基于STEAM理念的“模擬紅綠燈實驗”校本化課程設計

文/中山市小欖鎮(zhèn)西區(qū)小學 吳國棟

STEAM課程是一種綜合性、深度探究的活動過程，具有獨特的特點——問題來源于真實世界、以工程與技術為指引、重視探究和過程。因此，筆者將STEAM課程理念引入校本課程，結合“模擬紅綠燈實驗”案例，嘗試帶領學生通過設計項目方案、檢驗設計合理性、評估方案、討論修正等研究過程，培養(yǎng)他們的創(chuàng)客精神和高級思維能力。

一、項目實施

1.提出問題

紅綠燈是學生最熟悉也最感興趣的生活場景之一。高年級的學生基本知道紅綠燈的工作過程，但是對紅綠燈的工作原理還不是特別了解。根據學生的年齡、心理特點，聯系生活情景，設計驅動問題：設計一款富有家鄉(xiāng)特色的紅綠燈模型。

2.了解紅綠燈工作的原理

要實現紅綠燈的效果，就必須清楚知道紅綠燈的工作原理。紅燈亮時，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)重復這個過程。

3.利用Scratch軟件模擬實現紅綠燈的過程

Scratch是中山市六年級第一學期信息技術教材第一單元的知識，我們可以利用學生學過的Scratch知識來模擬實現紅綠燈工作的過程。這樣不僅可以讓學生進一步熟悉Scratch的編程知識，還可以加深他們對“順序結構”的理解，為下一步利用Mixly（米思齊）進行創(chuàng)客編程做好鋪墊。

4.設計圖紙與選擇材料

學生通過查找相關資料、實地參觀等方式，結合自己家鄉(xiāng)的特色設計一款紅綠燈模型。這個環(huán)節(jié)是開放性的，教師要指導各小組在科學性、合理性的基礎上大膽發(fā)揮想象，畫下自己的創(chuàng)意。最后，教師要指導各小組選擇一款具備科學性、有特色、比較容易實現的設計圖作為自己小組的設計方案。在材料的選擇方面，我們一般推薦椴木結合硬紙板，比較容易切割。如果有激光切割機的話，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，并安裝好相關器材。本文主要用到的器材有：Arduino Nano控制板、USB數據線、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、若干條導線。

6.軟件與硬件的調試

（1）記錄好紅燈、黃燈、綠燈對應的數字端口分別是：3、4、5。

（2）開始時，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，可以輕松實現程序代碼。

7.模型的迭代升級

創(chuàng)客最大的意義就是不斷對創(chuàng)客作品進行迭代升級，除了對外觀進行改進和提升外，還可以在功能上進行拓展。一般“紅綠燈”模型的功能可以擴展為智能紅綠燈，加入各種傳感器之后可以做成超聲波紅綠燈、按鈕紅綠燈、人體感應紅綠燈、帶有人數統計功能的紅綠燈等，能夠自動檢測到有人經過時顯示綠燈，人走后自動變成紅燈，讓紅綠燈變得更加智能化。

二、項目的展示與評價

展示和分享是STEAM教育的一個非常重要的環(huán)節(jié)，學生通過展示和分享，能夠對自己整個項目進行總結、提煉，鍛煉他們的口頭表達能力、演講能力、答辯能力等。比如利用級會舉行作品推介會，讓每個小組向全年級的學生推介自己的作品；拍攝制作過程的小電影，記錄小組制作作品的歷程；撰寫科技小論文或學習心得，總結自己的得與失；制作電子簡報、微電影、繪本等，展示自己的成果。

學生參與這些過程的表現全部記錄在個人成長記錄袋中，教師要及時表彰獎勵優(yōu)秀的學生，激勵他們后續(xù)的學習。

三、項目反思

基于STEAM理念的校本課程是圍繞人的全面發(fā)展來設計教學內容，教學的起點是來自真實世界的問題或情景。整個項目的完成都是以學生為中心，注重過程性，將抽象問題融合各學科知識，包含數學和科學知識，遵循工程和技術路徑。教學目的是通過合作探究的過程提升學生的各學科能力、學科素養(yǎng)、思維能力、跨學科素養(yǎng)。為了完成最后的項目作品，必須調動各種工具（包括技術工具，互聯網）和更廣闊的資源作為支撐。