课堂背景

随着科技的飞速发展，大数据、人工智能、物联网技术和实体经济高度融合，面向未来的创客教育显得尤为重要。为此，我们开设了以物联网技术为基础的STEAM课程。

本节课以展示作品、展示设计为载体，以物理电路设计为主线，围绕三件项目作品——医院呼叫系统、抢答器、楼道灯展开。在构思本节课时，我一直在思考如何将物理中的电路设计与生活中的应用联系起来？采用课本上的一些素材，如医院呼叫系统电路设计，先将这个项目布置给学生，在此之前他们还没有学习电路连接的基本知识。通过上网查资料、实地考察以及借助传感器和编程技术，学生完成了作品——内部呼叫系统，并将这套控制系统安装到自己搭建的病房和护士站中进行模拟测试。

课堂实录

【导入】（播放视频）《指尖上的中国》

师：在放假期间，我布置给各小组相关任务，要求运用传感器、编程等技术制作一件作品。今天，我们举行一场作品发布会，活动将围绕你们的三件作品展开，同时还要做一名电路设计师，借助所学的电路知识，一起来设计生活中经常能接触到的简单电路。

（场景1）：在病房里，当病人输液瓶中的药液快输完了，而护士却不在身边，这时病人按下床边的按钮，护士招之即来，有请第一组展示他们带来的作品——医院呼叫系统。

【作品一】：医院呼叫系统

（第一组三位学生上台展示作品）

主创1：我们组设计的医院呼叫系统，当一号病床按下按钮，护士站蜂鸣器响，数码管显示1；当二号病床按下开关，护士站蜂鸣器响，数码管显示2。这样，就解决了护士及时换药的问题。

师：我看到这是他们编写的程序，能简单介绍一下你们的编程思路吗？

主创2：我们在设计一代病床呼叫系统时，用到的是“如果……那么……”这样的编程语言，一号病床和二号病床之间是并列关系。

主创3：我们的作品还存在缺陷，这个作品只有一个数码管，当1号和2号同时呼叫时，就无法具体显示。后来，我们又制作了医院呼叫系统二代，解决了这个问题，下面进行展示。

（设计编程展示环节，主要是让学生再次体会其中的逻辑联系，这与串并联的思想是一致的）

师：好厉害的作品，许多伟大的发明都用到这种迭代的思想。在座的各位设计师们，对于这个作品你们有问题要问吗？下面我们就来设计一下这个医院呼叫系统的电路图。

（设计互动问题）：大家为这个呼叫系统设计一个简单电路，想一想需要用到哪些电学器材？

生：电铃、灯泡、开关、电源。

设计活动一：设计一张病床的呼叫电路(学生将设计电路图通过平板上传给教师)。

师：想一想指示灯和电铃如何连接？

（小组展示、点评）

师：（挑选两张）我们发现有的设计成串联，有的设计成并联，先请他们说一下这样设计的理由？

生：我觉得并联更好，这样即使一个电器用坏了,另一个还能正常工作，因为并联电路互不影响。

设计活动二：设计两张病床的呼叫电路图（学生将设计电路图通过平板上传给教师）。

师：在实际的医院里，肯定不止一张病床，如何设计多床呼叫的电路？

（视频无线同时投屏10个小组上传的设计电路图，教师挑选出典型的两张或三张图进行评价）

师：几种设计方案，你会选择哪一种？分别说一说优缺点。

生1：我们组设计的是一床指示灯先与电铃并联，再与病床前的开关串联，再用同样的方法接好二床，最后再并联到一个电路中。

生2：我们组觉得要将两盏灯并联后再与电铃串联，两个开关分别与两盏灯串联。这样的设计比较合理，可以节省一个电铃的成本。

（设计互动提问的目的，一方面由简单到复杂设计电路，阶梯思考，另一方面展示头脑风暴的过程，鼓励学生勇于提出自己的观点，让不同的观点不断碰撞出智慧的火花）

师：对于小组作品有没有进一步改进的想法，可以让作品更好地应用于实际，我们先让设计者自己评价设计的优缺点。

主创1：我们去医院考察过现实的呼叫系统，作品还存在一些问题。比如病人呼叫时，并不知道自己能否呼叫成功，可以在病房区再装一个指示灯；当护士到达病房时，呼叫应自动结束。

主创2：还有一些病人由于各种病情的不同，有时不能自己呼叫，所以为了更方便病人，我们想设计一种可穿戴的呼叫系统。比如，如果病人是心脏病，当仪器检测到病人的心脏跳动异常，就会立刻启动呼叫。

