基于 STEAM 理念的 高中通用技术课堂案例 探究--,以“控制系统的设计与实施”为例,

基于 STEAM 理念的 高中通用技术课堂案例 探究-- 以“控制系统的设计与实施”为例

程超

海亮实验中学

【摘要】本文选取《控制系统的设计与实施》课例，以steam理念为导向，以通用技术课堂为平台，初步探究将steam教育与通用技术有机融合，为提高教学效果和开展中小学steam教育提供借鉴。

【关键词】STEAM 通用技术 案例探究

一、引言

在进行控制系统章节教学时，发现学生对控制系统的工作过程和方式理解不是很透彻，由于本章节知识比较抽象，也没有合适的学具供学生进行实践探究，导致学生对控制的内容很难有感性的认知。针对此现象，设计了一节动手实践课来加深学生对控制系统工作过程和方式的认知。

二、设计思路

本节课程采用Arduino基础套装使学生来掌握电子电路、结构设计和程序设计等知识。在“控制系统的设计与实施”案例中，课堂任务是以小组为单位，自主设计一个简单的开环控制系统，并烧录相关程序，同时分析并填写开环控制的方框图。整个任务的完成围绕着两条主线进行：第一条是以通用技术学科知识为主线，将学生接收处理外界信息的过程“感知--大脑--动作”转换为通用课堂上控制系统的分析“输入--控制--输出”，并与生物学科中的反射弧进行类比，加深对控制系统的认识。在课前下发导学案，让学生对控制系统和Arduino套件有一定的了解，在课中以引导为主，讲解操作的科学性和规范性，为课堂上项目的完成奠定基础。第二条主线是让学生自主选择并设计一个简单的生活中常见的开环控制系统。课前指导学生分组及准备所需材料，课中通过模型展示与讲解，从而提高学生的表达能力和发现问题的能力，课后开展提升环节，完善各个小组的设计方案，并指导学生参与各种科创比赛。

整个任务经过方案设计、流程分析及方案制作等，涉及到电子电路、简单的物理学知识、编程技术、软硬件工程、结构设计、逻辑判断等，符合STEAM教育中的各个学科融合。

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三、教学步骤

（一）情景引入

教师展示利用Arduino套件制作的简单的触控灯实物装置系统。

设计意图：真实情景引入，介绍并分析控制系统各个部分。

（二）新知讲授

准备好各种所需的软硬件，为了能够让本次活动顺利进行，在课前先对所需材料做简单的介绍。

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2. 认识材料

Arduino UNO板、触摸传感器、面包板、LED灯、蜂鸣器、跳线、电脑等

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3. 连接电路

3. 
   

4. 烧录程序

int chumo = A0;

int led = 6;

Int fmq = 4;

int val=0;

void setup() {

pinMode(chumo,INPUT);

pinMode(led,OUTPUT);

Serial.begin(9600);

}

void loop() {

val=analogRead(chumo);

if(val>0){

digitalWrite(led,1);

digitalWrite(fmq,1);

delay(1000);

}

else{

digitalWrite(led,0);

digitalWrite(fmq,0);

delay(1000);

}

}

将参考程序烧录至Arduino主控板，完成后检验效果，手指触摸，灯闪烁蜂鸣器报警。引导学生修改程序中的参数，进一步检测效果，体验程序的魅力。

（三）动手实践

经过课前准备和教师的讲解，学生可以通过小组合作完成硬件的选取、电路的设计连接和烧录程序。教师引导为主，让学生自主探究并完成任务，这和STEAM的教育理念吻合。

（四）课后提升

完善各个小组的控制系统模型，并将其应用到生活当中，完成各个小组的创意项目，进行班级评比并参与科创比赛。

四、分析总结

本节课授课对象是高一学生，课堂上旨在创造良好的学习环境，并为学生提供竞争平台，从而实现教与学的有效结合。结合自身的教学经验，总结出在通用课堂中进行STEAM教育活动的有效方法：

（一）创造真实情景，启发式教学

高中通用技术和STEAM教育都涉及到多学科知识，都旨在培养学生从实际问题出发，用知识来解决现实问题，因此在课堂上启发学生培养分析和解决问题的能力很重要[1]。利用教师提前制作的实物装置激发学生探索知识的兴趣，并用多媒体技术展示各种控制装置在生活中的应用。可利用导学案将STEAM理念和通用技术课堂结合起来，为学生奠定尽可能多的实践基础。

（二）提供多元平台，个性化教学

新课标要求教学应该面向全体学生，但是不同的学生对每个学科有不同的喜好，所以教学中，教师应注意“以本为本”，即教师应以课本为立足之本，但又不局限于教材提供的内容，打破学科界限，将不同学科间的相关知识串起来，为学生提供个性化的学习方法和理论依据[2]。学生可以在课堂上发现自己的优势，从而提高学习的自信心。例如，本案例对设计的分析就可以引入系统的思想，在连接电路中可以介入物理思想，制作实物模型可介入工程思想。也可以对课本上的材料进行整合，更好地优化课堂。

（三）打破知识界限，跨学科教学

有相关研究表明[3]：相对于分科教学，跨学科教学更利于学生的高阶思维建立，也使多学科之间的横向联系更深入，学生也因此能产生更多的改造事物的新奇方法。传统教学，学生只能做到知其然；跨学科教学，学生可以做到知其所以然。对于STEAM项目的设计，考虑从设计的目的出发，找到多门学科的关联点，以此为探究切入点，加深学生对知识技能的学习，也利于培养学生全面思考问题的能力。

（四）攻克枯燥无趣，项目式教学

学习中，学科中繁杂的操作步骤和晦涩难懂的操作原理会让绝大多数学生望而却步，因此可操作性是STEAM教育活动中设计的重点。项目式教学[4]以小组为单位，以学生兴趣为出发点，将设计的问题和周边事物相结合，多方面考虑选择设计的内容。高中通用技术是一门注重实践的课程，但在开展实施过程中由于设备不足、面向对象数量多、开展活动耗时长等原因，学生真正动手做的机会并不多。

以steam教育理念为指导，在通用技术课堂上让学生参与实践，在实践中创造，效果显著。这对中小学的STEAM教育开展具有很好的借鉴意义。

参考文献

[1]丁文静. 基于STEAM教育的通用技术课程教学设计与实践研究[D].华中师范大学,2019.

[2]中华人民共和国教育部.普通高中通用技术课程标准（实验）[S]. 北京 : 人民教育出版社,2017.

[3]朱松华,冉晓艳.跨学科课程及其实践探索[J].教育与教学研究,2020,34(07):121-124.

[4]孙俊梅.STEM理念下小学信息技术课程项目式学习设计研究——以小学3D建模活动“现代机关大师”为例[J].中国信息技术教育,2020(11):47-49.

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