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作品简介:

无论是创客教育,还是STEM、STEAM教育,都旨在引导更多的老师和学生去做跨领域的、跨学科的,结合真实世界的项目研究,通过科学、技术、工程、艺术和数学的相互结合,提升学生们解决问题的综合能力。本书大部分内容来自《中国信息技术教育》的“生活-技术-探究”栏目,汇集了形形色色的有趣项目,真实地再现他们的探索过程,值得中小学从事创客、STEAM教育的老师作为开发课程的重要参考。

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谢作如
浙江省温州中学
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跨学科学习是我们努力的方向

跨学科学习是我们努力的方向

也许是受个人经历影响,我对跨学科学习尤其感兴趣。“曾经写诗,现在写程序”描述的是我真实的从教生涯——从教语文到教信息技术。其实,很多人并不知道,我还教过初中科学、数学、高中通用技术等等杂七杂八的学科。

始终认为,学习和生活是紧密联系而不可分开的。所以,教学中要鼓励学生关注真实的世界,做真实的研究,做真实的东西。记得小学时,我用表面积公式帮爸爸计算“砌一个谷仓需要多少块砖头”,得到爸爸和数学老师的表扬,这件事就成为童年生活中印象最深刻的美好回忆之一。现在自己当老师了,也总想着让学生做点不是单纯为了考分的事情,能够把学科知识“用”出来的事情,比如帮别人写信、帮家人记记账等。后来我改教信息技术,那就更简单了,几个学生在高中成立了一个工作室,帮家乡企业做网站,还真的赚了第一桶金。

回忆我做创客教育的经历,则是先从研究STEM开始的。我和学生做的第一个STEM项目,是关于教室灯光的智能控制,研究如何在没有人的时候,教室的灯光自动关闭,从而实现节能环保。我还要求学生设计出的这个小装置,能真正工作在我校的教室里,从产品的角度考虑成本问题。很多人总是说学生提不出问题,要培养他们发现问题的能力云云。而我的认识却恰恰相反,学生能提出很多问题,往往无法实现。就如这个教室的灯光智能控制器,只能做个演示模型,没法真正使用。因为真正要使用,你就得考虑更多的因素,比如教室要断电之前,总要判断教室中投影仪和电脑的情况吧,不能简简单单断电即可。这时候,你会发现想把生活中的问题真正解决,靠某一门学科的知识是无法解决的。

2015年以来,国内教育届对STEM或者STEAM教育非常关注,也冒出了好多以跨学科为特色的课程研发机构或者培训机构。但如果我们真想做STEAM、STEAM教育,却又找不到相对完整或者有大规模复制价值的课程,甚至找不到几个跨学科学习的案例。如果去找STEM方面的书籍,我们更加会大失所望。比如最流行的《STEM 项目学生研究手册》,其实就是一本类似研究性学习的手册。这和现在流行的“大数据”技术很类似,都说大数据研究是方向,但实际上谁都没有很好的研究案例,连“啤酒和尿布”的故事据说也是杜撰的。

为了积累跨学科学习的项目素材,我在《中国信息技术教育》杂志上开设了“生活·技术·探索”栏目。虽然栏目开通于2015年,但之前我和秦妍编辑已经进行了长达两年时间的沟通。直到最后,我们还是没有找到一个很好的名词来概括我们要做的内容,跨学科、STEM、STEAM抑或创客教育?也许栏目的名称并不重要,行动力是最重要的,“生活、技术、探索”三个词语的组合,还是能表现栏目的开设初衷。我希望借助这个栏目,能够引导更多的老师和学生去做跨领域的、跨学科的,结合真实世界的项目研究。同时,也能够聚集国内外研究STEM/STEAM教育的老师和创客,结合形形色色的有趣项目,真实地再现他们的探索过程。

回忆这两年发表的文章,有研究智能家居和可穿戴技术的,有做传感器做激光测距测高仪的,也有做科学实验的,甚至有做好玩的能和手机互动的挥手机器人。我尽力让每一个案例都具有跨学科学习的特征,并且为了让技术门槛变得更低,我特意用Scratch、ArduBlcok之类的图形化编程软件,以期拥有更多的读者。从各方面的反馈看,栏目的质量离我自己期望的还有一定的距离,有曲高和寡之嫌。但是我深信,随着中小学综合实践活动的新教学指导纲要发布,会有越来越多的老师关注“学科融合”,关注“横断能力”,这个栏目积累的有趣项目,将是帮助教师开发跨学科学习方面课程的最好资源。