主创3：护士听到铃声都要到护士站才能看到几床呼叫，可以在走廊安装提示器，或者用移动互联技术实时发信息给护士，不管护士在什么位置都能随时接收到呼叫信号。

（联系实际对作品进行评价，运用电路中学到的设计思路进一步改进作品）

师：第一组同学的设计非常棒，这个呼叫系统模型的搭建，一开始需要绘制图纸，考虑材料的选择、尺寸的大小等，你们的动手能力很强。下面有请第二组同学上台展示。

【作品二】：抢答器

主创1：我们制作的是一个抢答器。

主创2：它是由一个蜂鸣器，两个LED指示灯，还有一个红外接收器制作成的，可以用遥控器实现无线抢答。我们可以和大家互动一下。谁想来试试？

（场景2）将两个抢答遥控器交给参与的学生，由一名学生发出指令，开始抢答。

设计活动三：设计抢答器电路并实验操作。

师：抢答成功的同学说一说抢答器电路如何设计？

生1：我觉得与刚才呼叫电路比较像。

师：其他同学有不同意见吗？

生2：这个电路分不清谁先按。

师：在设计简单电路时，怎样实现一号抢答成功后，二号无法再抢答的功能呢？从而实现并联的两条支路交替接通。这么特别的功能，单刀开关可以实现吗？最好对这个开关改造一下，让它选择接通的支路工作，不接通的支路断开。单刀双掷开关就具备这样的功能，我们会采用“要么…要么…”这样的句式来做二选一的判断，谁来造个句？

生：这道题只有一个选项，要么选A，要么选B。

（PPT显示单刀双掷开关的电路符号、如何连接）

师：在抢答器电路中，两个遥控器抢的就像是我们单刀双掷开关的这把刀，谁先抢到，就倒向谁，并接通电路。请大家应用单刀双掷开关重新设计抢答器电路。每个小组用一个单刀双掷开关，两盏灯，一个蜂鸣器，一个电源，先来实现一下两盏灯交替发光的电路，并连接电路。

（学生连接电路图，并通过分组实验连接电路，实现电路功能。视频无线投屏展示学生的电路连接并解说电路）

师：抢答器模型让我们学会了单刀双掷开关的应用，感谢第二组同学的作品，有请下一组。

【作品三】：双控楼道灯

主创：我们组设计的是一个双控灯，它可以应用于楼梯间、长走廊、大卧室等。

（场景3）夜晚上楼前打开楼道灯，走上楼梯，关闭灯，从而实现双控。

师：这盏楼道灯需要楼上楼下两个开关进行控制，这两个开关是简单的单刀开关串联或并联吗？请同学们思考如何用刚才学习的单刀双掷开关来实现这一功能？需要两个单刀双掷开关结合使用，试一试如何连接？我将这个电路问题留给大家课后思考……

【结束语】

师：本节课，同学们展示了自己的创意设计和科技作品。我们在实践中收获创意，在创意中收获知识。通过本次活动，我们发现学好物理和学好技术都很重要，只有真正掌握了知识和技能才能造福于人们的生活，STEAM让我们一起创造更美好的生活。

设计思路

此项活动的整体设计流程包括：讨论选题、作品创造、作品介绍、分析讨论、掌握原理。

第一阶段的选题定题会，为了提高学生学习的主动性，激发学生的想象力，培养学生的团队意识。结合这堂课，我设定了四个项目，医院呼叫系统、抢答器、双控灯、十字路口的交通信号灯，学生分成四个大组，每个组负责研究一个项目。

第二阶段作品创造，开展过程对于初三学生并不简单，遇到一些阻力。比如，遇到队友想要“主控”整个项目的方向，其他队友都没有办法“贡献”力量的情形。又如，遇到队友“不准时”“不负责”，项目延迟等。当遇到这些问题，我会给予建议。为了避免更多问题的产生，在布置任务阶段，就要详细考虑各个方面。比如，小组分工一定要明确，有一个产品总负责人，还有产品设计师、宣传员等。

第三阶段作品介绍，我带领学生到中国移动公司做了一次作品分享交流会，通过作品的分享，促进小组交流，欣赏他人作品，并提出问题，在交流与反思中促进提升。对于学生制作的医院呼叫系统，移动公司的产品项目负责人很感兴趣，提出要为我们提供技术支持，进一步完善作品。

与此同时，我进行了教学设计：怎样将这些资源整合到一堂课中，并以学习者为中心，教师进行辅助，多方面引导学生自发自省的能力？有了这些想法，我做了桥梁型的课程设计，以学生展示作品、展示设计两大主题内容为载体，两者看似独立实则紧密联系，利用展示作品为后面的设计电路提供模拟场景，碰到的现实问题作为发问和思考前的铺垫，通过情景引入，与现实结合。然后，通过展示设计进一步改进作品。

整个STEAM活动并不局限于一堂课，主体恰恰是利用节假日、课间引导学生创作，在过程中关注作品的创意和深度。设计电路、作品创造，目的是鼓励学生像科学家一样思考问题，像工程师一样解决问题。在这样的观察、探究、表达、合作过程中锻炼学生的创造力、思维力，发展学生的创新精神和实践能力，使学生在积极主动的学习中乐于创造，做具有探索和创新精神的创客。

（作者单位系江苏省无锡市侨谊实验中学）

《中国教师报》2018年11月28日 星期三 第05版：现代课堂