一节有趣的STEM课

徐雪梅

[摘   要]对于什么是STEM，如何开设STEM课，不同的地区、不同的学校、不同的学生、不同的器材都会生出不一样的教法。适合学情的STEM课程就是最好的课程。以“会说话的温度计”为主题的STEM课经历了由产生到生成再到升华的过程。

[关键词]STEM;物联网;传感器

什么是STEM？笔者曾经听了很多讲座，其中印象最深刻的是顾建军教授在江苏省首届STEM教育大会上作的题为“STEM教育的价值取向及教育体系建设”的报告。他举了一个简单的生活案例，将食材“萝卜、肉、调料”各自烹饪，会做出“萝卜烧萝卜”“肉烧肉”“调料烧调料” 三道菜;将这三种食材按照烹饪过程融合到一起进行加工，会烹饪出色香味俱全的“萝卜红烧肉”。这个生动的举例，让笔者突然顿悟了：所谓的STEM就是将多学科知识进行有机融合，解决生活的实际问题。那么学校要如何就地取材，教师应怎样恰当引领，才能使学生烧出一盆色香味俱全的STEM大餐呢？在此，以“会说话的温度计”一课为例加以说明。

一、围绕主题，前期准备

一是“烹饪环境”。即准备好开展STEM活动的环境。“会说话的温度计”一课在比特教室中进行。该教室中有3D造型积木，包括正方形、长方形、扇形、三角形、圆形、小直角、钝角、长铆钉、短铆钉、螺丝钉等若干个，运用这些积木可以搭建自己想要的造型。还有Level编程套件，包含主控模块、光敏传感器、温度传感器、语音播放模块、喇叭、短路帽、配套的导线及其他传感器等，将这些电子元器件用导线合理连接可实现相应的功能，与3D造型积木相结合搭建出各种不同的作品。为了实现电路的正常运行，要准备3节1.5伏的干电池。

二是“烹饪大厨”。即在知识技能方面已有所准备的五年级学生。他们已经具备了关于电路连接的基本常识，认识电池的两极，能正确安装电池并连接到主控模块，实现对电路的供电;他们已了解主控模块上输入端口与输出端口的功能，能根据自己作品要实现的功能合理设计造型。

三是“烹饪主题”。即确定一节STEM课的主题。本课的主题是“会说话的温度计”。

二、围绕主题，开展教学

一是“烹饪情境”。即描述问题情境。2018年5月16日，江苏省淮安市洪泽区天气预报显示23～34摄氏度，局部有大到暴雨，天气不正常，突然暴热。当天上午骄阳普照，空气中弥漫着高温，气压有点低，下午两点刮起了大风，暴风雨要来的节奏，天变得有点暗。

二是“烹饪项目”。即提出任务。教师用课件呈现了天气情况的情境，请学生们运用所学知识设计一款能够测量并播报出周边环境温度的作品，要求所设计的作品要能表达设计的目的。

三是“烹饪小组”。即分组。每四人一组。有的组四个男生，有的组四个女生，有的组男女生混合，教师根据学生情况互补分组。

四是“挑选食材”。教师要引导学生根据主题挑选所需要的电子器件。对于“会说话的温度计”主题，首先要有能测量温度的东西。学生找到热敏传感器，教师可播放相关课件帮助学生了解传感器的功能，知道它们常用在火警报警器、水温调节装置和空调上;接着让学生思考怎样才能“会说话”，学生想到了喇叭;喇叭要想发出声音需要和谁组装在一起呢？学生又找到了语音播放模块，以及一系列主要元件、主控模块和电池盒;除了主要“食材”，还要选“配料”，那就是连接各元件的导线。选好材料，接下来就是电路连接，会一帆风顺吗？

五是“烹饪过程”。即实际制作的过程。每个小组将挑选好的器材根据设想连接好，但是可能会发现喇叭不发声。这时学生开始怀疑是不是喇叭坏了。为了消除学生的怀疑，教师将学生的喇叭连接到事先做好的电路上，证明喇叭正常，并且能播報室内的温度。教师还将电路连接图呈现在大屏幕上，让学生与自己组装的电路进行对比，自主发现问题。学生发现：教师的电路输入接口安装了人体感应模块。于是，学生开始分析人体感应模块的功能：当人经过时，这个模块接收到人体发射的红外线，促发语音播放模块将热敏电阻测出的温度值通过喇叭播报出来。教师顺着学生的思维，引导他们从Level套件中寻找哪些模块具备促发输出的功能。有的学生说是麦克风模块，有的说是红外探测模块，还有的说是光敏模块……教师不公布答案，让学生探究不同模块的功能。课堂气氛一下子活跃起来，学生开始忙着调试电路，试验并实现需要的功能。

六是“装饰外观”。产品都需要包装，要引导学生给自己的作品设计一个合理的外形，漂亮地呈现出来。各小组讨论要搭建的造型，然后组内分工，分别完成造型的一部分，最后再组装起来。学生使用3D造型模块搭建作品外形，于是出现了房子、车、花园、飞船、动物等，再将之前连接好的电路安装在造型上。

