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STEAM教育强调跨学科融合，旨在培养学生跨学科的多元思维和实践创新能力。在STEAM教育的推进过程中，如何有效地与不同学科进行融合是STEAM教育的一大挑战，其中，缺少硬件尤其是集成型、兼容性强、多接口、多功能的开源硬件的支持是一个关键因素。为解决STEAM教育中存在的上述问题，本文选择国产开源硬件掌控板作为硬件支撑，以温州市南浦实验中学的《基于slot的教室噪音采集》为例，开展STEAM项目式学习，阐述掌控板对STEAM教育的支持，以期为学校创客教育和STEAM教学的开展提供参考。
● 掌控板支持的STEAM项目式学习设计要点
STEAM项目式学习是融合STEAM素养与项目式学习模式的产物，借鉴科学、技术、工程、艺术和数学的知识与技能，围绕现实生活和学习中存在的问题，帮助学生建构问题解决方案。下面从掌控板的教学应用、性能、便利性出发，结合STEAM项目式学习旨在培养学生多元思维与创新精神的理念，阐述掌控板支持STEAM项目式学习的四大要点。
1.配置技术工具，支持创新实践
教学工具是开展STEAM教育的重要支撑条件，本小节从开展STEAM教育所需配置的技术工具（如表1）出发，来说明技术工具是教学开展的前提。技术工具分为软件工具和硬件工具，软件工具包括主流的Mind 、Mixly、mPythonX等编程软件，硬件工具包括掌控板、传感器、3D打印机、笔记本电脑、激光切割机等。其中，国产开源硬件掌控板教学应用广泛、操作方便、安全系数高，在性能上兼容性高、集成性强，WIFI和蓝牙双模通信成功实现了软硬互通，一经上线就在课堂和各类比赛中出现。
2.运用设计思维，强化问题解决
项目设计是STEAM项目式学习实施的基础与保障，在项目设计环节，问题驱动是项目式学习设计的首要步骤。好的驱动问题能够引发学生思考，触发学生问题解决的积极性。问题的发现来源于现实问题，在STEAM项目式学习开展的前期，教师运用设计思维的方法与工具带领学生发现问题，在学生具备一定的项目开展经验后，教師可将学习的主动权回归学生，辅助学生发现问题、设计方案、修订发展。设计驱动性问题时，首先要保证紧扣教学大纲，具有一定的挑战性;其次使用头脑风暴法、九宫格法召集小组成员，集中思考与生活紧密相连又能蕴含多学科的结构化知识的问题;最后小组成员共同决议留下具有可行性的问题。教师根据学校实验教学的具体情况筛选本月可执行的问题方案。
3.设计应用情境，优化设计方案
STEAM教育强调让学生获得将知识进行情境化应用的能力，能根据不同的背景信息灵活解决问题，进行知识的迁移。STEAM方案的设计来源于实际问题，方案设计是STEAM教育开展的核心环节。对于刚接触项目式学习的学生来说，制订项目设计方案有助于学生理解项目实施进程中的流程安排、实验设备连接原理，也有利于实验按预期进行。因此，在项目式学习中，教师和学生都要特别重视设计方案的优化。STEAM项目式学习方案的设计既要高效率、高质量地解决问题，又要因地制宜结合学校实际发展状况反复迭代设计方案，这在后期项目实施阶段将会起到事半功倍的效果。
4.多维评价反馈，形成激励效应
反馈与评价是对项目活动过程及结果进行测量和价值判断的过程，有利于加快后期项目活动的实施进程，同时也是学生获得自我认同感的最佳时机。项目式学习评价强调评价主体多元化、评价维度多样化、评价内容综合性与全面性，尽可能给予学生中肯的学习反馈，对学生产生激励效应。
上述分析指明了开展STEAM项目式学习的关键环节。本文将以温州市南浦实验中学校本课程《基于slot的教室噪音采集》为例，介绍应用掌控板完成的STEAM项目式学习。
● STEAM项目设计
1.确定项目任务
噪音的危害是多方面的，对我们的日常生活和工作会造成极大干扰，更严重的情况是噪音可使我们的听力和健康受到损害。学生以噪音采集为问题驱动，使用slot搭建物联网平台收集数据。
2.制订学习目标
要求学生学会使用Mind 进行编程，熟练使用掌控板并进行外观设计，会使用slot搭建物联网平台进行数据采集。通过三人一组进行协作学习，创作一个完整的物联网项目，从而培养学生发现问题、解决问题的能力。
3.设计实验流程
