擺玉龍 孫洪陽(yáng) 賈金元

摘要：STEAM教育作為一種新興的強(qiáng)調(diào)跨學(xué)科知識(shí)融合的教育理念，日益受到社會(huì)的關(guān)注，它是在設(shè)定的情景環(huán)境中通過(guò)多學(xué)科的知識(shí)運(yùn)用，開(kāi)放式的探究以及團(tuán)隊(duì)協(xié)作來(lái)完成特定的項(xiàng)目目標(biāo)，在這個(gè)過(guò)程中獲得相關(guān)的知識(shí)。文章以電子科學(xué)為基礎(chǔ)，將物理學(xué)、材料學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)等學(xué)科的知識(shí)融入其中，設(shè)計(jì)了一套STEAM教學(xué)實(shí)踐項(xiàng)目，旨在探究一種跨學(xué)科、整合型的新型課程。項(xiàng)目以STEAM教育的5個(gè)核心要素（科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)、數(shù)學(xué)）為中心，探究在STEAM教育過(guò)程中各學(xué)科之間的連接點(diǎn)，構(gòu)建項(xiàng)目學(xué)習(xí)的知識(shí)體系以及對(duì)學(xué)生各項(xiàng)能力的培養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：STEAM教育；STEAM教學(xué)實(shí)踐項(xiàng)目；電子科學(xué)

中圖分類(lèi)號(hào)：G436文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1674-7615（2018）05-0068-06

DOI：10.15958/j.cnki.jywhlt.2018.05.013

STEAM是科學(xué)（Science）、技術(shù)（Technology）、工程（Engineering）、藝術(shù)（Arts）和數(shù)學(xué)（Mathematics）五門(mén)學(xué)科的縮寫(xiě)。在當(dāng)前知識(shí)信息化的時(shí)代，教育行業(yè)為了培養(yǎng)能夠更好的適應(yīng)社會(huì)的人才，提出了改變?cè)械慕逃Ｊ?，發(fā)現(xiàn)和探索更加智能化、個(gè)性化和綜合化的教育理念的倡導(dǎo)，STEAM教育這個(gè)新的教育理念正被世界各國(guó)所重視。STEAM教育是將科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)、數(shù)學(xué)這五門(mén)學(xué)科的知識(shí)體系進(jìn)行交叉融合，使各學(xué)科之間相互聯(lián)系進(jìn)而形成一個(gè)有機(jī)整體，這一理念源于美國(guó)的實(shí)用主義哲學(xué)，最早于20世紀(jì)50年代開(kāi)始萌芽，起初只有四門(mén)課程統(tǒng)稱(chēng)為STEM，之后美國(guó)學(xué)者Georgette Yakman認(rèn)為在原有的基礎(chǔ)上加入藝術(shù)（Art）元素可以使得STEM教育變得更加的全面，這一觀點(diǎn)得到了教育界的普遍認(rèn)同。[1]

STEAM教育旨在培養(yǎng)學(xué)生的五種基本素養(yǎng)，包括科學(xué)素養(yǎng)，技術(shù)素養(yǎng)，工程素養(yǎng)、藝術(shù)素養(yǎng)以及數(shù)學(xué)素養(yǎng)。美國(guó)州長(zhǎng)協(xié)會(huì)（National Governors Association）2007年頒布的“創(chuàng)新美國(guó)：擬定科學(xué)、技術(shù)、工程與數(shù)學(xué)議程（Innovation America：Building a Science，Technology，Engineering Math Agenda）”共同綱領(lǐng)中指出，在知識(shí)經(jīng)濟(jì)時(shí)代，只有具備STEAM素養(yǎng)的人才能在激烈競(jìng)爭(zhēng)中取得先機(jī)，贏得勝利。學(xué)者們認(rèn)為，STEAM素養(yǎng)是個(gè)體在科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)領(lǐng)域以及相關(guān)交叉領(lǐng)域中運(yùn)用個(gè)人關(guān)于現(xiàn)實(shí)世界運(yùn)行方式的知識(shí)的能力。[2]由此可見(jiàn)，STEAM教育不是將各學(xué)科的知識(shí)機(jī)械性的傳授給學(xué)生，而是通過(guò)將各學(xué)科的知識(shí)融入到項(xiàng)目中去，讓學(xué)生在完成項(xiàng)目的同時(shí)獲得知識(shí)并能夠靈活的運(yùn)用。

