STEAM理念下的校本课程-智能灯教案设计

STEAM理念下的校本课程一智能灯教案设计

【摘要】作为steam课程体系中的重要组成部分，创客课程在各

中小学如火如荼地开展着。但是，现有的大部分创客课程还存在

着重技术轻融合、有任务缺体系的现象。本文结合本校开设的校

本课程一麦克造物记为基础，以生活中楼梯口的智能灯为例，进

行解析，多学科融合学习，制作一个简易的智能灯。

【关键词】STEAM；智能路灯；课程设计；教学案例

研究背景

STEAM教育源自于之前的stem教育，在教育中新加入了艺术ARTs

的范畴。STEAM教育，每个字母都代表着不同的意思。

S:Science（科学）

T:Technology（技术）

E:Engineering（工程）

A:Arts（艺术）

M:Maths（数学）

与传统的教育模式相比，它更注重的是学习与现实世界的联系，

注重的是学习的过程，而不是体现在试卷上的知识结果。

具体来说，STEAM教育更提倡的是将各个领域的知识通过综合的

课程结合起来，加强学科间的相互配合，发挥综合育人功能，让学

生在综合的环境中学习，在项目活动中应用多个学科的知识解决问

题。让学生们自己动手完成他们感兴趣的、并且和他们生活相关的项

目，从过程中学习各种学科以及跨学科的知识。培养创造力，沟通合

作能力，解决问题能力；发现孩子们的兴趣和特长，使孩子们更好的

发挥自我，展现自我。

做为一个新的教育理念，在我校引入Steam课程以后，我们也不

断的进行摸索，进行研究，怎样才能将理论联系实际，开发出具有我

校特色的，适应于我校的课程。在此期间，我们针对于不同年级的学

生，接受力和理解力的差异，设计了不同课例。

在低年级，我们以非编程电子元件为载体，结合现实世界，设计

了不同的主题，通过学生对周围世界的观察与探索，引导孩子们发现

问题、解决问题。在发现问题，解决问题的过程中，学习到了多学科

综合性的知识。比如非编程声控灯的课程，首先通过学生们观察周围

灯的情况，引导学生们发现问题，灯怎样才能更聪明，更智能，再到

我们怎样去制作一个聪明的灯。在此期间，学生们掌握了电路的基础

知识，我们需要输入，输出，电源来实现一个完整的电路，还了解了

声音的发出原理，更理解了阈值这一数学概念，等等，通过对灯外观

的制作，他们还对艺术进行了探索，通过课程最后的展示，他们学会

了与其他人进行沟通，进行分享，增强了沟通合作的能力。

针对于高年级，我们引入了编程，当今社会是一个人工智能的社

会，编程必不可少，我们也是在每节课中设计不同的主题，引导孩子

们介入今天的课程。以抽奖转盘课程为例，我们先让学生思考，在日

常生活中，有哪些是随机的，随机数是一个怎样的概念，在程序中是

怎么实现的，更通过制作一个半圆形的抽奖转盘，理解几何半圆角度

的定义，通过设置不同等级的奖项，学习平均数的知识。最后通过单

片机、舵机、按钮的控制，来完成课程的目标，做出学生自己的作品，

让学生们发挥天马行空的想象，使每个作品加入了自己的特色，使自

己与众不同。

智能灯之搭建声控灯

在导入环节，首先我播放一段进入小区单元门的视频，提出问题:

