林波　狄勇

項(xiàng)目背景

STEM的教育理念已廣獲認(rèn)可，被認(rèn)為是未來(lái)學(xué)校發(fā)展的生長(zhǎng)點(diǎn)、課程改革的著力點(diǎn)、學(xué)習(xí)方式的變革點(diǎn)、教師專(zhuān)業(yè)提升的支撐點(diǎn)。我國(guó)各地雖然涌現(xiàn)了豐富的STEM課程案例，但這些成果往往缺乏可復(fù)制性，國(guó)內(nèi)STEM課程開(kāi)發(fā)難度大、時(shí)空掣肘多、環(huán)境依賴(lài)程度高、課程惠及面窄，這些無(wú)法回避的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題亟待破解。

我們認(rèn)為，在國(guó)家課程中嵌入STEM教育，輔以其他課程形態(tài)進(jìn)行補(bǔ)充，或是一種相對(duì)現(xiàn)實(shí)和有效的STEM教育本土落地路徑。作為參與到科學(xué)教學(xué)的信息科技教師，出于直覺(jué)天性，我們?cè)诳茖W(xué)課程中，將STEM作為一種教學(xué)方法進(jìn)行了粗淺嘗試。本文以教育科學(xué)出版社小學(xué)科學(xué)四年級(jí)上冊(cè)“溫度與氣溫”一課為例，以制作數(shù)字化測(cè)溫裝置為驅(qū)動(dòng)目標(biāo)，探究STEM教育的實(shí)踐路徑。

教學(xué)目標(biāo)

知識(shí)與技能 了解溫度與氣溫的概念，會(huì)用MakeCode編輯器編寫(xiě)簡(jiǎn)易的測(cè)溫程序。

過(guò)程與方法 選擇正確的方式測(cè)量和記錄氣溫，完成實(shí)驗(yàn)記錄。

情感態(tài)度與價(jià)值觀 培養(yǎng)對(duì)氣溫變化的研究興趣，理解長(zhǎng)期測(cè)量和記錄數(shù)據(jù)的重要性。

基于STEM的目標(biāo)重構(gòu)

1.驅(qū)動(dòng)性問(wèn)題：如何用micro：bit制作數(shù)字化測(cè)溫裝置用以探究溫度與氣溫？

2.課程領(lǐng)域：科學(xué)、信息科技。

教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)

教學(xué)重點(diǎn) 選擇測(cè)量氣溫的環(huán)境，完成實(shí)驗(yàn)記錄表。

教學(xué)難點(diǎn) 正確測(cè)量，并能堅(jiān)持記錄。

教學(xué)準(zhǔn)備

1.安裝有MakeCode編輯器的機(jī)房環(huán)境。

2.對(duì)學(xué)生進(jìn)行分組，機(jī)房操作以2人為一組，測(cè)溫實(shí)驗(yàn)以4—6人為一組。

3.每組配備micro：bit、數(shù)據(jù)線、電池盒（含電池）各一個(gè)。

教學(xué)過(guò)程

一、情境導(dǎo)入

師：氣溫是指室外陰涼、通風(fēng)地方的溫度，通過(guò)觀察和測(cè)量我們周?chē)髿獾臏囟龋覀兙涂梢灾喇?dāng)?shù)氐臍鉁?。那我們?nèi)绾蝸?lái)觀測(cè)周邊環(huán)境的溫度呢？

學(xué)生思考討論，預(yù)設(shè)學(xué)生答案：可以用溫度計(jì)。

師：對(duì)，除了溫度計(jì)外，我們還可以用micro：bit制作一個(gè)數(shù)字化測(cè)溫裝置。

二、儀器標(biāo)定

師：micro：bit并沒(méi)有獨(dú)立的溫度傳感器，它是通過(guò)監(jiān)測(cè)CPU的芯片溫度來(lái)反映所處環(huán)境的溫度（如圖1），雖然能反映環(huán)境溫度的高低變化，但在精確性上會(huì)打折扣，所以我們要進(jìn)行儀器標(biāo)定。