STEAM教育的特點(diǎn)是跨學(xué)科融合，這就要求在STEAM教學(xué)中必須將各門(mén)學(xué)科緊密相連，以適當(dāng)?shù)姆绞揭龑?dǎo)學(xué)生掌握知識(shí)和技能，并能夠用自己所學(xué)去解決現(xiàn)實(shí)生活中的問(wèn)題。現(xiàn)有的也是最常見(jiàn)的STEAM教育方式有兩種，一種是基于項(xiàng)目的學(xué)習(xí)（Project-Based Learning），一種是基于問(wèn)題的學(xué)習(xí)（Problem-based learning）。本文采用基于項(xiàng)目的STEAM教育研究方法。學(xué)者黎家厚認(rèn)為基于項(xiàng)目的學(xué)習(xí)的中心是學(xué)習(xí)、研究學(xué)科的概念和原理，學(xué)生為了解決問(wèn)題，通過(guò)親身參加某個(gè)活動(dòng)項(xiàng)目的調(diào)查和研究，從而建構(gòu)起屬于他們自己的知識(shí)體系，并能夠在實(shí)際生活中運(yùn)用到已學(xué)過(guò)的知識(shí)。[1]基于項(xiàng)目的學(xué)習(xí)方法主要是通過(guò)給學(xué)生一個(gè)在特定的情境下的目標(biāo)，讓學(xué)生靈活運(yùn)用各學(xué)科知識(shí)，組成小隊(duì)相互之間交流合作來(lái)通力完成任務(wù)，其目的就是為了讓學(xué)生將所學(xué)知識(shí)融會(huì)貫通并能夠在將來(lái)解決實(shí)際中的問(wèn)題。在整個(gè)學(xué)習(xí)過(guò)程中，學(xué)生是項(xiàng)目的參與者與主導(dǎo)者。

STEAM教育作為一種新興的教育模式，發(fā)展的還不夠成熟，各方都在努力探索一種更為高效的教學(xué)方式。鑒于此，我們提出了一種新的以電子科學(xué)為基礎(chǔ)，整合多種學(xué)科的教學(xué)方法；在項(xiàng)目中我們提出了一種STEAM教育實(shí)踐項(xiàng)目新概念如圖一所示，以項(xiàng)目教學(xué)為主線(xiàn)，切實(shí)做到“講科學(xué)、學(xué)技術(shù)、做工程、求藝術(shù)、究數(shù)學(xué)”，探索一種高效的STEAM教學(xué)方式。在我們的研究項(xiàng)目中以電子科學(xué)中的“秒表”項(xiàng)目為例，分別從科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)和數(shù)學(xué)五個(gè)方面探討其在項(xiàng)目中的應(yīng)用與聯(lián)系，記錄學(xué)生們?cè)陧?xiàng)目中的團(tuán)隊(duì)合作能力，項(xiàng)目操作能力，語(yǔ)言表達(dá)能力等。

一、STEAM教學(xué)實(shí)踐項(xiàng)目案例分析

STEAM教育強(qiáng)調(diào)從現(xiàn)實(shí)的問(wèn)題出發(fā)，提供切合實(shí)際的情境。我們以運(yùn)動(dòng)場(chǎng)上運(yùn)動(dòng)員們爭(zhēng)分奪秒爭(zhēng)得冠軍為情景導(dǎo)入，將“創(chuàng)造出一個(gè)可以精確計(jì)時(shí)的秒表”作為項(xiàng)目的目標(biāo)，在制作過(guò)程中了解時(shí)間的發(fā)展歷史，學(xué)習(xí)秒表的工作原理。整個(gè)項(xiàng)目的學(xué)習(xí)過(guò)程中涉及到了初中的直流電，交流電等物理知識(shí)，應(yīng)用到了時(shí)鐘電路，復(fù)位電路，數(shù)碼管顯示電路等電子科學(xué)知識(shí)，使用電子元件，電路板等材料學(xué)的知識(shí)，以及電路的設(shè)計(jì)，秒表的外觀等藝術(shù)性的培養(yǎng)。學(xué)習(xí)將直流電轉(zhuǎn)換為交流電，將二進(jìn)制轉(zhuǎn)化為十進(jìn)制，明白秒表在電路上實(shí)現(xiàn)的原理。整個(gè)項(xiàng)目采用制造型應(yīng)用模式，制造型STEM教育應(yīng)用的目標(biāo)是完成一個(gè)具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值的物品，并在制造過(guò)程中培養(yǎng)學(xué)習(xí)者的STEM綜合能力。在項(xiàng)目中教師引導(dǎo)學(xué)生綜合運(yùn)用各學(xué)科知識(shí)完成秒表的制造，重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)習(xí)者的工程實(shí)踐能力。[4]教師提供制造秒表的電子器件，教給學(xué)生秒表的實(shí)現(xiàn)方法，然后讓學(xué)生進(jìn)行自由的發(fā)揮，并在完成之后進(jìn)行分享和交流。