2016年,应大成编客平台的邀请,在学生张敬云的帮助下,我将这两年在“生活·技术·探索”栏目发表的文章整理出来,做了一本电子书。在整理的过程中,还发现知网数据库中一些相关的文章,于是准备整理出系列电子书。书的名称取为《源自真实世界的探究》,这是第一辑。随后会陆续整理出第二辑、第三辑。

我始终坚信,跨学科学习是未来学习的方向。与其临时抱佛,不如未雨绸缪。

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第1章 动手造物
1.自制MaKeyMaKey
谢作如
<正>MaKeyMaKey是大众融资平台Kickstarter上的一个项目,由两位MIT在读博士设计。它能将日常物品变成触摸板,然后连上电脑和网络。Ma Key Ma Key由三个部分组成:MaKeyMaKey主板、鳄鱼夹和数据线。对于任何导体(表面湿润的绝缘体也可以)来说,只要用鳄鱼嘴导线将物体与电路板上的各个金属触点相...   详情>>
来源:《中国信息技术教育》 2015年第21期 作者:谢作如
2.做一个激光测距测高仪
谢作如;郑一粟
<正>笔者做激光测距测高仪的想法源自一款用摄像头作为测量工具的APP。这类APP的测量原理是根据手机、平板的摄像头成像的比例关系,计算出测量距离和物体高度。例如,i Phone有款软件叫"光学测距仪",运行界面如图1所示。   详情>>
来源:《中国信息技术教育》 2015年第05期 作者:谢作如;郑一粟
3.设计一个简单的密码锁
谢作如;池梦茹
<正>密码锁是锁的一种,开启时用的是一系列的数字或符号,在生活中十分常见。图1是一个常见的密码锁,用于锁皮箱、抽屉等私人空间。图2所示的也是密码锁,这是一个密码水龙头,只有输入正确的数字密码,才能打开。当然,这个设计在实际使用中未必很方便,但谁也不能否认这是个有趣的想法:连水龙头都...   详情>>
来源:《中国信息技术教育》 2016年第09期 作者:谢作如;池梦茹
4.设计一个定时闹钟
谢作如;蔡慧敏
<正>闹钟在我们日常生活中十分常见,几乎所有的手机都自带了闹钟功能。不知道大家是否记得指针式闹钟(如图1)。现在的闹钟,纯机械的几乎绝版了,就连指针式的电子闹钟也不多见了。利用开源硬件,做一个复古的指针式闹钟,让它能定时闹铃,应该是挺有趣的。   详情>>
来源:《中国信息技术教育》 2016年第19期 作者:谢作如;蔡慧敏
5.用S4A体验智能家居技术
谢作如
<正>智能家居是以住宅为平台,兼备建筑、网络通信、信息家电、设备自动化,集系统、结构、服务、管理为一体的高效、舒适、安全、便利、环保的居住环境。自1984年,世界上第一幢智能建筑在美国出现后,智能家居技术在世界各国都有广泛应用。智能家居和传统家居的最大区别在于用电器的开关控制,由...   详情>>
来源:《中国信息技术教育》 2015年第01期 作者:谢作如
6.基于步进电机的MIDI播放器
谢作如;陈益漳
<正>DF的创客社区是学生们常常去的地方,在那里总能看到一些稀奇古怪的项目。这次学生看到的是一个用步进电机播放MIDI音乐的帖子,几个步进电机居然能播放出各种音符,实在很酷。根据帖子的介绍和提供的代码,我们很快发现其使用方式较老,并且需要Linux环境,操作不方便,兼容性也不好。于是,温州...   详情>>
来源:《中国信息技术教育》 2016年第17期 作者:谢作如;陈益漳
7.做一个二路抢答器
谢作如;赵叶滢
<正>学科关键词:物理、数学、技术、艺术市场上的抢答器大多是由单片机以及外围电路组成,需要进行编程才能实现对"抢答"的判断(如图1)。如果使用555之类的集成块来实现,涉及的电路将非常复杂,而使用Boson Kit中的逻辑模块,不用编程就能做出一个两人用的抢答器,而且逻辑清晰。   详情>>
来源:《中国信息技术教育》 2016年第07期 作者:谢作如;赵叶滢
8.用Boson Kit制作“找朋友机”
谢作如;肖筱
<正>学科关键词:物理、数学、技术、艺术在某杂志上看到一个有趣的案例,一位国外科学教师设计了以"找朋友机"为主题用来教学电路的相关课程。"找朋友机"的功能非常有趣,给九年级学生提供了一个自行设计、测试和搭建复杂电路的机会,而这一电路又利于学生理解,十分适合学生进行创作。按照杂志的...   详情>>
