2023年12月25日发(作者：)

S小学科学

cience2023.22STEAM理念下的跨学科学习案例研究◇陈群马艳玲（安徽：长丰县教育体育局教研室长丰县北城实验小学）〔摘要〕2022年版课标的主要变化之一，是优化了课程内容结构，强调跨学科学习。跨学科学习，结合学生真实的生活，激发学生的探究兴趣，能够利用两个或两个以上的学科领域思想、知识、信息等提出解决方案，促进学生对知识的深度理解和学习。本文以暑期返校教室的绿植干枯为例，探究根据土壤湿度如何进行自动浇灌。在STEAM背景下设计项目式跨学科主题学习活动，并在课程中融入科学、技术、工程、数学、艺术等元素，指向学生核心素养的形成和跨学科学习方式的形成。〔关键词〕小学科学；跨学科学习；STEAM项目；自动浇灌〔中图分类号〕G424〔文献标识码〕A〔文章编号〕1674-6317（2023）22-0004-03本文以暑期返校学生发现教室的绿植干枯为背景，创设真实的情境，以解决问题为导向，让学生自己动手完成他们感兴趣并且和实际生活相关的项目，发挥想象力，找到解决问题的方案，并从中学到跨学科的知识。三、“湿度感应自动浇灌仪”STEAM项目研究（一）研发背景每年寒暑假学生返校之后，都会发现教室、办公室的绿植盆栽因缺水而枯萎死亡。假如有人能给它们浇水多好呀！可是那么多教室，又是在放假期间，谁去做呢？湿度感应自动浇灌仪就能解决这个问题。这个案例制作源于学生生活，能够解决学生观察到的问题，学生兴趣浓厚。因为这是涉及科学、数学、工程等多科融合的STEAM项目，故安排了三课时。第一课时：头脑风暴。引导学生观察假期后教室场景，发现问题、提出问题和解决问题，引入作品制作主题。课程内容:继电器和土壤湿度传感器的介绍以及各模块在电路中的使用。第二课时:设计电路图，组装电路。课程内容:根据要求设计电路图，尝试组装一、现状分析2022年版课标实施首个学年，各地中小学掀起了跨学科主题学习热潮。2022年版课标指出，要“强化课程综合性和实践性，推动育人方式变革，着力发展学生核心素养”。但是很多中小学教师对“什么是跨学科学习”认知模糊，在教学设计和实施教学中呈现各种样态的“跨学科”学习。其实在跨学科学习理念提出之前，已经有了类似的探索，如创客教育、STEAM学习、项目式学习（简称PBL）等。为了落实全面育人的目标，聚焦核心素养，我们积极探索基于STEAM理念的跨学科学习新样态，引导学生运用多学科的知识和方法思考解决现实问题，培养学生融会贯通、实践创新能力。二、研究理念STEAM从字面上看，代表科学、技术、工程、艺术和数学五个学科领域，基于跨学科和项目式学习，为学生提供真实情境的体验，帮助其理解科学、技术、工程、艺术、数学各领域的知识概念，同时把所学到的知识综合应用于生活，从而找到自己想要的答案，实现开发潜能的目的。4Copyright©博看网. All Rights Reserved.

