新课标视角下STEAM项目的实践探索

谢梓汉

【摘 要】本文介绍了信息科技课标下的一项典型STEAM项目——智能Wi-Fi远程控制太阳能台灯和路灯的案例分析。文中通过STEAM项目案例设计策略、STEAM项目案例分析、STEAM项目效果分析的阐述，分析总结出STEAM项目的优点，即能提高学生参与度、有助于知识融合与应用、有利于培养学生的创新思维与动手能力、能够提高团队协作能力和激发学生学习兴趣。

【关键词】STEAM教育；信息科技课程标准；跨学科学习；深度学习

【中图分类号】G434   【文献标识码】A

【论文编号】1671-7384（2023）07-047-03

跨学科学习是一種教学方法，它将多个学科的知识、技能和观点整合到学习过程中，促进学生对问题进行深入探究、解决，培养其创新思维和协同合作能力。这种学习方法有助于培养学生全面的认知结构，深化其对知识的理解，提高学生综合素质。STEAM项目实践是跨学科学习的典型应用，它将科学（Science）、技术（Technology）、工程（Engineering）、艺术（Arts）和数学（Mathematics）等多个学科的内容融合在一起，帮助学生建立综合性的知识体系，培养学生的创新意识和实践能力[1]。

STEAM项目案例设计策略

1.明确项目主题与目标

在设计STEAM项目时，教师首先要明确项目主题和目标，确保项目的实践性、创新性和趣味性。在明确项目主题与目标时，可以从以下几个方面进行选择和确定。

社会需求与关注：选择与当下社会需求或关注领域相关的主题，使学生在项目中增强对现实问题的认识和解决能力。学生兴趣和需求：了解学生的兴趣点和需求，选择能够激发学生兴趣、引导学生主动参与的主题。教育价值与意义：确保项目具有教育价值和意义，有利于学生的全面发展。跨学科整合：选择可以有效整合多个学科知识、技能和观点的主题，促进学生跨学科学习和实践。可操作性与可行性：选择具有一定难度但可实现的项目主题，以确保学生能够在有限的时间和资源内完成项目。创新性与挑战性：选择具有一定创新性和挑战性的主题，激发学生的创新思维和解决问题的能力。

如在本案例中，主题为设计并制作一个智能Wi-Fi远程控制太阳能台灯和路灯系统，目标是提高用户的使用体验和能源利用率。这个主题符合社会需求（节能环保）、关注学生兴趣（新兴技术应用）、具有教育价值（培养创新意识和实践能力），且具有跨学科整合、可行性高、有技术创新和实现难度等特征。

2.分析跨学科融合点

通过分析跨学科融合点，我们可以将各学科的知识和技能有机地结合在一起[2]，为设计和制作智能Wi-Fi远程控制太阳能台灯和路灯系统提供全面的支持。如通过研究太阳能技术和能源转换与利用，设计出适合的太阳能板；利用深度学习技术和数据传输与通信知识实现智能控制和远程控制功能；运用电子电路设计和制作技巧，完成整个电路系统的搭建和调试；结合艺术设计理念，设计出美观且实用的产品外观；应用数学知识，计算和优化能源转换效率，实现能源的高效利用。这些跨学科融合点将有助于提高项目的实践性、创新性和趣味性。

3.制定教学计划和实施步骤

我们根据项目主题和目标，制定详细的教学计划和实施步骤，确保项目的顺利进行。

4.激发学生兴趣和参与度

我们设计富有挑战性和趣味性的任务，激发学生的兴趣和参与度，让学生在实践中主动探究、解决问题。

5.评估与反馈

我们对项目的实施过程和结果进行评估，给予学生及时的反馈，引导学生不断地反思和改进。

STEAM项目案例分析

1.案例背景

随着科技的发展，人们对智能化家居和绿色环保的需求越来越高。太阳能台灯和路灯的应用已经非常广泛，但是传统的控制方式存在很多局限性。为了解决这些问题，我们可以使用深度学习技术，结合STEAM项目教学，设计一个智能Wi-Fi远程控制太阳能台灯和路灯的项目。

2.主题

本项目旨在设计并制作一个智能Wi-Fi远程控制太阳能台灯和路灯系统，通过使用深度学习技术，使太阳能灯具实现智能化、远程化控制，提高用户的使用体验和能源利用效率。

3.具体步骤

（1）系统设计。为实现用户通过手机或电脑远程控制太阳能灯的开启、关闭和亮度调节等功能，我们需要设计一个基于深度学习技术的控制系统。该系统需要结合Wi-Fi远程控制功能，以便用户可以在不同地点对太阳能灯进行控制。为此，我们将设计如下组件：控制器，负责接收用户的指令并将其转换为电路控制信号，需要具备处理来自不同终端设备的请求的能力；传感器模块，用于收集环境信息，如光照、温度、湿度等，以便实现自动调节功能，需与深度学习模型进行交互，以便根据实时数据调整灯光状态。