（一方面在其中滲透了信息科技課基本程序設(shè)計(jì)的教學(xué)目標(biāo)，另一方面也借此復(fù)習(xí)了傳統(tǒng)溫度計(jì)的使用，滿足科學(xué)課的教學(xué)目標(biāo)要求。）

教師通過(guò)電子教室的文件傳輸功能將基于micro：bit的溫度與氣溫實(shí)驗(yàn)記錄表（見(jiàn)表1）發(fā)放到學(xué)生機(jī)桌面，要求學(xué)生用Word編輯，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中通過(guò)填寫(xiě)電子表格完成記錄。

（雖然是一張簡(jiǎn)單的表格，但從信息科技學(xué)科的角度來(lái)看，對(duì)剛剛進(jìn)入四年級(jí)的學(xué)生而言，要完美完成任務(wù)就涉及了文件重命名、中英文輸入、光標(biāo)定位、文件夾管理等知識(shí)點(diǎn)，也是小小的挑戰(zhàn)。）

教師調(diào)查學(xué)生對(duì)MakeCode編輯器的基礎(chǔ)操作知識(shí)掌握情況，并根據(jù)學(xué)生基礎(chǔ)，演示講解相關(guān)知識(shí)。演示的第一個(gè)程序相當(dāng)于“HELLO WORLD”，相關(guān)環(huán)節(jié)采取演示法進(jìn)行教學(xué)。

得益于micro：bit較低的入門(mén)門(mén)檻，經(jīng)過(guò)15分鐘的演示教學(xué)后，學(xué)生均能編寫(xiě)出一個(gè)通過(guò)點(diǎn)陣屏顯示溫度的程序，如圖2。

隨后教師進(jìn)行了一輪溫度計(jì)使用的提示和安全教育，并由課代表和班長(zhǎng)協(xié)助發(fā)放溫度計(jì)，學(xué)生讀數(shù)并記錄數(shù)據(jù)，如圖3。

學(xué)生們發(fā)現(xiàn)，即便是同型號(hào)的玻璃溫度計(jì)，讀數(shù)都有差異，思辨就此引發(fā)。

發(fā)現(xiàn)規(guī)律后，學(xué)生著手討論和改進(jìn)程序，對(duì)儀器進(jìn)行校準(zhǔn)。這里涉及編輯器數(shù)學(xué)模塊的使用，邏輯上很簡(jiǎn)單，難點(diǎn)反倒是積木塊的定位、嵌套所涉及的鼠標(biāo)拖放操作。

三、氣溫測(cè)量

出于學(xué)科教學(xué)任務(wù)、課時(shí)局限以及不增加學(xué)生負(fù)擔(dān)的考慮，筆者并未另行設(shè)計(jì)和印制實(shí)驗(yàn)記錄表，而是結(jié)合科學(xué)作業(yè)本，讓學(xué)生分組領(lǐng)取電池盒后執(zhí)行測(cè)溫實(shí)驗(yàn)，分別測(cè)量并記錄教室內(nèi)的溫度、走廊的溫度、陽(yáng)光下的溫度、背陰處的溫度，如圖4。

四、思辨總結(jié)

STEM教學(xué)中，學(xué)生的交流互動(dòng)、反思總結(jié)是非常重要的環(huán)節(jié)。批判性思維的迸發(fā)離不開(kāi)這一環(huán)節(jié)的鍛造。受限于學(xué)科教學(xué)進(jìn)度，我們將這一環(huán)節(jié)融入了作業(yè)的講評(píng)中。

圖5是學(xué)生的作業(yè)本，我們的實(shí)驗(yàn)針對(duì)的是第一題“測(cè)一測(cè)”的內(nèi)容，所以作業(yè)本也是實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)的記錄本。

而原本考慮印發(fā)填寫(xiě)的學(xué)習(xí)支架表（見(jiàn)表2）則受限于課時(shí)，被用來(lái)引導(dǎo)學(xué)生課堂上分組討論后口頭回答。

