基于STEAM的小学Arduino拓展性课程设计与教学实践研究

曾晓丽 冯晓丹

摘  要： STEAM 教育是培养综合性人才的一种创新教育模式，对学生的计算思维、创新思维、合作学习等都具有积极作用，文章首先分析了 STEAM 教育的内涵与小学创客教育的现状。其次研究在 STEAM 教育的理念下，建构小学阶段基于Arduino创客教育课程的教学模式，在该模式指导下完成教学设计与教学实践。该课程的主要内容为基于 Arduino 的智能控制，在教学过程中，需要搭建电路、编程、测试等，课程内容充满趣味性且每节课设计难易梯度，取得了良好的效果。

关键词： STEAM;创客教育;Arduino;课程开发

随着信息技术的不断发展，单一的学科教学已经无法满足社会发展的需求，STEAM教育理念的出现将传统的课堂转变为综合性课堂，使学生在课堂上有机会去接触更多的学科。《教育信息化“十三五”规划》的通知中提到跨学科学习（STEAM教育）、创客教育等新的教育形式能够促进学生的全面发展，学校应大力推崇。在中小学阶段，机器人教学是体现STEAM教育理念的主要方式之一，如乐高机器人、Arduino课程等，对STEAM教育理念下的Arduino课程教学模式的研究，STEAM教育学生运用跨学科思维解决实际问题的能力，学生的创新能力和团队合作能力，笔者基于这些特点Arduino课程构建出的教学模式。

一、STEAM教育理念与小学创客教育的结合

1.STEAM教育的内涵

教育多学科内容的交叉融合形成有机整体，倡导问题解决驱动的跨学科教育，旨在培养学生的问题解决能力、团队合作能力、设计能力和实践创新能力。

STEAM教育理念和思想融入到信息技术课程和教学中，有利于通过技术的学习提高学生解决问题的能力、创新思维能力和合作学习的能力，让学生提高学习兴趣。

2.STEAM教育在我国小学教育中的发展

在现行的小学教育体系中，主要是以数学模块培养小学生的逻辑思维能力和数据运用能力，以艺术模块培养小学生的发散思维和语言表达能力，通过科学探究实践活动逐步建立全面、系统的STEAM教育体系。但随着信息技术的不断发展，教育渐渐进入主流，其中基于Arduino的开源机器人创客教育最为热门，通常通过组装、搭建机器人，并给予适当的编程，激发学生学习兴趣、培养学生综合能力。此技术综合了多学科的发展成果，也给中小学信息技术课程增添了新的活力，培养学生学习编程的兴趣，更好地锻炼了学生的计算思维能力和创新能力。

二、STEAM教育理念下Arduino拓展性课程设计

相关理论表明，人类的学习正走向创造化，与传统教育相比，STEAM教育理念下学生不仅仅是知识的接收者，而是在原有认知的基础上成为知识的创造者，它强调跨学科，强调创造，让学生能够改变原有的学习方式，更加主动快乐地学习，这也是各学校能够接受教育进入学校的关键因素。笔者结合自己的实际教学与学生学习情况，经过2年的打磨与实践，针对Arduino创客教育目前存在的一些问题，构建了一种STEAM教育理念下Arduino创客教育的教学模式。

该模式具体分为5个部分：1.教学目标。在了解学生具体的学习情况以及学生认知的基础上，对不同学科的知识进行整合，让学生能够更加全面地掌握知识，对于不同的任务都能较好地完成知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观三方面的教学目标;2.教学过程。就教师而言，首先是分配学习小组，尽量做到平衡，明确项目任务，提供相应资料，任务设计尽量从学生日常生活出发，对学习任务进行情境创设，进而引入课堂学习。就学生而言，从教师创设的情境中发现本节课需要解决的主要问题，明确该问题之后，小组之间合作交流，并制定解决问题的方案;3.创新与制造。运用教师所讲的专业知识和搭建mBot小车所运用的专业工具，采用小组合作的方式进行成品的组装并完成相应编程任务，进而完成项目制作;4.成果展示。5.评价与反思。

三、STEAM教育理念下Arduino拓展型课程设计

《与mBot共舞》是依托于Arduino主控板的拓展性课程，课程目录如表1所示。整体教学以解决生活中遇到的实际问题主线，通过让学生运用传感器与编程软件帮助解决问题，给学生提供情景化的学习场所，以真实问题出发，在解决问题的过程中掌握硬件与软件相结合的能力，从而提高学生问题探究能力、解决问题能力、创新思维能力。

1、基于STEAM理念的课程纲要

本课程选取容易上手的mBot车型机器人作为课程载体，基于Arduino开源套件，采用mblock编程软件，其设计的初衷是便于孩子们学习编程、Arduino和机器人，不仅易于孩子们使用，又能寓教于乐，让孩子们获得创作中的乐趣。

课程从知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观三方面设定課程目标，在教学实施过程中遵循全体性原则、综合性原则、自主性原则、鼓励性原则等实施原则，全课程共设30个课时，

2、基于STEAM理念的课程教学目标

学校开设mBot课程的总目标是培养学生的创新能力、动手操作能力和计算思维能力，通过教学，学生能够掌握mBot小车的结构特点，小组完成简单的小车组装、编程和调试，培养学生的实践能力和动手操作能力。

3、创设情境，激发兴趣

在《与mBot共舞》课程中，笔者设计了三位虚拟人物，经常遇到麻烦的小M熊猫，好学热心的学生南南，以及博学的张老师。本课程以小M想要一个漂亮会发光的八音盒作为生日礼物送给好朋友为情境，激发学生学习兴趣，引出课题。

4、新知学习，方式多样

Arduino创客课程教学设计的教学理念是以培养学生的创新思维、实践操作能力、问题解决能力、自我学习能力、审美意识和数学思维为目标。所以新知学习的形式多样，有自学教材、微课导学、合作学习等。

5.发挥学生创造力

教师请同学们将刚才的音乐脚本加上LED灯的闪烁脚本，要求让音乐与灯光闪烁相通节奏，学生观察并设置等待时间，搭配音乐节拍做出基本音乐霓虹灯。

为了防止学生差异过大，设置有分层任务。任务一：完成《两只老虎》整首歌曲并搭配动感的霓虹灯。任务二：让霓虹灯时常变换颜色，两只LED灯闪出不同的光芒。任务三：完成课后习题《铃儿响叮当》音乐霓虹灯制作。

本将STEAM教育与相结合，构建STEAM理念下小学阶段基于Arduino的拓展型课程教育教学模式。在年的教育实践过程中，笔者确实发现此课程能激发学生的想象力，为学生学习提供了更广阔的空间，培养学生的创造力和实践操作能力。要思考如何更好地课程设计，让学生能够更好地进行探索和实践，基于发现的种种问题，还需要开展更多的理论研究与实践探究来加以解决。

参考文献

[1]  王巍，袁磊.幼小衔接阶段基于项目的STEAM课程教学模式研究[J].现代远距离教育，2018（3）：51-58.

[2]  钟柏昌，张丽芳.美国STEM教育变革中“变革方程”的作用及其启示[J].中国电化教育，2014（4）：18-24.