肖志紅　袁有志　黃壯弟

摘要：STEM教育不同于傳統(tǒng)學(xué)科的知識(shí)教育，它是一種綜合性的探究教育。本項(xiàng)目是基于某個(gè)小區(qū)路燈控制的真實(shí)問(wèn)題，教學(xué)組織包括“問(wèn)題驅(qū)動(dòng)、知識(shí)應(yīng)用和科學(xué)探究、作品設(shè)計(jì)和制作”等環(huán)節(jié);體現(xiàn)了教師主導(dǎo)、學(xué)生中心、理實(shí)一體、工學(xué)結(jié)合的職教理念，也實(shí)踐了STEM教育的跨學(xué)科理念。

關(guān)鍵詞：STEM教育;問(wèn)題;探究

STEM教育不同于傳統(tǒng)學(xué)科的知識(shí)教育，它是一種綜合性的探究教育。不能僅僅把SETM理解為一種課程模式，還必須把它理解為與STEM課程相匹配的教學(xué)策略及設(shè)置這種課程的目的，完整地把握和理解STEM教育的內(nèi)涵與要求，以提升學(xué)生的STEM綜合性素養(yǎng)為主旨，科學(xué)、合理地實(shí)施STEM教育。

本項(xiàng)目是基于某個(gè)小區(qū)路燈控制的真實(shí)問(wèn)題，從提出假設(shè)、認(rèn)真求證，科學(xué)驗(yàn)證，最終獲得成功;增強(qiáng)了學(xué)習(xí)者的自主性和創(chuàng)造性。教學(xué)組織包括“問(wèn)題驅(qū)動(dòng)、知識(shí)應(yīng)用和科學(xué)探究、作品設(shè)計(jì)和制作”等基本活動(dòng);過(guò)程體現(xiàn)了教師主導(dǎo)、學(xué)生中心、理實(shí)一體、工學(xué)結(jié)合的職教理念，也實(shí)踐了STEM教育的跨學(xué)科理念;取得了良好的教學(xué)效果。

一、問(wèn)題提出

STEM學(xué)習(xí)是探究性學(xué)習(xí)，探究必須從問(wèn)題開(kāi)始，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題是STEM的開(kāi)端。PLC控制的路燈電路的設(shè)計(jì)與調(diào)試是基于生活情景的真實(shí)問(wèn)題，在錦秀世家小區(qū)路燈控制每天都需要保安操作，影響物業(yè)管理的效益，現(xiàn)物業(yè)公司決定對(duì)路燈控制電路用PLC進(jìn)行改造，作為一名學(xué)生你可以做到嗎？

二、任務(wù)與要求

根據(jù)路燈控制的任務(wù)要求對(duì)項(xiàng)目所需器材進(jìn)行選型，接線;列出I/O分配，畫(huà)出接線圖，編寫(xiě)程序;安裝路燈電路并配合程序進(jìn)行調(diào)試;正確使用工具，規(guī)范操作，安全用電。

三、知識(shí)運(yùn)用與科學(xué)探究

科學(xué)假設(shè)是科學(xué)理論的一種可能表達(dá)。PLC控制的路燈電路的教學(xué)設(shè)計(jì)先運(yùn)用定時(shí)器實(shí)現(xiàn)路燈的自動(dòng)控制，經(jīng)過(guò)研究不太科學(xué)。老師引導(dǎo)學(xué)生再提出了用步進(jìn)指令和計(jì)數(shù)器定時(shí)的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)路燈自動(dòng)控制的假設(shè)，學(xué)生通過(guò)編程、仿真、調(diào)試等過(guò)程進(jìn)行科學(xué)求證。

路燈每天要智能開(kāi)關(guān)燈，如何實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制呢？定時(shí)指令T的學(xué)，如T0 K32767，常數(shù)范圍K不能大于32767。定時(shí)系數(shù)為0.1s，若選K30000，定時(shí)時(shí)間為3000S，可換算為50分鐘。1天為1440分鐘;如果用定時(shí)器實(shí)現(xiàn)，需要30個(gè)48分鐘的定時(shí)器，編寫(xiě)的程序冗長(zhǎng)，占用PLC存儲(chǔ)空間。可否用其它方式實(shí)現(xiàn)定時(shí)昵？

