“校園節(jié)電”STEAM項(xiàng)目式學(xué)習(xí)案例

陳德鑫 郭璨

項(xiàng)目簡(jiǎn)介

本項(xiàng)目設(shè)計(jì)源于學(xué)生的真實(shí)生活環(huán)境，下課鈴一響，學(xué)生們就迫切地想要到操場(chǎng)上去活動(dòng)，班級(jí)常常有“長(zhǎng)明燈”的現(xiàn)象，造成大量能源浪費(fèi)。針對(duì)這一問題，筆者通過頭腦風(fēng)暴，形成多種解決方案（如制作警示牌、提醒鬧鐘等），設(shè)計(jì)了一系列的STEAM學(xué)習(xí)項(xiàng)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(gè)班級(jí)推廣使用，達(dá)到了“節(jié)能”這一目的。

適用年級(jí)：4～5年級(jí)。

項(xiàng)目時(shí)長(zhǎng)：1年。

涉及學(xué)科：科學(xué)、技術(shù)、數(shù)學(xué)、工程、藝術(shù)、心理。

驅(qū)動(dòng)問題

如何解決課間不關(guān)燈的問題。

核心概念、跨學(xué)科概念

未來(lái)需要的不是只會(huì)讀書的“好學(xué)生”，而是全面發(fā)展的綜合型人才。在這個(gè)項(xiàng)目實(shí)施過程中，學(xué)生自主學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)、科學(xué)、工程、美術(shù)、心理等方面的學(xué)科知識(shí)，感受跨學(xué)科知識(shí)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(lái)實(shí)現(xiàn)，而是需要多種能力相互夾持。

學(xué)習(xí)目標(biāo)

科學(xué)領(lǐng)域：學(xué)會(huì)低壓控制繼電器基本知識(shí)，能綜合運(yùn)用科學(xué)知識(shí)解決項(xiàng)目實(shí)施過程中的相關(guān)問題。

技術(shù)領(lǐng)域：知道如何選取制作“智能控制節(jié)能燈光”器材，學(xué)會(huì)主控器編程、調(diào)試方法。

工程領(lǐng)域：學(xué)會(huì)工程調(diào)查、設(shè)計(jì)、模擬、實(shí)踐、作品展示基本流程，能按工程思維設(shè)計(jì)不同的方案。

藝術(shù)領(lǐng)域：能繪制“智能控制節(jié)能燈光”設(shè)計(jì)圖，能對(duì)作品進(jìn)行美化，使作品更美觀。

數(shù)學(xué)領(lǐng)域：知道能源轉(zhuǎn)換的計(jì)算方法，計(jì)算出電能、燃煤及二氧化碳的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)，根據(jù)圖紙合理選取器材，預(yù)算出成本。

心理學(xué)領(lǐng)域：知道如何與人有效溝通，掌握五步營(yíng)銷溝通法。

學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)

過程性評(píng)價(jià)：過程性評(píng)價(jià)分為自我評(píng)價(jià)、小組評(píng)價(jià)、教師評(píng)價(jià)、作品展示幾部分。

總結(jié)性評(píng)價(jià)：學(xué)生對(duì)比兩次溝通交流的效果，形成總結(jié)性評(píng)價(jià)。

實(shí)施過程

任務(wù)一：制訂項(xiàng)目分解表，明確負(fù)責(zé)人，滲透規(guī)劃思想

時(shí)間安排：2課時(shí)。

學(xué)習(xí)活動(dòng)1：組建項(xiàng)目小組。

核心問題1：怎樣分組最合理？

階段性成果1：學(xué)生懂得分組時(shí)要揚(yáng)長(zhǎng)避短，根據(jù)自己的長(zhǎng)處和短板進(jìn)行合理分組。

學(xué)習(xí)活動(dòng)2：完善項(xiàng)目分解表。

核心問題2：怎樣讓項(xiàng)目如期完成？

階段性成果2：學(xué)生具備一定的規(guī)劃思想，明確負(fù)責(zé)人及本小組在項(xiàng)目中所負(fù)責(zé)的任務(wù)。

任務(wù)二：制訂核查表

時(shí)間安排：2課時(shí)。

學(xué)習(xí)活動(dòng)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(jì)學(xué)校各班課間關(guān)燈情況？