首先将掌控板作为噪音检测的硬件设备;其次通过网页浏览器进行掌控板检测，通过MQTT协议进行网络传输，完成slot服务器与掌控板的连接;最后通过Mind 可视化编程向掌控板发送噪音收集指令，在slot中进行可视化展示。
4.做好教学准备
（1）器材准备：根据项目任务，安装Mind 软件，提前准备好项目所需的各种器材（如表2）。
（2）学生组织：共三组，每组三人。需要具备扎实的数学、英语、科学、美术功底，有独立批判性思维的能力，有团结协作的能力，有强烈的创新欲望。
（3）知识准备：在项目实施中，编程阶段需要扎实的数学、英语、计算机知识，数据采集过程中需要科学知识，项目设计和美化阶段需要美术知识。这是一门STEAM校本课程，同时也是一门需要学生创新、协作、创作的创客课程。在活动结束后，每组派代表通过PPT向全校师生进行展示汇报。
● STEAM项目实施
1.情境导入
在日常生活和学习中噪音无处不在。统计资料表明，当噪音超过100分贝时，会造成相当大数量的噪音性耳聋，高强度的爆震性噪音还可能造成听力永久丧失。那么，我们教室里的噪音指数能达到多少呢？会不会对我们的听觉产生影响呢？鉴于高分贝噪音的危害，我们很有必要对学校中的噪音进行监测和分析，找出解决方案，从而降低噪音，提高我们的记忆力。如何长时间地采集不同地方的噪音值成了我们的困惑，我们如何通过物联网技术解决这个难题呢？ 2.噪音检测装置的硬件搭建
每组在实验材料方面需要掌控板、声音传感器各一个。本次实验使用8266掌控板和传感器的搭建，并进行外观设计。声音传感器可用来检测教室噪音大小，与掌控板进行连接，便于后期接受可视化编程程序指令。
3.slot服务器配置
slot作为开源项目存放于GitHub，根据计算机的操作系统选择相应版本软件包。使用slot1.1 win32.exe，搭建slot本地服务器。输入网址http：//192.168.43.195：8080/html/login.html，使用用户名和密码登录slot平台;发送项目：wljy/zyz（如图1）。
4.检测装置的程序设计
本案例采用Mind 程序实现掌控板的图形化编程。首先，打开前期安装好的Mind 程序，切换到“上传模式”，选择“扩展”，进入“主控板”，选择“掌控板”。其次，将掌控板通过数据线连接到电脑，连接设备下出现一个COM口，不同设备COM后的数字不一致。若首次使用掌控板，可根据提示安装串口驱动。最后，打开Mind 拖动模块完成编程（如图2）。
5.系统测试
slot通过网页浏览器进行掌控板检测，通过MQTT协议进行网络传输，与掌控板进行连接，正确配置MQTT参数。编程完毕后点击“上传到设备”，实现程序植入到掌控板，若配置正确，线路畅通，掌控板的显示屏上将会显示slot已连接。根据设计的程序，发送“START”后，实验装置开始上传程序，在slot中可看到更新后的数据（如上页图3）。
6.成果展示
噪音测试结束后，每个小组分别上台进行成果展示，汇报内容包括实验流程、实验原理，以及实验过程中遇到的问题和具体的解决方案。成果展示环节实质是经验交流环节，学生将实验经验拿出来共享，便于整个团队共同进步，同时，将实验过程中出现的问题拿出来共同讨论，便于其他学生吸取教训。教师在整个过程中更多的是充当聆听者，协助学生完成汇报。
● STEAM项目学习评价
学习评价是整个教学体系中的核心环节。完善的评价反馈不可或缺，它既能对学生学习效果进行诊断，又可以产生激励效应，有利于学生形成正确的学习导向。为了对学生能力进行综合考量，本课程从自我评价、学生互评、教师评价、创新思维、成果展示等多个维度对学生的学习进行评价（如表3）。
● 案例反思和改进
STEAM校本课程《基于slot的教室噪音采集》充分展現了学生在slot本地服务器搭建、编程知识、掌控板应用、口语表达、协作能力等能力的综合发展。在学生设计的噪音采集实验中运用到的专业知识不仅涉及掌控板的应用、Mind 编程，还有slot本地服务器搭建。在任务驱动下，学生对之前所学的编程知识进行了回顾与实践，并扩展了学生的计算机基础。STEAM项目式学习课堂少了传统课堂的拘谨与约束，学生的思维更加活跃，生活中的实际问题得到解决，学生的学习热情愈加高涨，真正做到了让每位学生都参与进来。