本次項(xiàng)目的題目為“精確的秒表”。項(xiàng)目的要求是制造一個(gè)開(kāi)機(jī)顯示“00”，時(shí)間范圍為00～99秒且每秒加1的秒表，設(shè)置開(kāi)始、復(fù)位、停止鍵。項(xiàng)目的目標(biāo)是讓學(xué)生增強(qiáng)動(dòng)手實(shí)踐能力，了解電子科學(xué)中的相關(guān)知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造力和創(chuàng)新能力，讓學(xué)生能夠在生活中懂得時(shí)間的寶貴。

（一）“零距離”接觸科學(xué)

科學(xué)（Science）是認(rèn)識(shí)世界的實(shí)踐方法，通過(guò)將知識(shí)細(xì)化分類(lèi)進(jìn)行研究，最后形成各自的知識(shí)體系。STEAM教育旨在教學(xué)過(guò)程中讓學(xué)生走近科學(xué)，認(rèn)識(shí)科學(xué)，運(yùn)用科學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生的科技素養(yǎng)。在教學(xué)過(guò)程中強(qiáng)調(diào)知識(shí)與生活的融合，提高能力的培養(yǎng)。在本案例中，科學(xué)培養(yǎng)涉及到自然科學(xué)，電子科學(xué)，物理學(xué)，計(jì)算機(jī)科學(xué)等學(xué)科領(lǐng)域。

1電子器件的科學(xué)認(rèn)識(shí)

在“精確的秒表”項(xiàng)目中，為了完成秒表的制作，電子器件是必不可少的組成部分。電子科學(xué)正是一門(mén)以器件的認(rèn)知與應(yīng)用為線(xiàn)索的學(xué)科，而了解電子器件的作用對(duì)理解電子科學(xué)這門(mén)學(xué)科是非常重要的。對(duì)于STEAM教育來(lái)說(shuō)，電子器件的認(rèn)知不僅僅增加了項(xiàng)目的趣味性，還使得項(xiàng)目更加的多元化，更加豐滿(mǎn)全面。在STEAM教育中，我們依托“精確的秒表”這一項(xiàng)目向同學(xué)們介紹一些在項(xiàng)目中用到的電子器件。

（1）認(rèn)識(shí)秒表的“大腦”—單片機(jī)

在STEAM教學(xué)過(guò)程中時(shí)，采用日常生活中的單片機(jī)為課題與學(xué)生進(jìn)行互動(dòng)，在互動(dòng)過(guò)程中完成對(duì)單片機(jī)的介紹，列舉出生活中使用單片機(jī)進(jìn)行工作的例子，引起學(xué)生的共鳴和興趣。單片機(jī)是一種把中央處理器（CPU）、隨機(jī)存儲(chǔ)器（RAM）、只讀存儲(chǔ)器（ROM）、多種I/O口等功能集中到一塊硅片上的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。以圖解的形式簡(jiǎn)單的向?qū)W生呈現(xiàn)出單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，其中穿插著技術(shù)和工程方面的思想讓學(xué)生了解單片機(jī)的設(shè)計(jì)和制作工藝，了解材料學(xué)，化學(xué)，物理學(xué)在這其中的應(yīng)用。單片機(jī)之所以被稱(chēng)為“大腦”是因?yàn)樗軌蚩刂破渌碾娮悠骷瑓f(xié)調(diào)它們的工作，這其中就應(yīng)用到了計(jì)算機(jī)科學(xué)，學(xué)習(xí)程序設(shè)計(jì)是使用單片機(jī)讓秒表精確計(jì)數(shù)的重要方式，這就需要學(xué)生們相互之間進(jìn)行交流和合作。

圖2單片機(jī)功能展示圖（2）認(rèn)識(shí)秒表的“眼睛”—數(shù)碼顯示器

在秒表中LED數(shù)碼顯示器如同人的眼睛一般，它的作用是讓人們能夠看到秒表顯示的時(shí)間。LED數(shù)碼顯示器是七個(gè)發(fā)光二極管封裝在一起組成“8”字型的器件，由內(nèi)部引線(xiàn)控制二極管的開(kāi)關(guān)，使他們展現(xiàn)出不同的數(shù)字。進(jìn)行項(xiàng)目教學(xué)時(shí)，我們以生活中的顯示器為切入點(diǎn)，引入數(shù)碼顯示器的概念，詳細(xì)講解數(shù)碼管顯示器的工作原理使學(xué)生體會(huì)到電子科學(xué)這門(mén)學(xué)科的邏輯思維，再以現(xiàn)場(chǎng)演示的方式向?qū)W生們展示數(shù)碼管顯示器的應(yīng)用，激發(fā)學(xué)生的興趣。

