顯示器

我們?cè)O(shè)計(jì)了這樣一個(gè)器材：能夠顯示鞋底受到的摩擦力方向，同時(shí)LED箭頭燈亮的器材。可以直觀地顯示受到向前（或者向后）的摩擦力方向。

2.神奇的臂膀

為了展示液壓?jiǎn)?dòng)以及杠桿原理的應(yīng)用。液壓控制上下左右可移動(dòng)的臂膀；在三個(gè)關(guān)節(jié)上分別裝上液壓裝置來(lái)操控臂膀的上下左右的移動(dòng)。并且有箭頭燈指示上下移動(dòng)的方向。利用注射器把機(jī)械上下左右移動(dòng)，操作在麒麟臂外的針管使得麒麟臂旋轉(zhuǎn)或向上或向下移動(dòng)，操作向上或向下的針管上的按鈕可以使麒麟臂上的LED燈向上亮或向下亮，以此來(lái)模擬運(yùn)動(dòng)信號(hào)，真實(shí)的運(yùn)動(dòng)請(qǐng)以實(shí)物為準(zhǔn)。

液壓控制上下左右移動(dòng)；在關(guān)節(jié)上分別裝上液壓裝置來(lái)操控臂膀的移動(dòng)，并且有箭頭燈指示上下移動(dòng)的方向，能夠很好地用于展示液壓的應(yīng)用和杠桿的使用。

3.超級(jí)英雄之閃爍裝備

英雄頭上戴著一個(gè)藍(lán)色的、方形的、上面有自行焊接的LED燈發(fā)光的帽子，其中一套LED燈閃爍，帽子周?chē)胁噬幕y裝飾，象征著榮譽(yù)。藍(lán)色的鎧甲，鎧甲前有隆起的條紋，象征著健壯和強(qiáng)大；背后有自行焊接的LED燈為后面的士兵們照明；超級(jí)英雄手上還套著四個(gè)藍(lán)色的鎧甲代表著所向披靡的力量。超級(jí)英雄手上的勇者寶劍，是隊(duì)員利用掃把、泡沫填充物等廢舊用品，根據(jù)學(xué)生們心目中的英雄武器精心上色并制作而成的。

五彩繽紛的LED燈閃爍的帽子，背后具有藝術(shù)感的燈光，設(shè)計(jì)合理的系列裝備，是一件極具創(chuàng)新的英雄的服裝。前后LED燈可以用于照明、用于裝飾和代表榮耀。而他手上的勇者寶劍是英雄身上具備的勇氣與才華的標(biāo)志。

二、人工智能創(chuàng)意作品案例

1.空調(diào)擋風(fēng)板自動(dòng)控制器

市面上有熱銷(xiāo)的空調(diào)擋風(fēng)板，它主要目的是避免空調(diào)風(fēng)對(duì)人直吹，但裝了擋風(fēng)板之后，風(fēng)帶出的風(fēng)盤(pán)踞在擋風(fēng)板附近，不能傳輸?shù)礁魈?，空調(diào)擋風(fēng)板的周?chē)容^冷，空調(diào)就認(rèn)為“室溫”已經(jīng)降低到所設(shè)定的溫度，因此就不再制冷了，導(dǎo)致室溫偏高。針對(duì)這不裝擋風(fēng)板時(shí)叫冷，裝了擋風(fēng)板又叫熱的情況，設(shè)計(jì)了空調(diào)擋風(fēng)板自動(dòng)控制器。

在空調(diào)擋風(fēng)板的一個(gè)側(cè)軸上安裝舵機(jī)，與溫度傳感器連接。當(dāng)室溫升高達(dá)到一定溫度時(shí)，空調(diào)擋風(fēng)板升起，使冷風(fēng)吹出，降低室內(nèi)溫度。降低到某一溫度下時(shí)，擋風(fēng)板又落下，擋住冷風(fēng)。

當(dāng)室溫升高達(dá)到一定溫度時(shí)，舵機(jī)啟動(dòng)，空調(diào)擋風(fēng)板升起，使冷風(fēng)吹出，降低室內(nèi)溫度。降低到某一溫度下時(shí)，舵機(jī)反向轉(zhuǎn)動(dòng)，擋風(fēng)板又落下，擋住冷風(fēng)。

2.輪椅導(dǎo)盲器

輪椅導(dǎo)盲器可分為兩部分，上面是光線傳感器組成的燈光系統(tǒng)，下面是超聲波測(cè)距儀組成的報(bào)警系統(tǒng)。這個(gè)裝置上的光線傳感器，在黑暗之中LED燈會(huì)閃爍，可以讓行人更明顯的注意到盲人，讓盲人在黑暗中也能更好的出行，在白天，燈會(huì)自動(dòng)關(guān)閉，起到節(jié)能的作用。這套燈是由焊接技術(shù)拼接成的LED燈群，燈群的形狀是一顆六芒星，燈的旁邊是一個(gè)光線傳感器。

輪椅導(dǎo)盲器的核心部分是超聲波測(cè)距儀，它是由編程技術(shù)和電子元件組成的，它能測(cè)出前方50厘米的身位。超聲波測(cè)距儀的下方是按鈕，左邊的按鈕控制關(guān)閉，右邊的按鈕控制開(kāi)啟。遇到障礙物時(shí)，輪椅導(dǎo)盲器的蜂鳴器會(huì)發(fā)出警報(bào)，從而起到一個(gè)提醒的作用。

3.學(xué)校菜園澆水自動(dòng)報(bào)警器

學(xué)校菜園需要澆水，學(xué)生們每次澆水不知道澆多少，澆水少了不夠用，澆水多了對(duì)菜不好。因此，設(shè)計(jì)一個(gè)濕度報(bào)警器，當(dāng)濕度達(dá)到一定值的時(shí)候，由燈光和聲音“報(bào)警”，學(xué)生聽(tīng)到聲音或看到燈光，就停止?jié)菜?/p>

澆水自動(dòng)報(bào)警器由濕度傳感器和燈光報(bào)警器和聲音報(bào)警器以及芯片和程序組成。濕度傳感器檢測(cè)土壤濕度，當(dāng)土壤濕度達(dá)到一定程度時(shí)，就會(huì)燈亮聲響，自動(dòng)報(bào)警，提醒學(xué)生停止?jié)菜?/p>