STEM教育视野下促进通用技术核心素养的案例探索

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  一、背景分析
  STEM是科学(Science),技术(Technology),工程(Engineering),数学(Mathematics)的英文首字母的缩写。STEM教育实质上是一种跨学科融合教育。
  通用技术核心素养包括五个方面:技术意识、工程思维、创新设计、图样表达、物化能力。这就要求教师在日常教学中要重视培养落实核心素养,能帮助学生更好地建立技术思维和知识体系。由此可见,无论是STEM课程还是通用技术课程,其核心理念和核心价值是一致的,重在培养学生的技术素养,提高学生的创新能力以及解决实际问题的能力。
  二、案例展示
  在学生掌握必修《技术与设计1》课本中设计一般过程的知识的基础上,对其进行“系统化”的学习和理解,并与《技术与设计2》中相对抽象且难度较大的工程类知识相结合,来解决实际生活中的问题,这STEM 教育的理念相符。在教学中选择的案例项目应具有趣味性和挑战性且贴近学生生活,容易让学生在探究中能获得多种解决问题方案,使他们能在成功中增强对体验设计的兴趣和喜悦。本文以一个简易防盗报警系统的设计与实施为例。
  首先设定教学情景,然后引导学生引发思考,提出设计项目,并对问题的解决进行分析,制定合理的方案,最后通过制作来实现。项目的选择与开展应当以学生合作探究作为主要形式,在整个问题解决的过程中,问题分析、流程设计、项目实现等,这体现了工程素养;对与Mixly-Arduino程序设计的学习具有技术特征;流程设计中逻辑判断等也符合数学范畴。这是一个具备STEM教育特征的通用技术教学过程。
  三、教学步骤
  1.创设情境
  教师情景展示:小明家里开了超市,为了晚上超市的安全,小明希望设计一个防盗报警系统,白天不报警,晚上超市关门的时候,有小偷进入超市就会报警。引入设计项目,提出设计要求。
  2.知识讲授
  (1)认识器材:mCookie核心模块
  (2)连接电路并学习Mixly-Arduino程序
  (3)烧录程序
  四、其他设备
  USB数据线、传感器连接线、传感器外壳、乐高或其他固定结构
  將模块和传感器组装起来:
  将红色的核心模块,电池底座与绿色的扩展模块吸在一起。
  五、编程思路
  声明变量“on”存储开关状态,通过2号触摸传感器,人为设定开和闭两种开关状态。
  on=0时,表示白天开馆;
  on=1时,表示夜间闭馆,若有人闯入,则on的值变为2;
  on=2时,表示有人闯入,呈警戒状态,红灯闪烁报警。
  六、开始编程
  1.彩灯准备,声明变量
  2.按下2号触摸人为改变开关状态
  如果开关机按键被按下,则执行内部程序。如果on等于1(现在是夜间闭馆状态,则on设为0(白天开馆)。否则(现在是白天开馆或警报状态),则on设为1(夜间闭馆)。等待开关机按键松开。
  3.如果on=0,白天开馆,彩灯变成绿色
  4.如果on=1,夜间闭馆,彩灯变为红色
  5.如果on=2,有人闯入,闪烁报警后关闭
  七、测试结果
  上传成功后,默认白天开馆模式,绿灯亮起;按下2号触摸,切换成夜间闭馆模式,红灯亮起。此时,在人体感应传感器前挥手(检测到有人靠近),可看到红灯闪烁报警。
  拓展:
  师:现在有人闯入报警时,只有红灯闪烁,还不够明显啊,应该加入警铃,这样效果更好!
  学生:只要再增加一个蜂鸣器报警就好啦!
  有人闯入时,警灯闪烁,同时警铃报警。
  on=0时,彩灯为绿色,开馆状态。
  on=1时,如果检测到有人活动,on=2,进入报警模式。
  on=2时,彩灯亮红色,蜂鸣器报警。
  由此可见教学中可通过灵活应用探究性学习、项目式学习等教学方式,让学生对已有知识的进行整合,培养利用STEM知识解决现实问题的能力,从而使学生的核心素养得到提升。STEM教育同通用技术课程的深度整合,这必然给通用技术带来很大的发展空间,从而提升教学效率和质量。
  参考文献
  [1]苏秀玲,田秀萍,范博,等.STEM教育国内研究综述[J],科学大众.
  [2]顾建军.普通高中通用技术课程标准(实验)解读[M].江苏教育出版社.
  [3]孙念龙.基于STEM的高中通用技术教学探索[J].江苏教育研究.
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