（3）認(rèn)識(shí)秒表的“心臟”—晶振

晶振，也被稱(chēng)為石英晶體振蕩器，是利用石英晶體片制成的，當(dāng)石英晶體薄片受到外加交變電場(chǎng)的作用時(shí)會(huì)產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)給秒表提供時(shí)鐘信號(hào)。晶振如同人的心臟一樣具有穩(wěn)定的頻率震蕩系數(shù)，它能夠產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)的脈沖信號(hào)，廣泛的應(yīng)用到數(shù)字電路中。在STEAM教育中，通過(guò)生物學(xué)上的心臟給人體循環(huán)提供動(dòng)力來(lái)解釋晶振在整個(gè)電路中為秒表提供時(shí)鐘信號(hào)。這種多學(xué)科融合的概念講解能夠讓項(xiàng)目?jī)?nèi)容更加生動(dòng)科學(xué)，充滿(mǎn)趣味。

2電路的科學(xué)講解

電路是電子科學(xué)中的基礎(chǔ)，不管是電路的串聯(lián)、并聯(lián)，還是單回路電路，多網(wǎng)絡(luò)分析，都是認(rèn)識(shí)和學(xué)習(xí)電子科學(xué)必不可少的。在STEAM教學(xué)中，學(xué)生們通過(guò)完成項(xiàng)目來(lái)認(rèn)識(shí)一些簡(jiǎn)單的電路。

（1）時(shí)間產(chǎn)生—時(shí)鐘電路

從石英晶體振蕩器開(kāi)始入手引出時(shí)鐘電路的概念，時(shí)鐘電路就是產(chǎn)生像時(shí)鐘一樣準(zhǔn)確運(yùn)動(dòng)的振蕩電路，按時(shí)間順序進(jìn)行工作。是一種用于產(chǎn)生時(shí)間脈沖的電路。時(shí)鐘電路一般由晶體振蕩器、晶震控制芯片和電容組成。在秒表的制作中，時(shí)鐘電路給秒表提供時(shí)鐘脈沖，產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)，使得秒表能夠正常的工作。

（2）從零開(kāi)始—復(fù)位電路

復(fù)位電路是一種通常使用電阻和電容組合來(lái)使電路恢復(fù)到起始狀態(tài)的電路設(shè)備，利用它把電路恢復(fù)到起始狀態(tài)，就像計(jì)算器的清零按鈕一樣。復(fù)位電路的復(fù)位方式一般有兩種：一種是手動(dòng)復(fù)位；另一種是上電復(fù)位。本次秒表項(xiàng)目采用的是手動(dòng)復(fù)位，通過(guò)按鍵使電路接通，電容充電達(dá)到高電平，實(shí)現(xiàn)秒表的復(fù)位。

（3）實(shí)時(shí)展示—數(shù)碼管顯示電路

數(shù)碼管顯示電路的主要作用是通過(guò)單片機(jī)控制LED數(shù)碼管（發(fā)光二極管），以實(shí)現(xiàn)數(shù)碼管LED屏幕數(shù)字輸出的動(dòng)態(tài)顯示效果，秒表的時(shí)間值就是通過(guò)數(shù)碼管屏幕展示的。在了解控制數(shù)碼管的顯示之前，一定要了解電子科學(xué)中的二進(jìn)制與八進(jìn)制，十進(jìn)制之間的相互轉(zhuǎn)換。

（二）“手把手”學(xué)習(xí)技術(shù)

技術(shù)是人們?yōu)榱藢?shí)現(xiàn)目標(biāo)而使用科學(xué)理論、經(jīng)驗(yàn)、工具、設(shè)施等方法的綜合。技術(shù)作為一種生活必備的技能可謂包羅萬(wàn)象，它滲透到了每一種學(xué)科門(mén)類(lèi)中，例如計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子技術(shù)、生物技術(shù)、工程技術(shù)等等。學(xué)習(xí)技術(shù)有助于學(xué)生在學(xué)習(xí)、生活中有效解決問(wèn)題。在STEAM實(shí)踐教育過(guò)程中，實(shí)踐是教學(xué)的主要方式，而技術(shù)是實(shí)踐的重要方法，學(xué)生通過(guò)有效率的實(shí)踐來(lái)完成秒表的開(kāi)發(fā)。在秒表的制作過(guò)程中，學(xué)生需要學(xué)習(xí)電路板的設(shè)計(jì)、焊接、測(cè)試等技術(shù)來(lái)完成主板的制作，這對(duì)學(xué)生的項(xiàng)目操作能力，整體布局設(shè)計(jì)能力，動(dòng)手實(shí)踐能力都有很大的提高。

1科學(xué)布局—電路板的設(shè)計(jì)

