掌控板支持的STEAM项目式学习设计

    郑克度

    steam教育强调跨学科融合，旨在培养学生跨学科的多元思维和实践创新能力。在STEAM教育的推进过程中，如何有效地与不同学科进行融合是STEAM教育的一大挑战，其中，缺少硬件尤其是集成型、兼容性强、多接口、多功能的开源硬件的支持是一个关键因素。为解决STEAM教育中存在的上述问题，本文选择国产开源硬件掌控板作为硬件支撑，以温州市南浦实验中学的《基于slot的教室噪音采集》为例，开展STEAM项目式学习，阐述掌控板对STEAM教育的支持，以期为学校创客教育和STEAM教学的开展提供参考。

    ● 掌控板支持的STEAM项目式学习设计要点

    STEAM项目式学习是融合STEAM素养与项目式学习模式的产物，借鉴科学、技术、工程、艺术和数学的知识与技能，围绕现实生活和学习中存在的问题，帮助学生建构问题解决方案。下面从掌控板的教学应用、性能、便利性出发，结合STEAM项目式学习旨在培养学生多元思维与创新精神的理念，阐述掌控板支持STEAM项目式学习的四大要点。

    1.配置技术工具，支持创新实践

    教学工具是开展STEAM教育的重要支撑条件，本小节从开展STEAM教育所需配置的技术工具（如表1）出发，来说明技术工具是教学开展的前提。技术工具分为软件工具和硬件工具，软件工具包括主流的Mind+、Mixly、mPythonX等编程软件，硬件工具包括掌控板、传感器、3D打印机、笔记本电脑、激光切割机等。其中，国产开源硬件掌控板教学应用广泛、操作方便、安全系数高，在性能上兼容性高、集成性强，WIFI和蓝牙双模通信成功实现了软硬互通，一经上线就在课堂和各类比赛中出现。

    2.运用设计思维，强化问题解决

    项目设计是STEAM项目式学习实施的基础与保障，在项目设计环节，问题驱动是项目式学习设计的首要步骤。好的驱动问题能够引发学生思考，触发学生问题解决的积极性。问题的发现来源于现实问题，在STEAM项目式学习开展的前期，教师运用设计思维的方法与工具带领学生发现问题，在学生具备一定的项目开展经验后，教師可将学习的主动权回归学生，辅助学生发现问题、设计方案、修订发展。设计驱动性问题时，首先要保证紧扣教学大纲，具有一定的挑战性;其次使用头脑风暴法、九宫格法召集小组成员，集中思考与生活紧密相连又能蕴含多学科的结构化知识的问题;最后小组成员共同决议留下具有可行性的问题。教师根据学校实验教学的具体情况筛选本月可执行的问题方案。

    3.设计应用情境，优化设计方案

    STEAM教育强调让学生获得将知识进行情境化应用的能力，能根据不同的背景信息灵活解决问题，进行知识的迁移。STEAM方案的设计来源于实际问题，方案设计是STEAM教育开展的核心环节。对于刚接触项目式学习的学生来说，制订项目设计方案有助于学生理解项目实施进程中的流程安排、实验设备连接原理，也有利于实验按预期进行。因此，在项目式学习中，教师和学生都要特别重视设计方案的优化。STEAM项目式学习方案的设计既要高效率、高质量地解决问题，又要因地制宜结合学校实际发展状况反复迭代设计方案，这在后期项目实施阶段将会起到事半功倍的效果。

    4.多维评价反馈，形成激励效应

    反馈与评价是对项目活动过程及结果进行测量和价值判断的过程，有利于加快后期项目活动的实施进程，同时也是学生获得自我认同感的最佳时机。项目式学习评价强调评价主体多元化、评价维度多样化、评价内容综合性与全面性，尽可能给予学生中肯的学习反馈，对学生产生激励效应。

    上述分析指明了开展STEAM项目式学习的关键环节。本文将以温州市南浦实验中学校本课程《基于slot的教室噪音采集》为例，介绍应用掌控板完成的STEAM项目式学习。

    ● STEAM项目设计

    1.确定项目任务

    噪音的危害是多方面的，对我们的日常生活和工作会造成极大干扰，更严重的情况是噪音可使我们的听力和健康受到损害。学生以噪音采集为问题驱动，使用slot搭建物联网平台收集数据。

    2.制订学习目标

    要求学生学会使用Mind+进行编程，熟练使用掌控板并进行外观设计，会使用slot搭建物联网平台进行数据采集。通过三人一组进行协作学习，创作一个完整的物联网项目，从而培养学生发现问题、解决问题的能力。

    3.设计实验流程

    首先将掌控板作为噪音检测的硬件设备;其次通过网页浏览器进行掌控板检测，通过MQTT协议进行网络传输，完成slot服务器与掌控板的连接;最后通过Mind+可视化编程向掌控板发送噪音收集指令，在slot中进行可视化展示。

    4.做好教学准备

    （1）器材准备：根据项目任务，安装Mind+软件，提前准备好项目所需的各种器材（如表2）。

    （2）学生组织：共三组，每组三人。需要具备扎实的数学、英语、科学、美术功底，有独立批判性思维的能力，有团结协作的能力，有强烈的创新欲望。

    （3）知识准备：在项目实施中，编程阶段需要扎实的数学、英语、计算机知识，数据采集过程中需要科学知识，项目设计和美化阶段需要美术知识。这是一门STEAM校本课程，同时也是一门需要学生创新、协作、创作的创客课程。在活动结束后，每组派代表通过PPT向全校师生进行展示汇报。

    ● STEAM项目实施

    1.情境导入

    在日常生活和学习中噪音无处不在。统计资料表明，当噪音超过100分贝时，会造成相当大数量的噪音性耳聋，高强度的爆震性噪音还可能造成听力永久丧失。那么，我们教室里的噪音指数能达到多少呢？会不会对我们的听觉产生影响呢？鉴于高分贝噪音的危害，我们很有必要对学校中的噪音进行监测和分析，找出解决方案，从而降低噪音，提高我们的记忆力。如何长时间地采集不同地方的噪音值成了我们的困惑，我们如何通过物联网技术解决这个难题呢？