“校园节电”STEAM项目式学习案例

陈德鑫 郭璨

项目简介

本项目设计源于学生的真实生活环境，下课铃一响，学生们就迫切地想要到操场上去活动，班级常常有“长明灯”的现象，造成大量能源浪费。针对这一问题，笔者通过头脑风暴，形成多种解决方案（如制作警示牌、提醒闹钟等），设计了一系列的STEAM学习项目，最终选取制作“智能控制节能灯光”这一方案率先展开研究。经过不断地迭代，最终完成了“智能控制节能灯光”制作，并在各个班级推广使用，达到了“节能”这一目的。

适用年级：4～5年级。

项目时长：1年。

涉及学科：科学、技术、数学、工程、艺术、心理。

驱动问题

如何解决课间不关灯的问题。

核心概念、跨学科概念

未来需要的不是只会读书的“好学生”，而是全面发展的综合型人才。在这个项目实施过程中，学生自主学习数学、科学、工程、美术、心理等方面的学科知识，感受跨学科知识间的必要联系，感受到任何事情的成功都不仅仅依靠某一种能力来实现，而是需要多种能力相互夹持。

学习目标

科学领域：学会低压控制继电器基本知识，能综合运用科学知识解决项目实施过程中的相关问题。

技术领域：知道如何选取制作“智能控制节能灯光”器材，学会主控器编程、调试方法。

工程领域：学会工程调查、设计、模拟、实践、作品展示基本流程，能按工程思维设计不同的方案。

艺术领域：能绘制“智能控制节能灯光”设计图，能对作品进行美化，使作品更美观。

数学领域：知道能源转换的计算方法，计算出电能、燃煤及二氧化碳的数据关联，根据图纸合理选取器材，预算出成本。

心理学领域：知道如何与人有效沟通，掌握五步营销沟通法。

学习评价

过程性评价：过程性评价分为自我评价、小组评价、教师评价、作品展示几部分。

总结性评价：学生对比两次沟通交流的效果，形成总结性评价。

实施过程

任务一：制订项目分解表，明确负责人，渗透规划思想

时间安排：2课时。

学习活动1：组建项目小组。

核心问题1：怎样分组最合理？

阶段性成果1：学生懂得分组时要扬长避短，根据自己的长处和短板进行合理分组。

学习活动2：完善项目分解表。

核心问题2：怎样让项目如期完成？

阶段性成果2：学生具备一定的规划思想，明确负责人及本小组在项目中所负责的任务。

任务二：制订核查表

时间安排：2课时。

学习活动1：师生共同制订核查表。

核心问题1：如何通过制作图表统计学校各班课间关灯情况？

阶段性成果1：初步掌握制订核查表的方法。

学习活动2：由调研小组的同学对全校各班课间关灯情况进行为期一周的调查。

核心问题2：学校课间有多少班级不能做到及时关灯。

阶段性成果2：学生深刻感受到身边的能源浪费问题。

任务三：计算出由不及时关灯导致的能源浪费

时间安排：2课时。

学习活动1：和数学老师学习能源转换的计算方法。

核心问题1：电能、燃煤及二氧化碳之间如何进行能源转换？

阶段性成果1：知道能源转换的计算方法，计算出电能、燃煤及二氧化碳的数据关联。

学习活动2：进行能源转换计算。

核心问题1：课间及时关灯一年会减少多少二氧化碳排放？

阶段性成果1：通过计算知道一年将减少二氧化碳排放量约4.4吨，确定了智能控制节能灯光必要性。

任务四：预设解决方案，确定解决方案

时间安排：2课时。

学习活动1：学生头脑风暴，预设解决方案并做出记录。

核心问题1：如何解决课间不关灯的问题？

阶段性成果1：学生想出了不同的解决方案—指向显著的标记物，制作警示牌提醒大家课间关灯；指向提示声音，制作提醒闹钟提醒大家课间关灯；指向自动化智能，制作智能语音灯光控制系统，在课间及时关灯……