教研指导

电路；把土壤湿度检测仪放在水中模拟实验，寻找问题，进一步改进实验。第三课时:完善装置，美化作品。课程内容:把湿度感应自动浇灌仪接入教室绿色盆栽、学校农场中，用管道、木板美化作品，完善制作。（二）实施目标科学目标：了解继电器在电路中的使用原理，学会各种电路的连接方式；了解继电器、水泵、土壤湿度传感器的原理，能将继电器应用于报警显示装置。技术目标：实现无人自动浇灌功能，了解土壤湿度传感器技术原理，能够通过继电器控制电路。工程（设计）目标：学会用工程思维分析整个项目的可行性，能够准确设计电路图，并按照电路图连接实物图，实现无人自动浇灌。艺术目标：能对整个装置作品进行艺术设计，为了使作品更具有艺术美感，可以使用其他材料进行装饰或者彩绘笔上色。数学目标：能科学计算水管的长度、导线的长短、储水容器的高度和容量，精准定位各个模块的位置。（三）实施条件设施设备：土壤湿度传感器、继电器、水泵、电源、学生平板等。材料：导线、饮料瓶、绿植盆栽、热熔胶、热熔枪、螺丝刀、剪刀、塑料管、一次性杯子、电胶带等。（四）实施过程1.问题导向当一个集体围绕一个特定的兴趣领域产生新观点的时候，这种情境就叫头脑风暴。“头脑风暴”是一种创造性思维的方法，需要以小组的形式展开，通过小组人员积极思考、畅所欲言来体现。由于团队讨论采用没有拘束的规则，学生能够更自由地思考，进入思想的新区域，从而产生很多新观点和解决方法。⑴观察情境，以提问的方式引发学生思考；⑵头脑风暴，引入本节课需要探讨的问题；⑶小组内讨论，查阅资料；⑷学生发言，如何在假期做到绿植盆栽的无人自动浇灌。JIAOYANZHIDAO小结：接下来我们需要完成以下几项任务的研究。第一项：如何判断绿植盆栽需要浇灌水；第二项：如何实现无人自动浇灌绿植盆栽；第三项：如何提供供水装置。2.方案设计湿度感应自动浇灌仪，就是要解决判断土壤湿度、感应自动浇灌、供水储水等基础问题。首先，利用土壤湿度检测仪检测土壤湿度，当湿度不够时，比较模块输出高电平，继电器吸合，供水设备电路导通，水泵开始工作自动浇水。随着土壤中含水量的增加，插入土中的湿度检测器二脚间电阻会越来越小，当湿度达到设定的阈值时，比较模块输出低电平，继电器断开，供水设备的电路断路，水泵得不到电而停止供水。如此反复，土中水分蒸发到一定程度时，比较模块输出高电平，供水设备电路通路，水泵供水，土壤中水达到设定的阈值时，低电平继电器不吸合，供水设备电路断开。如此反复，湿度会保持在一定程度。3.实践活动（1）引导学生学习继电器电磁继电器由电磁铁、衔铁、弹簧、触点组成。触点一般有常开触点和常闭触点，两者往往有一个公共端。线圈在没有带电情况下，常闭触点和公共端是连接的，常开触点和公共端是开路的，灯不亮；线圈带电以后，常开触点和公共端是连接的，常闭触点和公共端是开路的，灯亮了。这样通过控制线圈的电压（电流），就可以控制触点串联的电路工作。继电器的种类很多，根据输入量可以分为：电流、电压、频率、温度、速度、光、压力等。本次我们的装置采用的继电器输入量就是土壤湿度。（2）实验—：测试继电器谈话：通过以上电路分析，我们了解了继电器的使用原理，下面我们在组内测试继电器。小组测试。提示：将继电器模块VCC连接到5V，GND连接到负极，IN接VCC则继电器跳动，IN悬空则继电器恢复，如此反复可以听到继电器“卡卡”声。通过测试，大家知道继电器是怎么工作的了吗？（3）实验二：测试土壤湿度传感器学生观察传感器，小组讨论。小组发言：土5Copyright©博看网. All Rights Reserved.

