基于STEAM理念的“模拟红绿灯实验”校本化课程设计

文/中山市小榄镇西区小学 吴国栋

STEAM课程是一种综合性、深度探究的活动过程，具有独特的特点——问题来源于真实世界、以工程与技术为指引、重视探究和过程。因此，笔者将STEAM课程理念引入校本课程，结合“模拟红绿灯实验”案例，尝试带领学生通过设计项目方案、检验设计合理性、评估方案、讨论修正等研究过程，培养他们的创客精神和高级思维能力。

一、项目实施

1.提出问题

红绿灯是学生最熟悉也最感兴趣的生活场景之一。高年级的学生基本知道红绿灯的工作过程，但是对红绿灯的工作原理还不是特别了解。根据学生的年龄、心理特点，联系生活情景，设计驱动问题：设计一款富有家乡特色的红绿灯模型。

2.了解红绿灯工作的原理

要实现红绿灯的效果，就必须清楚知道红绿灯的工作原理。红灯亮时，黄灯和绿灯熄灭。红灯亮30秒后灭，黄灯亮5秒后熄灭，绿灯亮30秒，然后不断循环重复这个过程。

3.利用Scratch软件模拟实现红绿灯的过程

Scratch是中山市六年级第一学期信息技术教材第一单元的知识，我们可以利用学生学过的Scratch知识来模拟实现红绿灯工作的过程。这样不仅可以让学生进一步熟悉Scratch的编程知识，还可以加深他们对“顺序结构”的理解，为下一步利用Mixly（米思齐）进行创客编程做好铺垫。

4.设计图纸与选择材料

学生通过查找相关资料、实地参观等方式，结合自己家乡的特色设计一款红绿灯模型。这个环节是开放性的，教师要指导各小组在科学性、合理性的基础上大胆发挥想象，画下自己的创意。最后，教师要指导各小组选择一款具备科学性、有特色、比较容易实现的设计图作为自己小组的设计方案。在材料的选择方面，我们一般推荐椴木结合硬纸板，比较容易切割。如果有激光切割机的话，可以采用亚克力板，外形更加美观。

5.搭建模型与器材组装

我们要把切割好的材料组装成红绿灯模型，并安装好相关器材。本文主要用到的器材有：Arduino Nano控制板、USB数据线、1颗红色LED灯、1颗黄色LED灯、1颗绿色LED灯、超声波、蜂鸣器、按钮、若干条导线。

6.软件与硬件的调试

（1）记录好红灯、黄灯、绿灯对应的数字端口分别是：3、4、5。

（2）开始时，红灯亮30秒，然后黄灯亮5秒，最后绿灯亮30秒，然后不断循环。

根据功能描述，利用Mixly（米思齐）编程软件编写“红绿灯”的代码。Mixly软件通过搭积木的方式，可以轻松实现程序代码。

7.模型的迭代升级

创客最大的意义就是不断对创客作品进行迭代升级，除了对外观进行改进和提升外，还可以在功能上进行拓展。一般“红绿灯”模型的功能可以扩展为智能红绿灯，加入各种传感器之后可以做成超声波红绿灯、按钮红绿灯、人体感应红绿灯、带有人数统计功能的红绿灯等，能够自动检测到有人经过时显示绿灯，人走后自动变成红灯，让红绿灯变得更加智能化。

二、项目的展示与评价

展示和分享是STEAM教育的一个非常重要的环节，学生通过展示和分享，能够对自己整个项目进行总结、提炼，锻炼他们的口头表达能力、演讲能力、答辩能力等。比如利用级会举行作品推介会，让每个小组向全年级的学生推介自己的作品；拍摄制作过程的小电影，记录小组制作作品的历程；撰写科技小论文或学习心得，总结自己的得与失；制作电子简报、微电影、绘本等，展示自己的成果。

学生参与这些过程的表现全部记录在个人成长记录袋中，教师要及时表彰奖励优秀的学生，激励他们后续的学习。

三、项目反思

基于STEAM理念的校本课程是围绕人的全面发展来设计教学内容，教学的起点是来自真实世界的问题或情景。整个项目的完成都是以学生为中心，注重过程性，将抽象问题融合各学科知识，包含数学和科学知识，遵循工程和技术路径。教学目的是通过合作探究的过程提升学生的各学科能力、学科素养、思维能力、跨学科素养。为了完成最后的项目作品，必须调动各种工具（包括技术工具，互联网）和更广阔的资源作为支撑。