本案例采集的数值为模拟值，只能反映出其大概的数值变化，并通过掌控板自带显示屏展示出来。由于本程序开启了WIFI功能，影响了掌控板自带的3个LED灯的程序设计。为了解决义务教育阶段不允许学生带手机的问题，在噪音采集STEAM校本课程开设时，通过笔记本电脑架设了slot本地服务器。但slot物联网平台搭建过程中会出现很多问题，如不支持5G、防火墙拦截、系统兼容性、操作系统版本等问题，这是后期有待改进的地方。
● 掌控板支持的STEAM项目式学习设计要点
STEAM项目式学习是融合STEAM素养与项目式学习模式的产物，借鉴科学、技术、工程、艺术和数学的知识与技能，围绕现实生活和学习中存在的问题，帮助学生建构问题解决方案。下面从掌控板的教学应用、性能、便利性出发，结合STEAM项目式学习旨在培养学生多元思维与创新精神的理念，阐述掌控板支持STEAM项目式学习的四大要点。
1.配置技术工具，支持创新实践
教学工具是开展STEAM教育的重要支撑条件，本小节从开展STEAM教育所需配置的技术工具（如表1）出发，来说明技术工具是教学开展的前提。技术工具分为软件工具和硬件工具，软件工具包括主流的Mind 、Mixly、mPythonX等编程软件，硬件工具包括掌控板、传感器、3D打印机、笔记本电脑、激光切割机等。其中，国产开源硬件掌控板教学应用广泛、操作方便、安全系数高，在性能上兼容性高、集成性强，WIFI和蓝牙双模通信成功实现了软硬互通，一经上线就在课堂和各类比赛中出现。
2.运用设计思维，强化问题解决
项目设计是STEAM项目式学习实施的基础与保障，在项目设计环节，问题驱动是项目式学习设计的首要步骤。好的驱动问题能够引发学生思考，触发学生问题解决的积极性。问题的发现来源于现实问题，在STEAM项目式学习开展的前期，教师运用设计思维的方法与工具带领学生发现问题，在学生具备一定的项目开展经验后，教師可将学习的主动权回归学生，辅助学生发现问题、设计方案、修订发展。设计驱动性问题时，首先要保证紧扣教学大纲，具有一定的挑战性;其次使用头脑风暴法、九宫格法召集小组成员，集中思考与生活紧密相连又能蕴含多学科的结构化知识的问题;最后小组成员共同决议留下具有可行性的问题。教师根据学校实验教学的具体情况筛选本月可执行的问题方案。
3.设计应用情境，优化设计方案
STEAM教育强调让学生获得将知识进行情境化应用的能力，能根据不同的背景信息灵活解决问题，进行知识的迁移。STEAM方案的设计来源于实际问题，方案设计是STEAM教育开展的核心环节。对于刚接触项目式学习的学生来说，制订项目设计方案有助于学生理解项目实施进程中的流程安排、实验设备连接原理，也有利于实验按预期进行。因此，在项目式学习中，教师和学生都要特别重视设计方案的优化。STEAM项目式学习方案的设计既要高效率、高质量地解决问题，又要因地制宜结合学校实际发展状况反复迭代设计方案，这在后期项目实施阶段将会起到事半功倍的效果。
4.多维评价反馈，形成激励效应
反馈与评价是对项目活动过程及结果进行测量和价值判断的过程，有利于加快后期项目活动的实施进程，同时也是学生获得自我认同感的最佳时机。项目式学习评价强调评价主体多元化、评价维度多样化、评价内容综合性与全面性，尽可能给予学生中肯的学习反馈，对学生产生激励效应。
上述分析指明了开展STEAM项目式学习的关键环节。本文将以温州市南浦实验中学校本课程《基于slot的教室噪音采集》为例，介绍应用掌控板完成的STEAM项目式学习。
● STEAM项目设计
1.确定项目任务
噪音的危害是多方面的，对我们的日常生活和工作会造成极大干扰，更严重的情况是噪音可使我们的听力和健康受到损害。学生以噪音采集为问题驱动，使用slot搭建物联网平台收集数据。
2.制订学习目标
要求学生学会使用Mind 进行编程，熟练使用掌控板并进行外观设计，会使用slot搭建物联网平台进行数据采集。通过三人一组进行协作学习，创作一个完整的物联网项目，从而培养学生发现问题、解决问题的能力。
3.设计实验流程
首先将掌控板作为噪音检测的硬件设备;其次通过网页浏览器进行掌控板检测，通过MQTT协议进行网络传输，完成slot服务器与掌控板的连接;最后通过Mind 可视化编程向掌控板发送噪音收集指令，在slot中进行可视化展示。
4.做好教学准备
（1）器材准备：根据项目任务，安装Mind 软件，提前准备好项目所需的各种器材（如表2）。