七是“美味佳肴”。这是展示环节。第一组的作品名叫“泉水叮咚”，用于测试温泉山庄中泉水的温度，以便管理员能够及时监控和调节水温，使泡温泉的人始终感到舒适。主要电子元器件是麦克风模块，当外界声音被麦克风模块收到时，将驱动喇叭播报热敏传感器测出的泉水温度。第二组的作品名叫“家”，用于监测家中温度，以便及时供暖。主要电子元器件是人体感应模块，当它接收到人体发出的红外线时，会驱动喇叭播报热敏传感器测出的室内温度。第三组的作品名叫“校园气象站”，用来测量校园温度，以提醒同学们适时增减衣服。主要电子元器件是红外探测模块，当其探测到环境中的红外线时，将驱动喇叭播报热敏传感器测出的校园环境温度。第四组的作品名叫“美丽公园”，用来测量公园温度，提醒人们注意防暑。主要电子元器件是光敏传感器，当其接收到外界强光时，将驱动喇叭播报热敏传感器测出的公园里的气温。第五组的作品名叫“温控蔬菜大棚”，用来测量蔬菜大棚的温度，以便调节温度促进蔬菜生长。主要电子元器件是开关模块，当按钮置于开的状态，将驱动喇叭播报热敏传感器测出的大棚内温度。以上每一组的作品都与生活相关，学生们也进一步感知了物联网给生活带来的便利。

三、围绕主题，展开演讲

有时看似不起眼的作品，如果用语言创生出故事情境，就生动起来了。教师引导学生围绕作品主题进行演讲并不是一件容易的事，需要循序渐进。一开始，可让学生围绕“5W+1H”展示并演讲。即要说出：作品是谁（who）做的;作品名字是什么（what）;为什么（Why）要这样设计作品的外观和功能;作品适合什么时候（When）使用;作品用在什么地方（Where）;展示并说明如何使用（How）。

看似简单的几句话，对于农村的小学生也并不容易。一开始学生很紧张，眼神躲闪，小脸通红，不敢开口。于是教师改用表格，让学生填关键词，再把填好的内容逐句读出来。经过一段时间的锻炼，学生就能大胆地表达了，现在已经能充满激情并流利地演讲了。学生还利用课后手绘小报，将所学、所想的内容记录下来。因为喜欢这些课程，学生说话、写作、动手、创作设计的能力都在不断提升。

四、围绕主题，总结提升

这一课并没有在展示作品后结束。学生们意犹未尽，进一步探究：能否用自制的会说话的温度计测量自己的体温呢？人的体温都一样吗？于是将热敏传感器夹在腋下、撰在手心、捂在额头，发现手心温度没有腋下温度高，不同的人体温也不一样。学生通过自己动手实践探究，发现了一个又一个不同的结果，感到很兴奋。

突然，有一组学生将会说话的温度计伸到了窗外，发现室外温度是33度，而室内温度是34度，室外温度比室内还低，这是为什么呢？教师没有对此作出解释，而是让学生们去探究原因。教师让学生以小组为单位，到不同楼层的不同办公室去测量温度，并将温度记录下来。第一组学生出发了，过了一会儿都回来了，记录员说：“老师，一楼的温度是30度，二楼的温度是32度。”教师问：“这组数据是你们进到老师的办公室测量出来的吗？”第一组是四位男生，其中一位男生很腼腆地说：“老师，我们没有进去，就在办公室的门口测了一下。”教师追问：“为什么没进去呢？”学生都低下头不说话了。于是教师又让另外一组带着任务出发。在出发前，先让他们模拟了进入教师办公室的场景：先要喊报告，然后说明自己的目的，完成任务之后要将测量结果告诉办公室的老师。这样也就纠正了前一组学生的问题。学生带着教师的叮嘱再一次出发了，回来将测量的经过告诉教师，这时就不像第一组学生那样羞涩了。在这一环节，教师对活动中生成的问题给予了足够的关注，借此机会引导学生进一步探究，帮助学生改进方法，促进学生与他人更好地沟通。

回到课堂，教师将共性问题呈现在学生面前：我们三楼（顶楼）教室的温度是34度，二楼的室内温度是32度，一楼的室内温度是30度，而教室外面的温度是33度，为什么会出现这样一组不同的数据呢？所有学生都陷入了思考。一位学生说：“老师，我们到一楼时，感到明显比我们三楼要凉快，是不是我们三楼的楼顶没有遮挡，吸收的热量多，而一楼因为有二楼、三楼，避开了好多的热量。”学生运用所学开动脑筋，很快探寻出了造成温度差异的原因。这些答案因为是学生自己探究出来的，所以要比教师直接告诉他们印象更深刻。

科学点亮生命。这一节有趣的STEM课将物联网技术与日常生活相结合，通过让学生自己动手组装妙趣横生的传感器作品，激发了他们的想象力，并使其感受到了科技带来的快乐。

数字化的实验、积木化的教学、游戏化的过程、个性化的作业和整合化的展示正是STEM课程的魅力所在。几个传感器、几块组装板……在STEM课堂里，学生可以津津有味地进行物联网组装试验，可以像爱因斯坦那样去想象，像爱迪生那样去创造，并在其中贯穿对生活的热爱。STEM课程有利于开发学生的潜能，启迪学生的智慧，并把生活与课堂紧密联系起来，培养学生成为富有自信、激情和梦想，热爱生活并能夠创造成就的未来公民。