我?guī)?lái)的課題是一個(gè)來(lái)自生活的項(xiàng)目。我先給大家播放一段小視頻（播放視頻），視頻中調(diào)整燈的亮暗的需求來(lái)源于一個(gè)生活的場(chǎng)景。我們以這樣一個(gè)需求作為我們的研究方向，即制作一個(gè)夜晚自動(dòng)點(diǎn)亮、晚上自動(dòng)熄滅的神奇小燈。我們還給這個(gè)課題起了一個(gè)漂亮的名字——星星點(diǎn)燈。

課題確定以后，如何實(shí)現(xiàn)我們的方案呢？在這個(gè)過(guò)程當(dāng)中，學(xué)生又會(huì)用到哪些知識(shí)和技能呢？

為了使探究活動(dòng)能夠順利進(jìn)行，我們?cè)O(shè)計(jì)了一個(gè)小環(huán)節(jié)，即通過(guò)制作一個(gè)“簡(jiǎn)易的調(diào)光燈”，讓學(xué)生了解在其中涉及的電子控制技術(shù)，這樣間接地學(xué)習(xí)了“一個(gè)簡(jiǎn)易燈的電路圖”的知識(shí)。

學(xué)生們首先遇到的一個(gè)非常重要的元器件就是三極管，那么三極管是什么？它到底有什么作用？我們通過(guò)一個(gè)小的教學(xué)視頻來(lái)展示（如圖1）。

學(xué)生們通過(guò)小視頻了解到，三極管的三個(gè)極中有一個(gè)極是控制極，它微小的變化可以控制很大的電流通過(guò)。接下來(lái)，我?guī)ьI(lǐng)學(xué)生回過(guò)頭去學(xué)習(xí)調(diào)光電路的電路圖，分析“如果把這個(gè)電路的電源開(kāi)關(guān)合上之后，這盞燈能不能瞬間點(diǎn)亮”。

學(xué)生根據(jù)剛才看到的視頻，知道三極管有一定的控制作用，要想讓這盞燈點(diǎn)亮，則必須控制B極。通過(guò)它的電壓變化，使得在它和C之間有一個(gè)較大的電流通過(guò)，因此在這個(gè)通路上的發(fā)光二極管就可以被點(diǎn)亮。

那么，我們控制的究竟是什么呢？通過(guò)調(diào)整可變電路，我們實(shí)際上是取得了一個(gè)Rp下面的增壓，通過(guò)這個(gè)增壓來(lái)獲取整個(gè)電路的通與斷，或者它電流的大與小。在這里，有一個(gè)最關(guān)鍵的數(shù)據(jù)就是0.6伏，因?yàn)?.6伏是門(mén)檻電壓。

如何讓小學(xué)階段的學(xué)生理解“0.6伏是門(mén)檻電壓”呢？我們一般通過(guò)儀表測(cè)量，讓學(xué)生了解到這樣一個(gè)數(shù)據(jù)，中學(xué)階段則可以讓學(xué)生通過(guò)計(jì)算來(lái)得到這個(gè)數(shù)值。

有學(xué)生可能會(huì)問(wèn)：“我用普通開(kāi)關(guān)就可以控制電路，為什么要加入一個(gè)三極管，把事情變復(fù)雜呢？”我告訴他，因?yàn)槿龢O管最大的特點(diǎn)就是，可以用很小的信號(hào)來(lái)控制很大的電流。在未來(lái)的自動(dòng)控制當(dāng)中，像冰箱里的溫控電路，熱水器的溫控電路，走廊中的聲控電路以及光控電路等，就是用這些微小的信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)電路控制的。那么，三極管的控制能力就為我們實(shí)現(xiàn)這些技術(shù)提供了保證。

我給學(xué)生播放上一屆孩子做的一個(gè)小視頻（如圖2）。在視頻中，通過(guò)調(diào)整可變電阻，燈光由很明亮逐漸減弱，最后關(guān)閉。學(xué)生們通過(guò)觀看視頻，感受到三極管的控制原理。

圖2 三極管的控制原理視頻截圖

在了解了這些知識(shí)之后，學(xué)生開(kāi)始自己動(dòng)手制作。在制作的過(guò)程中，我要求他們思考：電阻的變化會(huì)使得發(fā)光二極管發(fā)生什么樣的變化？需要調(diào)整哪些變量，才能達(dá)到這一目的？

當(dāng)學(xué)生們把這個(gè)電路做完之后，再回到問(wèn)題的初始：如何讓燈在黑天自動(dòng)點(diǎn)亮、白天自動(dòng)熄滅？學(xué)生發(fā)現(xiàn)，要把白天和黑夜作為控制電路的一個(gè)條件。

那么，怎樣實(shí)現(xiàn)這樣的控制？此時(shí)我引入一個(gè)新知識(shí)——光傳感器，并重點(diǎn)向?qū)W生介紹了光敏電阻的原理：隨著光照的明暗不同，光敏電阻的電阻大小會(huì)發(fā)生變化。光照強(qiáng)時(shí)，電阻很?。还庹杖跎踔翢o(wú)光時(shí)，電阻就很大。因此將它作為傳感器加入電路當(dāng)中，就可以起到自動(dòng)控制的作用。

學(xué)生通過(guò)制作電路，對(duì)三極管的控制原理有了深刻的理解，再加上對(duì)光傳感器原理的了解，學(xué)生就具有了一定的知識(shí)準(zhǔn)備，可以根據(jù)我所提供的知識(shí)，或者上網(wǎng)查找更多的資料，來(lái)自己設(shè)計(jì)一個(gè)夜晚自動(dòng)點(diǎn)亮、白天自動(dòng)熄滅的小燈。