五、課堂延伸

STEM課程引人入勝的地方在于課程開(kāi)展時(shí)，會(huì)產(chǎn)生很多由師生共同創(chuàng)生的有趣的“意外”和多樣的“可能”，這些“旁生枝節(jié)”成了社團(tuán)活動(dòng)課的優(yōu)質(zhì)素材。作為項(xiàng)目補(bǔ)充，在社團(tuán)活動(dòng)課上，學(xué)生們重點(diǎn)探究了他們最關(guān)心的問(wèn)題——空氣流動(dòng)速度對(duì)溫度的影響。為數(shù)字化實(shí)驗(yàn)裝置的變量控制提供改進(jìn)思路。

第一階段，從各組得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，結(jié)論均為空氣流動(dòng)速度的快慢對(duì)micro：bit感知溫度沒(méi)有影響。但是學(xué)生們又覺(jué)得這個(gè)情況似乎不符合人體的實(shí)際感受，因?yàn)橄奶炖镲L(fēng)扇會(huì)帶給人體清涼的感覺(jué)，哪怕酷暑時(shí)節(jié)，人在游泳后從水中上岸，一旦吹到風(fēng)，也會(huì)冷到哆嗦。

在教師的指引下，經(jīng)過(guò)頭腦風(fēng)暴，學(xué)生們猜測(cè)是因?yàn)槿梭w表面有汗液、水滴，這時(shí)空氣快速流動(dòng)才導(dǎo)致人體表面溫度迅速降低，于是開(kāi)啟了第二階段的實(shí)驗(yàn)，如圖6。

各組第二階段的實(shí)驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明，如果micro：bit所處環(huán)境濕度大，空氣加速流動(dòng)后會(huì)導(dǎo)致micro：bit檢測(cè)到的溫度明顯下降。所以，為了保證自制數(shù)字化測(cè)溫裝置的準(zhǔn)確可靠，還是應(yīng)該避免micro：bit直接受風(fēng)受潮。

實(shí)踐反思

顯而易見(jiàn)，本課采用STEM的教學(xué)理念有效激發(fā)了學(xué)生的內(nèi)驅(qū)力，順利完成了教學(xué)任務(wù)，其效果應(yīng)該是在學(xué)科教學(xué)目標(biāo)上的錦上添花，至少不存在弱化學(xué)科目標(biāo)的副作用。所以授課方式比授課內(nèi)容更易引發(fā)學(xué)生的興趣。

對(duì)課堂上的大部分學(xué)生而言，他們所經(jīng)歷的STEM學(xué)習(xí)還缺少深度，只有少數(shù)參與社團(tuán)活動(dòng)課的學(xué)生獲得了深入探究的機(jī)會(huì)。但“教育不是注滿水桶，而是點(diǎn)燃火種”，希望日后能在面向全體學(xué)生的前提下，適當(dāng)?shù)貙TEM理念嵌于各門(mén)學(xué)科的日常教學(xué)中以拓展教學(xué)的廣度，再輔以社團(tuán)活動(dòng)、選修課等課堂形態(tài)延伸教學(xué)的深度，引發(fā)學(xué)生強(qiáng)烈的內(nèi)驅(qū)力，實(shí)現(xiàn)“基礎(chǔ)扎實(shí)”與“能力發(fā)展”的齊頭并進(jìn)。

林波 浙江省寧波市廣濟(jì)中心小學(xué)信息科技教師，近年來(lái)一直從事小學(xué)創(chuàng)客教育和STEM教育。參與的課題《玩創(chuàng)相融：小學(xué)創(chuàng)新啟蒙教育實(shí)踐探索》獲2021年浙江省基礎(chǔ)教育教學(xué)成果一等獎(jiǎng)，指導(dǎo)學(xué)生多次在全國(guó)、省、市獲佳績(jī)。

狄勇 浙江省寧波市廣濟(jì)中心小學(xué)信息科技教師、寧波市學(xué)科骨干教師、市教壇新秀。指導(dǎo)學(xué)生獲浙江省青少年科技創(chuàng)新大賽一等獎(jiǎng)等獎(jiǎng)項(xiàng)二十余項(xiàng)。著有《micro：bit超好玩·米爸帶你學(xué)編程》，由人民郵電出版社出版。