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融合 STEM 理念的小学创客教育课堂教学模式研究
——以 Arduino 创客教学为例
创客教育是一种创造性的学习。

创客教育强调学生要主动思考，积极动手、设计，这种理念对培养学生的创新能力有很大的促进作用。

但是，在实际的教学过程中，大多数学生的编程基础薄弱，只是被动、机械的完成学习任务，再加上硬件实验设备的封闭性，无法激发学生的学习兴趣。

创客课程作为创客教育实施载体，并不能依靠单一学科知识完成，而是需要跨学科的知识的综合运用。

经过广泛调研，笔者发现，STEM 的跨学科理念能与创客教育得到有效融合，而 Arduino作为一款开源电子平台，有很强的易用性和扩展性，该实验平台无需学生掌握复杂的编程语言即可进行创新应用设计，是当下创客教育的主要开发工具。

本文结合近年来学校开展创客教育的理论研究与实践经验，以基于 Arduino 平台的创客教学为例，对 STEM 理念下的小学创客教育课堂教学模式进行研究。

（一）融合 STEM 理念的小学创客教育教学目标
1、构建科学合理的创客教育课堂教学模式，真正实现“以学生的主体”的教学理念，发挥学生的主观能动性。

2、培养学生发现问题、解决问题的能力，并且能够撰写研究方案与实施计划，让小学的创客课堂能够真正“落地”。

3、培养学生的团队意识，发展学生的个性所长，小组成员形成互帮互助、取长补短的团队能力。

4、加强学生的语言表达能力，不光能够把作品做出来，还能把作品说出来，通过讲解与分享经验，使学生形成自有学者评价与自有学者反思的习惯。

（二）融合 STEM 理念的小学创客教育教学策略
1、真实情境，激发探究欲望
在每一节的导入环节，创设一个真实生活情境，提出引人沉思的问题，激发学生自有学者思考，在思考的过程中，不断以问题鼓励学生大胆提出自己的想法，并验证自己想法的可行性，帮助学生提高解决问题的能力，并更深入地了解
Arduino 相关知识。

例：在“智能停车位”一课中，老师提出现在全国车位紧缺 5000 万的现状，
并播放在停车场找车位从东到西，从南到北反复寻找的麻烦过程，让学生意识到真实
问题的存在，并积极开动脑筋寻找办法。

“有学者们可以显示剩余的车位数，让进入
车库的人心里有清晰的车位数的认识”“可以在停车场内安放一个机器人，专门为
需要停车的人服务”“也许可以在地面上安装一个有 LED 灯的箭头，有车位的方向
显示绿灯，没有车位的方向显示红灯”……学生的探究欲望都被生活中真实存在的
麻烦问题激发出来，纷纷提出自己的创意想法，又不断质疑他人方向的可行性，在探
究思考中找出最佳方案。

2、善用差异，打造高效课堂
在编程的学习上，学生表现出来的差异大于语文、数学等基础学科。

学生的差
异是一种资源，课堂教学过程中，学会充分利用学生的差异资源，会让课堂收到事半功倍的效果。

如六 3 班有两个对编程特别感兴趣的学生，除了学习课堂上基本的scratch、mBlock 软件以外，还自己购买了 C++、python 等编程书籍，利用午休与
社团时间自学代码语言，在上六 3 班的课时，老师只需要告诉这两个学生本节课需要学习的知识点是什么，让这两个学生一人负责讲解、一人负责辅导，老师在旁协助，
课堂轻松而高效。

对于一般的班级，没有这样拔尖的学生时，就让先完成的学生去教
会后完成的学生，并且每节课的任务分等级进行，在评价标准中明确给出完成不同层次任务的分值，让学生心中有数，并且在完成基本任务的情况下，会向着更高的分值努力。

3、合作学习，推动课堂创新
合作学习作为新课改所倡导课堂教学模式，运用在 Arduino 的课堂中也极具
可操作性。

在提出真实问题情境后，由学生小组合作讨论出小组解决方案，有利于
拓宽学生的思维，在发言与质疑、修改的过程中，有利于学生批判性思维的形
成。

在方案形成后，对小组成员进行具体分工，以工程项目小组的方式，每人承担
不同的任务，合力为一个共同的目标而努力，有利于增强学生的集体荣誉感与责任感。

在合作学习的过程中，不同的思维在碰撞，产生新的火花，产生新的想法，为
课堂创新发展提供了很好的模式。

4、评价量表，树立清晰目标
在传统的课堂中，老师布置任务后，学生知道应该做什么，可是任务完成得
怎么样，如何评价，到底怎样算好，怎样算非常好，在学生心里没有明确的标准。

在Arduino 的学习过程中，有学者们对每一个需要学生完成任务的环节设置评价
量表，清晰描述出在这个环节中应该完成什么，并对最终完成情况给出 0 分、1 分、
2 分的分值，根据评价量表，学生可以清楚地根据自身情况，判断可以做到哪个
分值，应该往哪个目标去努力，或者已经做到 1 分的标准后，是否可以往 2 分去努力，目标清晰，效果明显。

（三）融合 STEM 理念的小学创客教育实施途径 1、课堂教学保底基础知识
全班化的课堂教学，因学生差异较大，需要照顾到所有学生，就承担着完成保底基础知识的任务，将学生最需掌握的基础知识点在平常的 STEM 课堂中完成。