電路板的設(shè)計(jì)好壞決定了電路板是否被采用，好的設(shè)計(jì)能夠使電路板線(xiàn)路更加整潔，故障的概率更小同時(shí)占用更少的空間。學(xué)習(xí)電路板的設(shè)計(jì)有助于提高學(xué)生的整體布局能力，空間利用能力。在設(shè)計(jì)電路板時(shí)，首先在專(zhuān)業(yè)軟件中將所需電子元件選擇好，之后才進(jìn)行電路的設(shè)計(jì)和連接。在教學(xué)過(guò)程中，采用PCB板作為秒表主板的制作平臺(tái)，學(xué)生需要在此基礎(chǔ)上完成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，布局布線(xiàn)，總體優(yōu)化，線(xiàn)路檢查等工作。

2能工巧匠—電路板的焊接

電路板的焊接技術(shù)是電子技術(shù)科學(xué)中的必備的一門(mén)技術(shù)，在電子工業(yè)的生產(chǎn)中應(yīng)用非常的廣泛。焊接技術(shù)門(mén)類(lèi)繁多，在教學(xué)中我們采用最基本也是最簡(jiǎn)單的錫焊技術(shù)，所使用的工具也是簡(jiǎn)單的電烙鐵和錫條。動(dòng)手焊接時(shí)，在保證整個(gè)焊接過(guò)程安全的前提下，教師先向?qū)W生們講解說(shuō)明各種電子器件的辨識(shí)，在傳授焊接的基本技巧并現(xiàn)場(chǎng)演示，最后讓學(xué)生在PCB板上將自己設(shè)計(jì)的秒表焊接上。

3細(xì)致入微—電路板的測(cè)試

電路板的焊接很容易出現(xiàn)虛焊等問(wèn)題，操作不當(dāng)可能導(dǎo)致整個(gè)主板不能正常的工作，因此對(duì)電路板進(jìn)行檢測(cè)是必要的。當(dāng)電路板不能正常工作時(shí)，使用萬(wàn)用表對(duì)電路進(jìn)行測(cè)試是找出錯(cuò)誤的常用方法。在教學(xué)過(guò)程中，教師將電路板檢測(cè)的方法與技巧教授給學(xué)生，讓學(xué)生自己找到錯(cuò)誤并改正，這一過(guò)程有利于培養(yǎng)學(xué)生的耐心，提高專(zhuān)注能力，使學(xué)生有成就感。

（三）“勤思考”建立工程

工程是指以某一設(shè)想為目標(biāo)，通過(guò)使用相關(guān)的科學(xué)知識(shí)和技術(shù)手段，來(lái)制造完成人們期望的實(shí)物，是將科學(xué)、數(shù)學(xué)、技術(shù)、藝術(shù)等領(lǐng)域結(jié)合起來(lái)的綜合學(xué)科。在工程的構(gòu)建過(guò)程中，學(xué)科的融合應(yīng)用顯得至關(guān)重要。在STEAM實(shí)踐教學(xué)中，通過(guò)對(duì)工程的構(gòu)建，來(lái)了解在工程建造中需要的科學(xué)、技術(shù)手段，思考在工程建造中可能存在的問(wèn)題，這對(duì)各學(xué)科的聯(lián)系和講解有很大幫助，構(gòu)建工程能有助于學(xué)生思維更加縝密，邏輯清晰，能夠?qū)W會(huì)從多學(xué)科，多維度，多角度去分析和解決問(wèn)題。

發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，確立目標(biāo)：在工程的構(gòu)建過(guò)程中，項(xiàng)目的確立往往是在有了相關(guān)的需求之后。古人為了方便對(duì)年、月、日進(jìn)行描述，或便于記錄當(dāng)年發(fā)生的大事，便發(fā)明了時(shí)間這一概念，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，慢慢就有了秒表，能夠精確的記錄時(shí)間。在STEAM教學(xué)中，教師通過(guò)提出問(wèn)題，分析問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生去解決問(wèn)題并確立本次項(xiàng)目設(shè)計(jì)的目標(biāo)，培養(yǎng)學(xué)生根據(jù)需求解決問(wèn)題的能力。

考慮周詳，工程設(shè)計(jì)：工程目標(biāo)確立之后，需要對(duì)工程項(xiàng)目進(jìn)行詳細(xì)的調(diào)查，包括信息資料，發(fā)展趨勢(shì)，環(huán)境，物品價(jià)格等，還要調(diào)查是否已經(jīng)有相似物品，防止重復(fù)勞動(dòng)。調(diào)查取證后就要根據(jù)調(diào)查結(jié)果以及產(chǎn)品需求進(jìn)行科學(xué)的設(shè)計(jì)。在STEAM教學(xué)中，教師給出制造秒表所需的工具以及電子器件，引導(dǎo)學(xué)生思考秒表適合在什么環(huán)境下工作，什么樣的環(huán)境會(huì)影響秒表的正常使用，秒表的適應(yīng)人群是什么等，并對(duì)其中的一些問(wèn)題進(jìn)行科學(xué)解釋?zhuān)詈笞寣W(xué)生根據(jù)自己的想法來(lái)設(shè)計(jì)秒表。