壤湿度传感器由湿度检测仪和比较模块组成。传感器两极采用加宽的感应铜箔，表面镀镍，可以更好地防止生锈，提升导电性，延长使用寿命。比较模块中的电位计可以调节土壤湿度的阈值大小，顺时针、逆时针旋转就可以调节控制湿度阈值的大小。小组测试。提示：用两条导线连接叉子探头和变送器模块。变送器模块VCC接5V，变送器GND接负极。上电后，电源灯常亮，绿色指示灯微弱闪烁一次。（4）实验三：测试水泵在测试过程中，供水设备的电源应该如何选择？是用单独电源还是和传感器共用电源？两者各有优点：单独电源连接简单，但是不够节能；共用电源节约资源，但是连接复杂。另外，测试水泵一定要在水中工作。小组测试。提示：水泵红线接5V，黑线接负极，水泵工作。测试1秒即可，水泵不可长时间暴露在空气中工作，在水中完成测试也可以。（5）设计电路图，连接电路谈话：经过各个模块的测试学习，我们对各个模块有了一定的了解。那电路连接起来是不是就能实现无人自动浇灌呢？根据电路要求，学生分组设计电路图。小组讨论交流并修改。连接实物图，测试电路，发现问题并改进实验。（6）完善装置，美化作品经过电路测试，我们已经初步实现湿度感应浇灌，是不是很激动？现在我们把装置接入绿植盆栽中，完成我们的作品。再次实验，进一步完善作品。实验发现：通过调节电位器，还可调节土壤在何种湿度时才要补水，也可结合插入土探头的深浅来调节。发现不足：水管直径大，水流过大可能会溢出，部分土壤流失。在实验过程中，会遇到各种各样的问题，美好的事物总是可以让人赏心悦目，我们的实验装置在外观上是否可以更美观一些呢？有的学生认为，可以利用废旧材料进行装饰，废物利用；有的学生认为，可以借助3D打印设备进行升级改造，但因为条件有限，这只能是“心有余而力不足”；还有学生认为，可用更好的材质，如亚克力板，进行改进。4.作品分享与评价（1）作品分享各个小组都完成自己的作品，在班内，我们6S小学科学

cience2023.22以小组或个人为单位，分别展示并分享自己的作品。以小组为单位，在校园内开展精彩“微课堂”。学校在公众号、校报、板报展示。（2）项目综合评价教师对整个项目进行总结评价，小组内和学生之间进行相互评价，并填写项目评价量表。姓名：★★★评价人：★★★等级设计方案缺少文字或设计了文字和合理地设计文字和图画说图画设计图画说明，但是明，对设计结构的表述条说明缺少条理；理清晰；实验步骤、观察记实验步骤表述录表述清楚较清楚材料使用不材料使用较充材料使用充分，并且使用充分，只用了分，个别材料使合理少部分材料用错误分工不明确，有基本的分工，有明确的分工且能贯彻实成员不清楚但是分工不系施，每个成员都安排了相自己的角色统，或执行分工应的任务，并且每个人都不彻底，或出现明确自己的任务没有承担任务的成员方案未改进，方案有改进，但改进后的方案较细致，有缺乏指导性不明显，不够细设计图，有说明致小组对设计和实验过程的描述缺乏逻辑，不能说明结果或无结果小组对设计和展示条理清晰明确，有效实验过程进行地体现了实验的目的，效部分展示，展示果显著较具体，但是部分显得混乱和无意义材料利用分工合作改进方案说明展示四、案例分析与总结湿度感应自动浇灌仪虽然已经完成，但还存在不少问题，比如湿度传感器的灵敏度、支架的稳定性、材料的局限性以及外形美观等方面还需改进。我们需要不断地完善装置，优化作品。我们的项目还可以增加其他功能，可以用太阳能电池板代替电池供电，可以增加天气显示模块，更能与科技结合，体现智能生活的创造。学生在本案例中不仅掌握了知识和技能，还能灵活运用所学知识解决生活中的实际问题。跨学科主题学习正式进入课程，意味着中国基础教育中人才培养方式将发生变革。参考文献[1]中华人民共和国教育部.义务教育科学课程标准[M].北京：北京师范大学出版社，2022.[2]张媛.真实情境下的跨学科主题教学[J].小学科学，2022（23）：112-114.[3]夏祥祥.科学课程的跨学科融合教学研究[J].亚太教育，2021（4）：67-68.[4]顾欢欢.例谈STEM项目学习的进阶性实践[J].湖北教育，2023（2）.■Copyright©博看网. All Rights Reserved.