階段性成果1：初步掌握制訂核查表的方法。

學(xué)習(xí)活動(dòng)2：由調(diào)研小組的同學(xué)對(duì)全校各班課間關(guān)燈情況進(jìn)行為期一周的調(diào)查。

核心問題2：學(xué)校課間有多少班級(jí)不能做到及時(shí)關(guān)燈。

階段性成果2：學(xué)生深刻感受到身邊的能源浪費(fèi)問題。

任務(wù)三：計(jì)算出由不及時(shí)關(guān)燈導(dǎo)致的能源浪費(fèi)

時(shí)間安排：2課時(shí)。

學(xué)習(xí)活動(dòng)1：和數(shù)學(xué)老師學(xué)習(xí)能源轉(zhuǎn)換的計(jì)算方法。

核心問題1：電能、燃煤及二氧化碳之間如何進(jìn)行能源轉(zhuǎn)換？

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

學(xué)習(xí)活動(dòng)2：進(jìn)行能源轉(zhuǎn)換計(jì)算。

核心問題1：課間及時(shí)關(guān)燈一年會(huì)減少多少二氧化碳排放？

階段性成果1：通過計(jì)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(wù)四：預(yù)設(shè)解決方案，確定解決方案

時(shí)間安排：2課時(shí)。

學(xué)習(xí)活動(dòng)1：學(xué)生頭腦風(fēng)暴，預(yù)設(shè)解決方案并做出記錄。

核心問題1：如何解決課間不關(guān)燈的問題？

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

學(xué)習(xí)活動(dòng)2：學(xué)生頭腦風(fēng)暴，繪制思維導(dǎo)圖，確定解決方案。

核心問題2：怎樣將這些優(yōu)點(diǎn)集于一身？

階段性成果2：確定解決方案，設(shè)計(jì)一款可以智能控制節(jié)能燈光的裝置。

任務(wù)五：確定最終材料與工具

時(shí)間安排：2課時(shí)。

學(xué)習(xí)活動(dòng)1：小組頭腦風(fēng)暴，師生、生生相互補(bǔ)充完善。

核心問題1：制作這樣的裝置，需要用到哪些相關(guān)器材？

階段性成果1：學(xué)生在相互交流補(bǔ)充的基礎(chǔ)上了解所需相關(guān)器材及模塊。

學(xué)習(xí)活動(dòng)2：認(rèn)識(shí)并熟悉相關(guān)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(xué)生了解器材及模塊的功能，做到合理選材，進(jìn)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(shí)控開關(guān)VS物聯(lián)網(wǎng)控制；③聲光提醒VS舵機(jī)控制VS繼電器控制。

任務(wù)六：制訂自我評(píng)價(jià)表

學(xué)習(xí)活動(dòng)1：頭腦風(fēng)暴，思考一個(gè)優(yōu)秀的作品應(yīng)該滿足哪些要求，師生共同設(shè)計(jì)自我評(píng)價(jià)表。

核心問題1：一個(gè)優(yōu)秀的作品應(yīng)該滿足哪些要求？

階段性成果1：有了評(píng)價(jià)表作為依據(jù)，在整個(gè)項(xiàng)目的進(jìn)行中，學(xué)生會(huì)按照制訂的標(biāo)準(zhǔn)去設(shè)計(jì)與制作，并根據(jù)評(píng)價(jià)量表及時(shí)調(diào)整自己的學(xué)習(xí)行為。

