基于温度与气温的小学STEM教育项目化探索

林波　狄勇

项目背景

STEM的教育理念已广获认可，被认为是未来学校发展的生长点、课程改革的着力点、学习方式的变革点、教师专业提升的支撑点。我国各地虽然涌现了丰富的STEM课程案例，但这些成果往往缺乏可复制性，国内STEM课程开发难度大、时空掣肘多、环境依赖程度高、课程惠及面窄，这些无法回避的现實问题亟待破解。

我们认为，在国家课程中嵌入STEM教育，辅以其他课程形态进行补充，或是一种相对现实和有效的STEM教育本土落地路径。作为参与到科学教学的信息科技教师，出于直觉天性，我们在科学课程中，将STEM作为一种教学方法进行了粗浅尝试。本文以教育科学出版社小学科学四年级上册“温度与气温”一课为例，以制作数字化测温装置为驱动目标，探究STEM教育的实践路径。

教学目标

知识与技能 了解温度与气温的概念，会用MakeCode编辑器编写简易的测温程序。

过程与方法 选择正确的方式测量和记录气温，完成实验记录。

情感态度与价值观 培养对气温变化的研究兴趣，理解长期测量和记录数据的重要性。

基于STEM的目标重构

1.驱动性问题：如何用micro：bit制作数字化测温装置用以探究温度与气温？

2.课程领域：科学、信息科技。

教学重点与难点

教学重点 选择测量气温的环境，完成实验记录表。

教学难点 正确测量，并能坚持记录。

教学准备

1.安装有MakeCode编辑器的机房环境。

2.对学生进行分组，机房操作以2人为一组，测温实验以4—6人为一组。

3.每组配备micro：bit、数据线、电池盒（含电池）各一个。

教学过程

一、情境导入

师：气温是指室外阴凉、通风地方的温度，通过观察和测量我们周围大气的温度，我们就可以知道当地的气温。那我们如何来观测周边环境的温度呢？

学生思考讨论，预设学生答案：可以用温度计。

师：对，除了温度计外，我们还可以用micro：bit制作一个数字化测温装置。

二、仪器标定

师：micro：bit并没有独立的温度传感器，它是通过监测CPU的芯片温度来反映所处环境的温度（如图1），虽然能反映环境温度的高低变化，但在精确性上会打折扣，所以我们要进行仪器标定。

（一方面在其中渗透了信息科技课基本程序设计的教学目标，另一方面也借此复习了传统温度计的使用，满足科学课的教学目标要求。）

教师通过电子教室的文件传输功能将基于micro：bit的温度与气温实验记录表（见表1）发放到学生机桌面，要求学生用Word编辑，在实验过程中通过填写电子表格完成记录。

（虽然是一张简单的表格，但从信息科技学科的角度来看，对刚刚进入四年级的学生而言，要完美完成任务就涉及了文件重命名、中英文输入、光标定位、文件夹管理等知识点，也是小小的挑战。）

教师调查学生对MakeCode编辑器的基础操作知识掌握情况，并根据学生基础，演示讲解相关知识。演示的第一个程序相当于“HELLO WORLD”，相关环节采取演示法进行教学。

得益于micro：bit较低的入门门槛，经过15分钟的演示教学后，学生均能编写出一个通过点阵屏显示温度的程序，如图2。

随后教师进行了一轮温度计使用的提示和安全教育，并由课代表和班长协助发放温度计，学生读数并记录数据，如图3。

学生们发现，即便是同型号的玻璃温度计，读数都有差异，思辨就此引发。

发现规律后，学生着手讨论和改进程序，对仪器进行校准。这里涉及编辑器数学模块的使用，逻辑上很简单，难点反倒是积木块的定位、嵌套所涉及的鼠标拖放操作。

三、气温测量

出于学科教学任务、课时局限以及不增加学生负担的考虑，笔者并未另行设计和印制实验记录表，而是结合科学作业本，让学生分组领取电池盒后执行测温实验，分别测量并记录教室内的温度、走廊的温度、阳光下的温度、背阴处的温度，如图4。

四、思辨总结

STEM教学中，学生的交流互动、反思总结是非常重要的环节。批判性思维的迸发离不开这一环节的锻造。受限于学科教学进度，我们将这一环节融入了作业的讲评中。

图5是学生的作业本，我们的实验针对的是第一题“测一测”的内容，所以作业本也是实验现场的记录本。

而原本考虑印发填写的学习支架表（见表2）则受限于课时，被用来引导学生课堂上分组讨论后口头回答。

五、课堂延伸

STEM课程引人入胜的地方在于课程开展时，会产生很多由师生共同创生的有趣的“意外”和多样的“可能”，这些“旁生枝节”成了社团活动课的优质素材。作为项目补充，在社团活动课上，学生们重点探究了他们最关心的问题——空气流动速度对温度的影响。为数字化实验装置的变量控制提供改进思路。

第一阶段，从各组得到的实验结果来看，结论均为空气流动速度的快慢对micro：bit感知温度没有影响。但是学生们又觉得这个情况似乎不符合人体的实际感受，因为夏天里风扇会带给人体清凉的感觉，哪怕酷暑时节，人在游泳后从水中上岸，一旦吹到风，也会冷到哆嗦。

在教师的指引下，经过头脑风暴，学生们猜测是因为人体表面有汗液、水滴，这时空气快速流动才导致人体表面温度迅速降低，于是开启了第二阶段的实验，如图6。

各组第二阶段的实验结果说明，如果micro：bit所处环境湿度大，空气加速流动后会导致micro：bit检测到的温度明显下降。所以，为了保证自制数字化测温装置的准确可靠，还是应该避免micro：bit直接受风受潮。

实践反思

显而易见，本课采用STEM的教学理念有效激发了学生的内驱力，顺利完成了教学任务，其效果应该是在学科教学目标上的锦上添花，至少不存在弱化学科目标的副作用。所以授课方式比授课内容更易引发学生的兴趣。

对课堂上的大部分学生而言，他们所经历的STEM学习还缺少深度，只有少数参与社团活动课的学生获得了深入探究的机会。但“教育不是注满水桶，而是点燃火种”，希望日后能在面向全体学生的前提下，适当地将STEM理念嵌于各门学科的日常教学中以拓展教学的广度，再辅以社团活动、选修课等课堂形态延伸教学的深度，引发学生强烈的内驱力，实现“基础扎实”与“能力发展”的齐头并进。

林波 浙江省宁波市广济中心小学信息科技教师，近年来一直从事小学创客教育和STEM教育。参与的课题《玩创相融：小学创新启蒙教育实践探索》获2021年浙江省基础教育教学成果一等奖，指导学生多次在全国、省、市获佳绩。

狄勇 浙江省宁波市广济中心小学信息科技教师、宁波市学科骨干教师、市教坛新秀。指导学生获浙江省青少年科技创新大赛一等奖等奖项二十余项。著有《micro：bit超好玩·米爸带你学编程》，由人民邮电出版社出版。