（2）材料准备。在搭建太阳能台灯和路灯时，我们需要准备太阳能电池板、LED灯、电池、控制芯片、Wi-Fi模块等。

（3）编程开发。在编程开发阶段，我们将使用Python等编程语言编写代码，实现深度学习模型的搭建和Wi-Fi模块的控制。

深度学习模型搭建采用Python编程语言，结合TensorFlow或PyTorch等深度学习框架，搭建一个适用于本项目的深度学习模型。模型需要能够根据环境数据实时调整灯具的亮度和工作状态。Wi-Fi模块控制，通过编写代码，实现Wi-Fi模块与控制器的通信，以便接收用户指令并控制灯具，同时需要考虑不同终端设备的兼容性，确保用户可以使用各种设备进行远程控制。

（4）硬件调试。在硬件调试阶段，需要将各个部件连接起来，确保电路正常工作。具体步骤如下：连接太阳能电池板、电池和LED灯，根据电路图连接各个部件，确保电源能够正常传输到灯具，并将电能有效地转换为光能；安装控制芯片和传感器模块，将控制芯片与电路相连，并安装传感器模块，确保其能够正常收集环境信息；集成Wi-Fi模块，将Wi-Fi模块与控制器相连，实现远程控制功能；整体调试，在连接好所有部件后，进行整体测试，确保电路连接正确、各部件正常工作。

（5）软件调试。软件调试阶段，我们主要关注Wi-Fi模块与深度学习模型的联动，以及对系统进行优化。

调试深度学习模型：根据实际环境数据，调整模型参数，使其能够更好地适应不同环境条件，实现自动光控功能。优化Wi-Fi模块通信：检查Wi-Fi模块与终端设备的通信效果，优化代码以提高通信速度和稳定性。用户界面优化：为了提高用户体验，可以设计一个简单易用的用户界面，使用户可以方便地对太阳能灯进行远程控制。系统性能优化：在整个系统中寻找可能存在的性能瓶颈，通过代码优化和调整参数提高系统的整体性能。

通过以上步骤，我们可以完成智能Wi-Fi远程控制太阳能台灯和路灯项目的实践。在这个过程中，学生们了解到深度学习技术的基本概念和应用场景，成功地制作出了具有远程控制、自动光控等功能的太阳能灯具。学生们在项目实践中不仅学习了有关硬件和软件的知识，更重要的是掌握了解决问题的方法和思路，培养了动手能力和创新精神。

4.小结

本项目融合了STEAM项目教学和深度学习技术，充分体现了现代教育的趋势和需求，对于提高学生的创新意识、科学素养和实践能力有重要意义。同时，本项目也是一项充满挑战和创新的实践，学生需要充分发挥自己的创造力和团队协作能力，深入探讨问题并寻找解决方案。通过项目实践，学生在动手操作中锻炼了自己的实际能力，为未来的学术和职业生涯打下了堅实的基础[3]。

STEAM项目效果分析

一是能提高学生参与度。通过项目实践，学生在自主探究和动手实践中获得了兴趣，从而提高了学习的热情和积极性。学生更加主动地参与到项目中，充分发挥团队协作精神，共同解决问题。

二是有助于知识融合与应用。在“智能Wi-Fi远程控制太阳能台灯和路灯”项目中，学生需要将所学的跨学科知识进行融合与应用，如深度学习、编程、电子电路等。在项目实践中，学生不仅巩固了所学的理论知识，还提高了将知识应用于实际问题解决的能力。

三是有利于培养学生的创新思维与动手能力。通过项目实践，学生在动手操作过程中培养了自己的创新思维与动手能力。在面对问题时，学生学会了积极思考、独立分析和解决问题，提升了自己的综合素质[4]。

四是能提高学生的团队协作能力。STEAM项目往往需要学生分工合作，共同完成任务。在本项目中，学生通过协作完成了项目的设计、制作和调试工作，培养了团队协作能力，为未来学术和职业生涯的发展奠定了基础。

五是能激发学生学习兴趣。通过实践性强的STEAM项目，学生能够更加直观地感受到学科知识的魅力，激发了学习兴趣和热情[5]。这种学习方式有利于培养学生的终身学习意识和主动探究、持续学习的能力。

总结与期望

通过本文的分析和讨论，我们可以得出以下结论：STEAM教育是一种跨学科的教育模式，它强调科学、技术、工程、艺术和数学的整合，旨在培养学生的创新能力、实践能力和跨学科思维。义教阶段信息科技课标为STEAM教育提供了理论指导和实践依据，有助于推动STEAM教育的发展和普及。

要推动STEAM教育的发展，需要解决教师培训、教育资源配置、课程体系完善等方面的问题。同时，未来的教育实践还可以探索将STEAM项目与其他领域相结合，以培养学生的跨学科思维和综合素质。

本文的研究对于促进STEAM教育在信息科技课标背景下的实践探索具有一定的启示作用。我们应该认识到STEAM教育的重要性，努力探索更多有效的项目实践，为培养新时代的创新人才做出积极的贡献。

通过对“智能Wi-Fi远程控制太阳能台灯和路灯”项目的分析和评述，我们可以看到STEAM教育在跨学科学习和培养学生创新能力、实践能力方面的巨大潜力。在未来的教育实践中，我们应该继续关注和发挥STEAM教育的优势，探索更多具有创新性和实践性的项目，以培养具备跨学科素养和创新精神的新一代人才。

注：本文系广东省中小学教师培训中心专项科研项目2021年度课题“指向深度学习的STEAM项目式教学课例开发与实践研究”（课题立项号：GDSP-2021-Q008）的阶段性研究成果，受广东省周莉萍名教师工作室资助

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