檢測(cè)設(shè)計(jì)，完成項(xiàng)目：得到工程的設(shè)計(jì)圖紙。并不能馬上就投入制造，設(shè)計(jì)有時(shí)是不切合實(shí)際的，我們必須對(duì)設(shè)計(jì)的項(xiàng)目進(jìn)行檢測(cè)以確保項(xiàng)目完成時(shí)能夠達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)。檢測(cè)設(shè)計(jì)有很多種方法，例如計(jì)算機(jī)仿真，簡(jiǎn)易模型的搭建等。當(dāng)確保設(shè)計(jì)合理，能夠運(yùn)行時(shí)再開(kāi)始項(xiàng)目的建造。在STEAM教學(xué)中，教師使用計(jì)算機(jī)軟件對(duì)學(xué)生設(shè)計(jì)的秒表進(jìn)行檢測(cè)，糾正錯(cuò)誤的部分并進(jìn)行解釋?zhuān)诖_保學(xué)生創(chuàng)造力的前提下輔助學(xué)生更改錯(cuò)誤，檢測(cè)無(wú)誤后將元器件焊接到電路板上，完成對(duì)秒表的制作，最后檢測(cè)秒表是否能夠正常工作。

（四）“敢想象”創(chuàng)作藝術(shù)

藝術(shù)是人的知識(shí)、情感、理想、意念綜合心理活動(dòng)的有機(jī)產(chǎn)物，是人們現(xiàn)實(shí)生活和精神世界的形象表現(xiàn)。與科學(xué)不同的是，科學(xué)注重“發(fā)現(xiàn)”，而藝術(shù)更加注重“創(chuàng)造”。藝術(shù)表達(dá)是擁有獨(dú)立的人格和自由思想的個(gè)體，發(fā)現(xiàn)美，認(rèn)識(shí)美，感知美并借用藝術(shù)意識(shí)表達(dá)內(nèi)心情感的能力。在STEAM教育中加入藝術(shù)元素是為了在自然科學(xué)的教學(xué)中增加學(xué)習(xí)者對(duì)人文科學(xué)和社會(huì)科學(xué)的關(guān)注與重視。[3]藝術(shù)強(qiáng)調(diào)的是創(chuàng)造，將自己的思想借用現(xiàn)實(shí)中的事物表達(dá)出來(lái)。學(xué)生在制作秒表的過(guò)程中，也是他們進(jìn)行藝術(shù)創(chuàng)造的過(guò)程，將他們對(duì)于時(shí)間的理解，對(duì)產(chǎn)品用途的理解，和自己的情感注入到秒表的設(shè)計(jì)中去。學(xué)生將自己的作品進(jìn)行展示時(shí)，不僅僅為了將作品展示給他人，還為了讓學(xué)生們表達(dá)他們的思想，促進(jìn)友好的交流。因?yàn)樗囆g(shù)是一門(mén)注重人文科學(xué)和社會(huì)科學(xué)的學(xué)科，因此在進(jìn)行藝術(shù)指導(dǎo)時(shí)，有必要對(duì)相關(guān)的歷史，人文，地理等知識(shí)進(jìn)行相關(guān)的講解，例如秒表項(xiàng)目，就可以向?qū)W習(xí)者們普及關(guān)于時(shí)間發(fā)展歷史。

1時(shí)間的發(fā)展歷程

STEAM教育要求學(xué)生能夠從多角度，多學(xué)科，多維度去看問(wèn)題，STEAM項(xiàng)目也要原

于真實(shí)的生活并且具有趣味性。古人從結(jié)繩記事開(kāi)始，一點(diǎn)一點(diǎn)的了解，記錄時(shí)間，先是觀天象，看日月星辰，后來(lái)使用沙漏，蠟燭，最后發(fā)明了時(shí)鐘。人們對(duì)于時(shí)間計(jì)算的越來(lái)越精準(zhǔn)，對(duì)時(shí)間也越來(lái)越珍惜。了解時(shí)間的歷史不僅能夠向?qū)W生們普及自然科學(xué)的知識(shí)增加趣味性，還能夠幫助他們更好的理解秒表。

2秒表制作中的藝術(shù)