學习活动2：学生头脑风暴，绘制思维导图，确定解决方案。

核心问题2：怎样将这些优点集于一身？

阶段性成果2：确定解决方案，设计一款可以智能控制节能灯光的装置。

任务五：确定最终材料与工具

时间安排：2课时。

学习活动1：小组头脑风暴，师生、生生相互补充完善。

核心问题1：制作这样的装置，需要用到哪些相关器材？

阶段性成果1：学生在相互交流补充的基础上了解所需相关器材及模块。

学习活动2：认识并熟悉相关器材、模块功能。

核心问题2：这些器材、模块具有哪些功能（如图1）？能解决怎样的问题？

阶段性成果2：学生了解器材及模块的功能，做到合理选材，进而确定所需器材，如：①民用电源插座VS24V电池VS普通电池；②控时控开关VS物联网控制；③声光提醒VS舵机控制VS继电器控制。

任务六：制订自我评价表

学习活动1：头脑风暴，思考一个优秀的作品应该满足哪些要求，师生共同设计自我评价表。

核心问题1：一个优秀的作品应该满足哪些要求？

阶段性成果1：有了评价表作为依据，在整个项目的进行中，学生会按照制订的标准去设计与制作，并根据评价量表及时调整自己的学习行为。

任务七：制作智能控制节能灯光装置

学习活动1：设计模块链接图，探究不同模块电路连接方法，分享汇报施工图。

核心问题1：如何设计并绘制模块连接原理图？

阶段性成果1：掌握设计、绘制模块连接原理图的方法。

学习活动2：学习搭建组装。

核心问题2：如何根据原理图进行组装。

阶段性成果2：有了前期的知识储备，学生在教师的引导下完成这部分任务。

学习活动3：给控制器编程，能给语音模块、主控板、教室灯编写程序。（如下页图2，仅为其中一部分）

核心问题3：如何通过编程实现语音控灯？

阶段性成果3：实现语音控制灯光开、关。

学习活动4：编写仿真器编写程序。（如图3，仅为其中一部分）

核心问题4：如何实现在电脑端实时监控教室开关灯情况？

阶段性成果4：实现电脑端控制灯光开、关。

任务八：优化、迭代

时间安排：2课时。

学习活动1：完成自我评价表。

核心问题1：你们小组的作品有哪些优点和不足？

阶段性成果1：通过对自己小组的作品进行评价，了解其优缺点。

学习活动2：小组互评。以小组为单位进行过程性评价，完成小组互评表。

核心问题2：你最喜欢哪个小组的作品？为什么？

階段性成果2：通过小组互相评价，实现相互补充、学习，优化出后续改进方案。

学习活动3：根据评价表改进自己的作品，迭代出新作品。

核心问题3：如何改进你的作品？

阶段性成果3：通过不断地迭代，新作品更具实效性。

学习活动4：教师针对每组迭代出的新作品进行过程性评价。

核心问题4：如何改进？

阶段性成果4：在教师更为公正、理性的评价基础上，进一步优化作品。

任务九：将智能控制节能灯光装置在各个班级推广使用

学习活动1：向心理老师学习五步营销沟通法：①思路清晰；②沟通明确；③主动倾听；④回应同伴；

⑤从不同角度思考问题。

核心问题1：怎样与他人交流沟通？

阶段性成果1：掌握与他人良好的沟通能力。

学习活动2：利用午休时间，由推广小组的同学将“智能控制节能灯光”在各个班级进行推广使用。

核心问题2：如何将你的作品变为产品推销出去？

阶段性成果2：掌握营销及沟通协调能力。

学习活动3：完成口语表达，沟通交流自我评价表。

核心问题3：对比两次展示，表达沟通能力是否有所提升？

阶段性成果3：大幅度提升了学生口语表达及沟通交流的能力。

学习活动4：一周后对使用智能控制节能灯光装置的班级进行回访。

核心问题4：智能控制节能灯光装置还存在哪些不足之处？

阶段性成果4：优化出后续改进方案，便于在今后的活动中进行完善改进。

效果与反思

智能控制节能灯光装置在各个班级的推广使用，大大减少了电能的浪费，反思整个研究过程，存在两个问题：

一是如何通过小组合作实现扬长避短？针对这一问题，教师需在组建项目组时充分了解每一位学生的优缺点，根据不同学生的情况合理布置任务。

二是如何巧妙地将项目进行延续性学习解决生活中的其他实际问题，如结合生活情境引发学生思考如何做到声控教室白板？