（2）学生组织：共三组，每组三人。需要具备扎实的数学、英语、科学、美术功底，有独立批判性思维的能力，有团结协作的能力，有强烈的创新欲望。
（3）知识准备：在项目实施中，编程阶段需要扎实的数学、英语、计算机知识，数据采集过程中需要科学知识，项目设计和美化阶段需要美术知识。这是一门STEAM校本课程，同时也是一门需要学生创新、协作、创作的创客课程。在活动结束后，每组派代表通过PPT向全校师生进行展示汇报。
● STEAM项目实施
1.情境导入
在日常生活和学习中噪音无处不在。统计资料表明，当噪音超过100分贝时，会造成相当大数量的噪音性耳聋，高强度的爆震性噪音还可能造成听力永久丧失。那么，我们教室里的噪音指数能达到多少呢？会不会对我们的听觉产生影响呢？鉴于高分贝噪音的危害，我们很有必要对学校中的噪音进行监测和分析，找出解决方案，从而降低噪音，提高我们的记忆力。如何长时间地采集不同地方的噪音值成了我们的困惑，我们如何通过物联网技术解决这个难题呢？ 2.噪音检测装置的硬件搭建
每组在实验材料方面需要掌控板、声音传感器各一个。本次实验使用8266掌控板和传感器的搭建，并进行外观设计。声音传感器可用来检测教室噪音大小，与掌控板进行连接，便于后期接受可视化编程程序指令。
3.slot服务器配置
slot作为开源项目存放于GitHub，根据计算机的操作系统选择相应版本软件包。使用slot1.1 win32.exe，搭建slot本地服务器。输入网址http：//192.168.43.195：8080/html/login.html，使用用户名和密码登录slot平台;发送项目：wljy/zyz（如图1）。
4.检测装置的程序设计
本案例采用Mind 程序实现掌控板的图形化编程。首先，打开前期安装好的Mind 程序，切换到“上传模式”，选择“扩展”，进入“主控板”，选择“掌控板”。其次，将掌控板通过数据线连接到电脑，连接设备下出现一个COM口，不同设备COM后的数字不一致。若首次使用掌控板，可根据提示安装串口驱动。最后，打开Mind 拖动模块完成编程（如图2）。
5.系统测试
slot通过网页浏览器进行掌控板检测，通过MQTT协议进行网络传输，与掌控板进行连接，正确配置MQTT参数。编程完毕后点击“上传到设备”，实现程序植入到掌控板，若配置正确，线路畅通，掌控板的显示屏上将会显示slot已连接。根据设计的程序，发送“START”后，实验装置开始上传程序，在slot中可看到更新后的数据（如上页图3）。
6.成果展示
噪音测试结束后，每个小组分别上台进行成果展示，汇报内容包括实验流程、实验原理，以及实验过程中遇到的问题和具体的解决方案。成果展示环节实质是经验交流环节，学生将实验经验拿出来共享，便于整个团队共同进步，同时，将实验过程中出现的问题拿出来共同讨论，便于其他学生吸取教训。教师在整个过程中更多的是充当聆听者，协助学生完成汇报。
● STEAM项目学习评价
学习评价是整个教学体系中的核心环节。完善的评价反馈不可或缺，它既能对学生学习效果进行诊断，又可以产生激励效应，有利于学生形成正确的学习导向。为了对学生能力进行综合考量，本课程从自我评价、学生互评、教师评价、创新思维、成果展示等多个维度对学生的学习进行评价（如表3）。
● 案例反思和改进
STEAM校本课程《基于slot的教室噪音采集》充分展現了学生在slot本地服务器搭建、编程知识、掌控板应用、口语表达、协作能力等能力的综合发展。在学生设计的噪音采集实验中运用到的专业知识不仅涉及掌控板的应用、Mind 编程，还有slot本地服务器搭建。在任务驱动下，学生对之前所学的编程知识进行了回顾与实践，并扩展了学生的计算机基础。STEAM项目式学习课堂少了传统课堂的拘谨与约束，学生的思维更加活跃，生活中的实际问题得到解决，学生的学习热情愈加高涨，真正做到了让每位学生都参与进来。
本案例采集的数值为模拟值，只能反映出其大概的数值变化，并通过掌控板自带显示屏展示出来。由于本程序开启了WIFI功能，影响了掌控板自带的3个LED灯的程序设计。为了解决义务教育阶段不允许学生带手机的问题，在噪音采集STEAM校本课程开设时，通过笔记本电脑架设了slot本地服务器。但slot物联网平台搭建过程中会出现很多问题，如不支持5G、防火墙拦截、系统兼容性、操作系统版本等问题，这是后期有待改进的地方。