在秒表項(xiàng)目中，藝術(shù)可以體現(xiàn)在電路的設(shè)計(jì)布局，秒表的功能，整體的外觀設(shè)計(jì)上。在對(duì)PCB板進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，可以將電路按照功能的不同分成不同的模塊，再將不同的模塊在PCB板上進(jìn)行合理的連接，使得信號(hào)能夠順利進(jìn)行傳輸，同時(shí)模塊內(nèi)的電路也可以進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)，簡(jiǎn)化電路，使電路更加簡(jiǎn)潔。在秒表的功能上，可以根據(jù)喜好增加相關(guān)的功能，例如利用計(jì)算機(jī)學(xué)科的編程知識(shí)增加時(shí)，分，秒的時(shí)間計(jì)算，或者加入萬(wàn)年歷，鬧鐘等功能。在整體外觀設(shè)計(jì)上就可以自由發(fā)揮，充分體現(xiàn)出學(xué)生的特點(diǎn)。

（五）“細(xì)鉆研”探究數(shù)學(xué)

數(shù)學(xué)一詞最早源于古希臘語(yǔ)，有學(xué)習(xí)，學(xué)問(wèn)，科學(xué)之意。數(shù)學(xué)應(yīng)用非常廣泛，小到日常生活，大到科學(xué)研究都離不開(kāi)數(shù)學(xué)，對(duì)數(shù)學(xué)的培養(yǎng)不僅僅是為了提高算數(shù)能力，更是為了培養(yǎng)人的數(shù)學(xué)思維。研究數(shù)學(xué)能夠提高學(xué)生的計(jì)算能力，空間思維能力等，使人們的思維具有邏輯性，嚴(yán)謹(jǐn)性，客觀性。在STEAM教育中，數(shù)學(xué)思維的運(yùn)用貫穿在整個(gè)項(xiàng)目中，在制作秒表的過(guò)程中，電子器件的使用，電路各種參數(shù)的設(shè)定，秒表的編程，電腦軟件的仿真都需要應(yīng)用到數(shù)學(xué)。

在電子器件的使用中，電子器件的選擇，包括器件的參數(shù)，使用的個(gè)數(shù)等等都與數(shù)學(xué)有關(guān)；在進(jìn)行電路的設(shè)計(jì)時(shí)，電路的并聯(lián)，串聯(lián)等都會(huì)給整個(gè)電路帶來(lái)不同的使用參數(shù)，必須使用數(shù)學(xué)知識(shí)對(duì)電路各個(gè)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，來(lái)達(dá)到需要。秒表的編程需要運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)中的編程語(yǔ)言，學(xué)習(xí)使用二進(jìn)制，八進(jìn)制，十進(jìn)制的互相轉(zhuǎn)化也需要用到數(shù)學(xué)的知識(shí)。電腦軟件的仿真需要看懂電路產(chǎn)生的時(shí)序圖，時(shí)序的正確與否直接關(guān)系到秒表的正常使用，這也涉及到數(shù)學(xué)知識(shí)?？偟膩?lái)說(shuō)，在秒表項(xiàng)目中，基本體現(xiàn)了對(duì)學(xué)生數(shù)學(xué)思維的鍛煉，數(shù)學(xué)素養(yǎng)的培養(yǎng)。

二、STEAM項(xiàng)目實(shí)踐研究

STEAM教育作為新興的教育理念，強(qiáng)調(diào)跨學(xué)科的知識(shí)融合，不再以學(xué)科為教育的重點(diǎn)，而是通過(guò)解決特定的問(wèn)題來(lái)學(xué)習(xí)知識(shí)，是一個(gè)不僅重視結(jié)果性知識(shí)同時(shí)還注重過(guò)程性知識(shí)的創(chuàng)新理念。以電子科學(xué)為中心的STEAM教育實(shí)踐項(xiàng)目不僅融合了多學(xué)科的知識(shí)，還將它們巧妙的融入到了制作過(guò)程中。實(shí)際物品的制作不僅增強(qiáng)了實(shí)踐性，還使整個(gè)過(guò)程充滿(mǎn)趣味，增強(qiáng)了團(tuán)隊(duì)交流的能力?；诖?，以電子科學(xué)為中心的STEAM教育實(shí)踐項(xiàng)目有著遠(yuǎn)大的前景。