在完成了這些前期的小實(shí)驗(yàn)之后，我就讓學(xué)生分組開(kāi)展頭腦風(fēng)暴，討論自己的設(shè)計(jì)方案。學(xué)生兩三個(gè)人一個(gè)小組，討論完后要繪制出一個(gè)電路圖，表明自己要做一個(gè)什么樣的電路以及這個(gè)電路可以達(dá)到什么樣的效果。

當(dāng)制作完電路圖以后，學(xué)生要在全班發(fā)表和討論。老師也加入到討論中來(lái)。學(xué)生在討論過(guò)程中對(duì)自己的方案進(jìn)行修改，然后開(kāi)始實(shí)際制作這個(gè)電路。我為學(xué)生準(zhǔn)備了制作材料：5V電池（多功能電子實(shí)驗(yàn)盒）；10kΩ電阻、100kΩ、200Ω電阻；光敏電阻（光控開(kāi)關(guān)）；三極管（9013）；發(fā)光二極管（LED）；面包板和導(dǎo)線。

在準(zhǔn)備材料的過(guò)程當(dāng)中，我會(huì)在電路安全范圍內(nèi)為學(xué)生多準(zhǔn)備出一些導(dǎo)線。這樣可以讓學(xué)生在調(diào)試過(guò)程中充分體會(huì)到，不同的電路會(huì)得到不同的升壓，因此產(chǎn)生的效果，如靈敏度、范圍等會(huì)有變化。學(xué)生可以根據(jù)這些變化做一個(gè)測(cè)量表，將每次換電阻的情況進(jìn)行記錄，哪些調(diào)整得好，哪些比較寬泛等做一個(gè)對(duì)比，形成一個(gè)最終的方案，并完成制作。

當(dāng)學(xué)生完成電路的制作之后，我再啟發(fā)他們對(duì)自己的作品進(jìn)行外觀設(shè)計(jì)。這樣，學(xué)生們就可以利用準(zhǔn)備好的廢棄的紙盒、吸管、折紙等，為自己的電路做一個(gè)美麗的外觀，并在全班展示。

圖3是學(xué)生們展示的作品成果。有的學(xué)生用水杯和吸管，做一個(gè)非常簡(jiǎn)潔、效果又很好的吸管燈，有的學(xué)生做成了牛頭燈，有的做成了夜晚自動(dòng)點(diǎn)亮的圣誕小屋作品。學(xué)生們笑容滿面的神態(tài)告訴我，他們對(duì)這個(gè)課非常喜愛(ài)，通過(guò)自己親手制作，也加深了對(duì)電路的理解和外觀的設(shè)計(jì)。

這就是整個(gè)教學(xué)過(guò)程。跟以往教學(xué)不同的是，過(guò)去教師可能會(huì)給大家講解完知識(shí)，再帶著大家做一個(gè)電路就算結(jié)束了。現(xiàn)在我應(yīng)用STEM教學(xué)理念，用任務(wù)驅(qū)動(dòng)開(kāi)始設(shè)立一個(gè)主題，這個(gè)主題一定是來(lái)自于生活的，然后學(xué)生研究問(wèn)題、設(shè)計(jì)方案、修改方案，最后呈現(xiàn)。在這個(gè)過(guò)程中，學(xué)生學(xué)習(xí)到了三極管控制原理、光傳感器等科學(xué)知識(shí)，然后運(yùn)用電子控制技術(shù)來(lái)完成作品，實(shí)現(xiàn)他們的目標(biāo)。其中，還有學(xué)生對(duì)數(shù)據(jù)的測(cè)量采集，根據(jù)數(shù)據(jù)精確地制作出完美的作品。

專家點(diǎn)評(píng)

董宏建（北京理工大學(xué)遠(yuǎn)程教育學(xué)院教育技術(shù)研究所副教授）：“星星點(diǎn)燈”教學(xué)比較好地融入了STEM教育所倡導(dǎo)的項(xiàng)目教學(xué)方式。項(xiàng)目的來(lái)源是生活當(dāng)中遇到的問(wèn)題，并且教師將“如何解決這個(gè)問(wèn)題”貫穿到課堂的始末。這個(gè)案例也從三個(gè)方面體現(xiàn)了STEM的特點(diǎn)：一是課程設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了STEM課程的有效融合，二是將抽象的書(shū)本知識(shí)與現(xiàn)實(shí)生活的情景相結(jié)合，三是在整節(jié)課的設(shè)計(jì)過(guò)程當(dāng)中讓學(xué)生去動(dòng)手和實(shí)踐操作，這充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生探究整體解決方案的積極性，提高了學(xué)生的實(shí)踐能力。希望更多的中國(guó)老師將來(lái)源于生活的問(wèn)題與學(xué)科融合起來(lái)開(kāi)展STEM教學(xué)。當(dāng)然，這個(gè)案例也有我認(rèn)為可以進(jìn)一步交流之處。在成皓老師的整個(gè)介紹里，科學(xué)知識(shí)所占的比重比較大，數(shù)學(xué)知識(shí)的運(yùn)用體現(xiàn)得少了點(diǎn)，如果能夠把這個(gè)項(xiàng)目涉及的四個(gè)學(xué)科運(yùn)用得更融合，會(huì)更加體現(xiàn)STEM教育的特點(diǎn)。