科學(xué)探究：用脈沖指令和計(jì)數(shù)器定時(shí)。M8012、M8013、M8014分別是對(duì)應(yīng)0.1s、1s、1m的脈沖，如果用1分鐘的脈沖控制計(jì)數(shù)指令CI00 K720，可計(jì)時(shí)720m（分鐘），即12h，如圖1所示。如果路燈接通12h，斷開(kāi)12h，用兩組計(jì)數(shù)器就可以實(shí)現(xiàn)1天的控制。

四、作品設(shè)計(jì)與制作

STEM是一種基于證據(jù)的學(xué)習(xí)。標(biāo)準(zhǔn)是行動(dòng)的指南，在PLC控制的路燈電路的實(shí)施過(guò)程中，教師提供了工程驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，保證了作品的質(zhì)量，學(xué)生經(jīng)過(guò)綜合調(diào)試硬件和程序，在下午6：30分開(kāi)燈，在第二天早上6：30分燈熄滅，連續(xù)觀察，每天都能準(zhǔn)時(shí)開(kāi)關(guān)燈，驗(yàn)證了方案的可行性，小區(qū)路燈改造后，啟動(dòng)一次，一勞永逸，解決了小區(qū)保安每天要重復(fù)開(kāi)關(guān)燈的工作。為了節(jié)約時(shí)間，在教學(xué)過(guò)程中可用14.4S仿真代替24H。在驗(yàn)證過(guò)程中，有個(gè)別小組完成不太順利，主要是軟件編程或接線上出現(xiàn)了一些問(wèn)題，經(jīng)過(guò)反復(fù)調(diào)試，最終都獲得了成功，STEM教學(xué)生成度高、有效。產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制作過(guò)程如下。

（一）I/O分配表

PLC的I/O分配見(jiàn)表1，可參考接線。

（二）程序編寫(xiě)與仿真調(diào)試

打開(kāi)GX Developer軟件，畫(huà)梯形圖，如圖2所示，可實(shí)現(xiàn)14.4S循環(huán)，24S控制如何實(shí)現(xiàn)？24h控制如何實(shí)現(xiàn)？要求學(xué)生遷移解決問(wèn)題。

（三）作品制作

準(zhǔn)備項(xiàng)目器材，按圖紙要求定件元件，正確使用工具接線，下載程序，調(diào)試，按下啟動(dòng)按鈕SB1，HL1路燈能按要求自動(dòng)運(yùn)行，按下SB2停止。

五、收獲與努力方向

從提出問(wèn)題到得出結(jié)論，是科學(xué)研究的完整過(guò)程。對(duì)于工程問(wèn)題而言，要根據(jù)方案的實(shí)施情況對(duì)方案進(jìn)行評(píng)估，驗(yàn)證其效果，進(jìn)行修正和完善，穩(wěn)定可靠運(yùn)行。STEM作為一個(gè)教學(xué)策略，在作品設(shè)計(jì)制作、反思分享過(guò)程中，每個(gè)小組對(duì)路燈電路的設(shè)計(jì)與調(diào)試過(guò)程的問(wèn)題、驗(yàn)證和結(jié)論等進(jìn)行了實(shí)踐，提升學(xué)習(xí)遷移能力;分享交流與評(píng)價(jià)過(guò)程中，產(chǎn)生新了新的觀點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)了新的問(wèn)題，如學(xué)生提出了一個(gè)小區(qū)有多條街要控制、冬夏白晝的時(shí)間差異、自動(dòng)傳感感光等創(chuàng)造性的問(wèn)題。在新的問(wèn)題驅(qū)動(dòng)下，學(xué)生反復(fù)經(jīng)歷完整的科學(xué)探究過(guò)程。部分小組程序編寫(xiě)過(guò)程中實(shí)現(xiàn)了從驗(yàn)證到創(chuàng)新的突破。通過(guò)PLC控制的路燈電路的設(shè)計(jì)與調(diào)試，培養(yǎng)了學(xué)生利用科學(xué)知識(shí)解決工程間題的能力。在STEM實(shí)踐與探索過(guò)程中，下一步要努力做到課程內(nèi)容與職業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)接，教學(xué)過(guò)程與生產(chǎn)過(guò)程對(duì)接;融合STEM理念，深化職業(yè)教育人才培養(yǎng)模式改革。

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