任務(wù)七：制作智能控制節(jié)能燈光裝置

學(xué)習(xí)活動(dòng)1：設(shè)計(jì)模塊鏈接圖，探究不同模塊電路連接方法，分享匯報(bào)施工圖。

核心問題1：如何設(shè)計(jì)并繪制模塊連接原理圖？

階段性成果1：掌握設(shè)計(jì)、繪制模塊連接原理圖的方法。

學(xué)習(xí)活動(dòng)2：學(xué)習(xí)搭建組裝。

核心問題2：如何根據(jù)原理圖進(jìn)行組裝。

階段性成果2：有了前期的知識(shí)儲(chǔ)備，學(xué)生在教師的引導(dǎo)下完成這部分任務(wù)。

學(xué)習(xí)活動(dòng)3：給控制器編程，能給語(yǔ)音模塊、主控板、教室燈編寫程序。（如下頁(yè)圖2，僅為其中一部分）

核心問題3：如何通過編程實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音控?zé)簦?/p>

階段性成果3：實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音控制燈光開、關(guān)。

學(xué)習(xí)活動(dòng)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(shí)現(xiàn)在電腦端實(shí)時(shí)監(jiān)控教室開關(guān)燈情況？

階段性成果4：實(shí)現(xiàn)電腦端控制燈光開、關(guān)。

任務(wù)八：優(yōu)化、迭代

時(shí)間安排：2課時(shí)。

學(xué)習(xí)活動(dòng)1：完成自我評(píng)價(jià)表。

核心問題1：你們小組的作品有哪些優(yōu)點(diǎn)和不足？

階段性成果1：通過對(duì)自己小組的作品進(jìn)行評(píng)價(jià)，了解其優(yōu)缺點(diǎn)。

學(xué)習(xí)活動(dòng)2：小組互評(píng)。以小組為單位進(jìn)行過程性評(píng)價(jià)，完成小組互評(píng)表。

核心問題2：你最喜歡哪個(gè)小組的作品？為什么？

階段性成果2：通過小組互相評(píng)價(jià)，實(shí)現(xiàn)相互補(bǔ)充、學(xué)習(xí)，優(yōu)化出后續(xù)改進(jìn)方案。

學(xué)習(xí)活動(dòng)3：根據(jù)評(píng)價(jià)表改進(jìn)自己的作品，迭代出新作品。

核心問題3：如何改進(jìn)你的作品？

階段性成果3：通過不斷地迭代，新作品更具實(shí)效性。

學(xué)習(xí)活動(dòng)4：教師針對(duì)每組迭代出的新作品進(jìn)行過程性評(píng)價(jià)。

核心問題4：如何改進(jìn)？

階段性成果4：在教師更為公正、理性的評(píng)價(jià)基礎(chǔ)上，進(jìn)一步優(yōu)化作品。

任務(wù)九：將智能控制節(jié)能燈光裝置在各個(gè)班級(jí)推廣使用

學(xué)習(xí)活動(dòng)1：向心理老師學(xué)習(xí)五步營(yíng)銷溝通法：①思路清晰；②溝通明確；③主動(dòng)傾聽；④回應(yīng)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(xué)習(xí)活動(dòng)2：利用午休時(shí)間，由推廣小組的同學(xué)將“智能控制節(jié)能燈光”在各個(gè)班級(jí)進(jìn)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(yíng)銷及溝通協(xié)調(diào)能力。

學(xué)習(xí)活動(dòng)3：完成口語(yǔ)表達(dá)，溝通交流自我評(píng)價(jià)表。

核心問題3：對(duì)比兩次展示，表達(dá)溝通能力是否有所提升？

階段性成果3：大幅度提升了學(xué)生口語(yǔ)表達(dá)及溝通交流的能力。

學(xué)習(xí)活動(dòng)4：一周后對(duì)使用智能控制節(jié)能燈光裝置的班級(jí)進(jìn)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(jìn)方案，便于在今后的活動(dòng)中進(jìn)行完善改進(jìn)。

效果與反思

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

一是如何通過小組合作實(shí)現(xiàn)揚(yáng)長(zhǎng)避短？針對(duì)這一問題，教師需在組建項(xiàng)目組時(shí)充分了解每一位學(xué)生的優(yōu)缺點(diǎn)，根據(jù)不同學(xué)生的情況合理布置任務(wù)。

二是如何巧妙地將項(xiàng)目進(jìn)行延續(xù)性學(xué)習(xí)解決生活中的其他實(shí)際問題，如結(jié)合生活情境引發(fā)學(xué)生思考如何做到聲控教室白板？