灯亮需要满足哪些条件呢？

经过讨论交流得出结论：灯亮需要同时满足两个条件：a、有声

音b、光线较暗。由此引出本课课题，制作《智能路灯》。

在之前的学习中，学生已经掌握了利用声音传感器控制灯亮的方

法，因此我首先让学生小组合作完成声控智能灯的搭建。引导学生进

一步理解声控智能灯的工作原理：

实验器材：光线传感器、NOT模块、逻辑与模块、主板、连接线。

这里我首先介绍光线传感器工作原理：即感知到光线后输入信

号。而实际生活中却是当感知不到光线或光线较弱情况下向主板输入

信号，与实际生活恰恰相反，因此我们要在光线传感器上增加NOT模

块。在连接时提醒学生注意线路的输入端和输出端方向正确，将光感

线路接到主板上测试效果，并完成实验记录单。（正确连接灯有光不

亮、无光灯亮，错误连接灯亮异常。）

智能灯之搭建光控灯

实验器材：声音传感器、光线传感器、NOT模块、逻辑与模块、

主板、连接线。

回顾导入视频，需要同时满足光线和声音两个条件灯才亮，但在

上节课学习过输入和输出信号必须在同一条线路上，该怎么办呢？由

此引出实验二：合并两个传感器线路，实验器材有声音传感器、光线

传感器、NOT模块、逻辑与模块、主板、连接线。

此时引出“逻辑与”模块。他的作用是：当需要同时满足多个条

件时，可以将这些条件同时接在模块的一端，信号通过模块整合并输

出到主板。

智能灯之逻辑与模块

“逻辑与”相当于生活中说的“并且”，就是两个条件同时成立

的情况下“逻辑与”的运算结果才为“真”。

其真值表如下:

ABY

111

X00

0X0

说明：“X”可以是0,也可以是1。只有当A和B都是1时，输

出才是1。如果A或B其中一个是0,那么另外一个不管是。还是1

输出都是0o

智能灯之线路与原理

智能灯需要同时满足两个条件才能亮灯，一是判断时间在晚上，

也就是环境光传感器检测到外界光线比较暗；二是有人经过，也就是

声音传感器检测到声音。当这两个条件同时满足的时候，小灯便亮起

来。“逻辑与”模块实现的功能是条件一与条件二同时满足，才会输

出高电位。当然如果发现声音识别不太灵敏，我们也可以加一个阈值

模块，控制最小输入。

需要注意的是，造物粒子套件里面，若是把环境光传感器接在电

源主板的输入端，将-LED小灯接在电源主板的输出端，接通电路以后,

有光LED才会点亮，并且外界光线越亮，LED小灯也越亮。这与本课

智能路灯的要求正好相反，因此需要用到逻辑非模块。电路逻辑图如

下所示，方框中的“黑暗”应该由光线传感器和逻辑非组成，方框中

的“声音”可由声音传感器组成，若是声音采集不够敏感，可组合使

用声音传感器和阈值模块。

黑暗卜、

'|一偏触--，」、灯模块

「

尸♦日

智能灯建成

引导学生自主探究完成两个条件的接入，测试效果。

智能灯之添加延时模块

学生在测试过程中发现灯亮的时间太短暂，不合理。所以这里需

要增加一个延时模块，让灯每次多亮一会。此时出示“延时模块”，

可以通过模块上的旋钮控制延长时间的长短。

连在什么地方呢？（出示可能添加的节点）

这里我组织学生小组合作探究，尝试不同连接方法是否能实现实

验效果，同时要求完成实验记录单。

经过学生探究发现延时模块添加在1、3、4号位置均可以实现在

同时满足声音和光线两个条件的情况下使灯亮延时。此时老师给出建

议，为了让我们的电路更加清晰，作用更加明确，我们可以将延时模

块连接在4号位置。

6

效果评价

STEAM教育不是在桌椅整齐的教室上课，而是在充满积木、木板、

锤刀、画笔、电线、电路板、芯片、3D打印机、以及各种奇怪教育科

技产品的工作坊。我们更愿意把“STEAM”理解为：鼓励学生们亲自动

手设计实施他们感兴趣的、并且和他们生活相关的项目，从过程中获

得学科以及跨学科的知识。把“学科素养”这个看似枯燥的词汇变得

更加生动、生活，强调主动探索的精神，思考和创造能够应用于真实

生活的知识。它不仅是传统理工课程的集中展示，而是有更立体的内

容：跨学科学习、团队协作、交流沟通、语言艺术、重视艺术、注重

过程、动手能力。任何事情的成功都不仅仅依靠某一种能力的实现，

而是需要借于多种能力之间，比如高科技电子产品的建造过程中，不

但需要科学技术，运用高科技手段创新产品功能，还需要好看的外观,

也就是艺术等方面的综合才能，所以单一技能的运用已经无法支撑未

来人才的发展，未来，我们需要的是多方面的综合型人才。STEAM教

育将对综合型人才培养起到极大促进作用。

通过本课学习，学生了解了多种传感器协同工作的方法，进一步

理解了智