在實(shí)踐中，我們成立了STEAM創(chuàng)新教育工坊，選拔師范類(lèi)具備不同專(zhuān)業(yè)背景的學(xué)生，設(shè)計(jì)了一整套以電子科學(xué)為基礎(chǔ)的STEAM教學(xué)項(xiàng)目，以“講科學(xué)、學(xué)技術(shù)、做工程、求藝術(shù)、究數(shù)學(xué)”為宗旨，開(kāi)展STEAM項(xiàng)目實(shí)踐研究。我們根據(jù)電子科學(xué)的學(xué)科特色以及特征制定了STEAM教育的教學(xué)方法。1實(shí)際生活中的真實(shí)問(wèn)題。依托現(xiàn)實(shí)生活中的常見(jiàn)現(xiàn)象或物品引出問(wèn)題，增強(qiáng)代入感和興趣，以問(wèn)題為導(dǎo)向促使學(xué)生去解決問(wèn)題，以學(xué)生為中心，注重在過(guò)程中互動(dòng)學(xué)習(xí)。2動(dòng)手實(shí)踐為中心。以電子科學(xué)中的簡(jiǎn)單項(xiàng)目為目標(biāo)，以工程設(shè)計(jì)為主體融入多學(xué)科知識(shí)與技術(shù)，增強(qiáng)動(dòng)手實(shí)踐能力，工程性思維和創(chuàng)造力，使學(xué)生能夠合理的規(guī)劃項(xiàng)目，提高學(xué)生的綜合能力。3強(qiáng)調(diào)開(kāi)放式的探究。STEAM教育過(guò)程中，允許學(xué)生進(jìn)行自由的探索，將自己的想法付諸于現(xiàn)實(shí)，教師在教學(xué)過(guò)程中起到引導(dǎo)的作用，幫助學(xué)生實(shí)現(xiàn)想法或指出錯(cuò)誤。4進(jìn)行團(tuán)隊(duì)合作。學(xué)生在實(shí)踐過(guò)程中可以組成一個(gè)富有成效的團(tuán)隊(duì)，在進(jìn)行設(shè)計(jì)或搭建工程時(shí)可以進(jìn)行交流與合作，這有利于學(xué)生想法的交換，提高工作效率，增強(qiáng)與人交流，團(tuán)隊(duì)合作的能力。5學(xué)習(xí)內(nèi)容貼合學(xué)生本身。在進(jìn)行項(xiàng)目教學(xué)時(shí)，教學(xué)項(xiàng)目中所涉及到的知識(shí)一定要是學(xué)生正在學(xué)習(xí)的或者已經(jīng)學(xué)完的知識(shí)，教學(xué)的內(nèi)容要嚴(yán)謹(jǐn)，讓學(xué)生體會(huì)到所學(xué)知識(shí)的重要性，能夠運(yùn)用知識(shí)解決生活中所遇到的問(wèn)題。6分享反思。對(duì)完成的作品進(jìn)行檢查，對(duì)于成功的作品，鼓勵(lì)學(xué)生與同學(xué)進(jìn)行分享交流，不成功的作品，我們進(jìn)行錯(cuò)誤的糾正，在糾正的過(guò)程中讓同學(xué)進(jìn)行反思。

[8]它從真實(shí)問(wèn)題出發(fā)，以多學(xué)科交叉融合的理念為指導(dǎo)，有利于解決學(xué)校課程滯后與科技進(jìn)步的矛盾。學(xué)習(xí)者在STEAM培訓(xùn)過(guò)程中，通過(guò)解決問(wèn)題，將以電子科學(xué)為中心的學(xué)科內(nèi)容加以整合，學(xué)習(xí)工程設(shè)計(jì)和技術(shù)手段，擴(kuò)寬視野，對(duì)各學(xué)科的知識(shí)融會(huì)貫通，以便在未來(lái)解決類(lèi)似問(wèn)題，更好的適應(yīng)21世紀(jì)智能化和信息化的社會(huì)。

三、結(jié)語(yǔ)

以電子科學(xué)為核心的STEAM教學(xué)實(shí)踐課程是實(shí)施STEAM教學(xué)的有效方式之一，通過(guò)實(shí)踐項(xiàng)目，將物理學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、材料學(xué)等學(xué)科融入到STEAM項(xiàng)目中。在項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中，從真實(shí)問(wèn)題出發(fā)，將實(shí)踐性，動(dòng)態(tài)性，實(shí)景趣味性等原則融入其中，使學(xué)生自主研究探索。在研究過(guò)程中，促進(jìn)學(xué)生之間的交流和合作，通過(guò)掌握工程設(shè)計(jì)，相關(guān)技術(shù)完成對(duì)項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)。在整個(gè)項(xiàng)目體系中，以工程實(shí)踐能力為主導(dǎo)，培養(yǎng)學(xué)生的綜合實(shí)踐能力。因此， STEAM教學(xué)實(shí)踐項(xiàng)目能為工程融入中小學(xué)教育提供參考。

綜上可見(jiàn)，STEAM教育是一門(mén)具有跨學(xué)科，趣味性，體驗(yàn)性，情境性，協(xié)作性，設(shè)計(jì)性，藝術(shù)性，實(shí)證性，技術(shù)增強(qiáng)性的融合性學(xué)科。[2]這是一個(gè)克服傳統(tǒng)教學(xué)方式缺陷的探索，為教育工作者提供了一種新的思路。因此，我們提出以電子科學(xué)為基礎(chǔ)，以工程設(shè)計(jì)為中心，多學(xué)科融合，探索新式師生互動(dòng)的教學(xué)新模式。

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