2、社团学习拔高学习专长
经过课堂教学，会发现一批对 Arduino 有着浓厚兴趣或在编程方面有天赋的学生，将这样的学生组织在一起，经过考核，选拔出既有兴趣又有特长的学生， 组成创客社团，以项目驱动学生更深层次的学习，拔高学生的知识，拓展学生的能力。

3、课外活动延伸学习效果
在课余时间，有学者们带领学生前往乐ft 理工大学工程训练中心，参观激光切割与 3D 打印、核电博物馆，让学生明白现在所有 Ardunio 的知识还有哪些用处， 在大学生的手中还有哪些创意，坚定学习的决心。

同时，带领学生参加全国中小学生创造大赛，四川省创客竞赛等竞赛活动，在活动中进一步验证所学知识，树立学生的自信心，提升学生综合能力。

（四）融合 STEM 理念的小学创客教育教学模式
Arduino 是一门操作实践性、创造性很强的学科，因此，在教学中，有学者们主
要采用“做中学”的方法，以项目式学习为主，提出基于真实问题情境的项目， 让学生以工程师的身份参与到项目实施过程中，像科学家一样地批判思考问题， 在课堂教学中，以“提出问题——设计方案——制作实施——展示分享”四个步骤实施项目，做到有序、有效，整个教学流程如下图：
教师
思路制作实施 展示分享
学生
学以致用操作实践
展示表达思考验证
聆听分析引领思路 提供资源建立支架 总结分析引领方向
交流研讨
尝试解决
以“穿衣指南”项目为例具体说明：
第一步：提出问题
根据今年夏天天气变化反复无常，常常今天是 30 度，需要穿短袖，明天双变成 18 度，穿一件长袖仍觉得冷。

每天最苦恼的事情就是穿什么衣服，提问：
有什么方法可以起床快速知道今天应该穿什么衣服？学生纷纷猜测，给出办法，经过讨论后，最终确定用 Arduino UNO 板结合温度传感器和其他电子元件，制作出一款装饰品，能指示今天该穿长袖还是短袖。

第二步：设计方案
学生分四人一小组设计自己小组的方案，设计方案中应包含如下内容：
有了设计方案做指导，对学生的后续操作有明确的方向性指导，能达到事半功倍的效果。

“穿衣指南”的学生设计方案如下：
第三步：制作实施
这是教学过程中最耗时的一个流程，也是学生最感兴趣的流程。

学生需要根据自己的设计方案，准备材料，材料提倡准备废旧物品，然后仔细分工，接线、编程、外壳制作，将自己的创意想法变成现实。

“穿衣指南”这一项目，学生最终做出的作品如下：
、
Arduino 触摸传感器、温度传感器、蜂鸣器结合制作的穿衣指南。

当按下触摸传感器时，温度传感器将检测到的温度返回Arduino UNO 板，Arduino UNO 板控制蜂鸣器发出不同声音。

Arduino 温度传感器、按钮、LED 结合制作的穿衣指南。

当按下按钮时，温度传感器将检测到的温度返回 Arduino UNO 板，Arduino UNO 板控制舵机指挥 LED 发出不同颜色。

Arduino 温度传感器、舵机结合制作的穿衣指南。

当温度传感器将检测到的温度返回Arduino UNO 板，Arduino UNO 板控制舵机指向长袖或短袖。

在制作实施的过程中，学生会遇到很多的问题，尤其是接线、程序的问题，
Arduino 温度传感器、LED 结合制作的穿衣指南。

温度传感器将检测到的温度返回Arduino UNO 板，Arduino UNO 板控制舵机指挥 LED 发出不同颜色。

因此，老师专门制作了一本 Arduino 电子说明书作为学生学习的支架，记录了常见传感器的接线、用法、程序，学生可以根据需要查阅，学会学习信息技术最重要的方法——看教程。

Arduino 电子书部分页面如下:
第四步：展示分享
做得出来，还要说得出来。

这是对学生表达能力的考验，学生需要将自己的作品介绍给其他的同学，同时其他同学会考察作品与设计方案的吻合度，是否实
现了基本功能，同时，针对功能、成本、美观等问题提出质疑，完全模拟项目的
整个过程，形成批判性思维能力。

经过提问、设计、实施、展示这一系列教学流程，学生经历了猜测、推理、
实施、论证、分享等一系列的过程，科学素养、工程素养、数学素养、信息素养得
到极大的提升，为日后学习奠定良好的基础。

（五）融合 STEM 理念的小学创客教育评价量表
评价是依据教学目标对教学过程及其结果进行价值判断，应具有诊断、激励、
调节、教学的作用。

将评价方式做成评价量表，用一张表格将学生的讨论、合作、作品、展示等各方面需要考察的细节用不同的分值标准标示出来，可以让学生自有学者诊断自己做到哪个程度，激励学生往更高的目标去努力，如果达不到也可做适当调整，比
老师一条一条讲更有效。

在实施 Arduino 课程后，有学者们就教学流程中的设计方
案与制作实施两个重要环节形成了固定的评价量表。

如下表所示：
“设计方案”评价量表
“作品”评价量表
融合 STEM 理念的创客课堂让教学更加高效、有序，学生一进入教室就开始做作品或编程，不再有以前一进教室就想玩游戏的情况。

学校内涌现出大批小创客，利用 Arduino 与纸箱、卡纸、木板等废旧材料结合，创造出许多独一无二的作品。

学生的科学素养、工程素养、信息素养、技术素养得到极大的提高，遇到问题会先想办法解决，愿意动手去将自己的创意物化。