来源:《中国信息技术教育》 2016年第05期 作者:谢作如;肖筱
第2章 趣味交互
1.做一个“挥手机器人”
郑祥;李曙强
<正>"挥手机器人"的想法源自于大脑突然闪过的一个灵感,即当用户举手挥动手臂的时候,机器人也会跟着一起挥手,且挥手的方向保持一致,就像跟机器人一起参加演唱会一样。工作原理每一款手机都会自带一个加速度传感器,即陀螺仪。加速度传感器可以感知手机当前所处状态的X、Y、Z轴的3个分量的加速...   详情>>
来源:《中国信息技术教育》 2015年第Z2期 作者:郑祥;李曙强
2.用Android控制Arduino小车
谢作如;刘正云
<正>用Arduino做一辆小车,原本是一个入门的项目,很多人都做过。但是,这辆小车如果能用Android手机或者平板电脑来控制,无疑就有趣多了。在MIT的App Inventor帮助下,编写Android系统上的App程序,也能够以搭积木的形式完成。同样,Arduino方面的代码,也能够采用一款图形化的编程插件——ArduBlo...   详情>>
来源:《中国信息技术教育》 2014年第15期 作者:谢作如;刘正云
3.基于摄像头的手势控制小车
谢作如
<正>用手势控制小车,大家往往喜欢用加速度传感器来实现。最简单的做法莫过于在手机上装一个App。这个App能检测手机的运动方向,然后转化为控制信息发给小车。而我总是希望用一种更加有趣、更加自然的方式去控制小车。微软的Kinect出来后,就有专家写了一本书——《用最自然的方式与机器对话》...   详情>>
来源:《中国信息技术教育》 2015年第19期 作者:谢作如
4.可触发拍照的“电子眼”
谢作如
<正>说起"电子眼",司机们都不陌生。遍布城市各道路路口的"电子眼"(如图1),在维护交通秩序的工作中发挥了重要的作用。但是我并不是要讨论"电子眼"原理之类的问题,而是尝试用摄像头来做一个"电子眼",研究如何实现可触发拍照。●触发拍照的条件分析"电子眼"的核心功能在于触发拍照。但是如何触...   详情>>
来源:《中国信息技术教育》 2015年第17期 作者:谢作如
5.用Scratch玩手势控制(上)
谢作如
<正>科幻电影中最吸引注意力的界面基本是用手势操作的。2002年拍摄的电影《少数派报告》中预防犯罪小组的警察使用的界面就是如此,挥挥手就能够控制屏幕上的内容,确实很震撼。后来其具有的开创性的经典场面,也成为科幻片和其他影视作品争相模仿的桥段。十多年过去了,这一手势控制技术也逐步飞...   详情>>
来源:《中国信息技术教育》 2015年第09期 作者:谢作如
6.用Scratch玩手势控制(下)
谢作如
<正>毫无疑问,Leap Motion是一款很有趣的体感控制器。借助于斯蒂芬·豪威尔"Scratch 2.0 Plug-in for Leap Motion"插件,中小学生用Scratch2.0,就能编写出很酷的手势控制方面的应用来。在上期的文章中,我借助"用手‘抓’住小猫"和"深海捕鱼"两个范例,初步介绍了手势控制方面的编程。在这期的...   详情>>
来源:《中国信息技术教育》 2015年第11期 作者:谢作如
第3章 数字科学家
1.基于Arduino测量的“姆潘巴现象”
李守良;张敬云
<正>在同等体积和同等冷却环境下,温度略高的液体比温度略低的液体(非纯水)先结冰的现象,被称之为"姆潘巴现象",这个现象以坦桑尼亚学生埃拉斯托·姆潘巴的名字命名。然而最近在网上看到的帖子却反映,温度略高的液体不一定比温度略低的液体先结冰。为了探究是否存在这个现象,我们决定使用Ardu...   详情>>
来源:《中国信息技术教育》 2016年第01期 作者:李守良;张敬云
2.用Arduino配合单摆测重力加速度
李守良;张敬云
<正>单摆测重力加速度是高中阶段必修的物理实验,该实验采用误差均分原理测量。在一定误差范围内,近似的周期测量公式为:T=2π√L/g,将长度固定就可以发现g∝1/T2。传统物理实验多次测量求取周期平均值,但是使用秒表手动计时和手动计算周期,不仅费时费力,并且也存在一定的人为误差。因此我们想...   详情>>
来源:《中国信息技术教育》 2015年第23期 作者:李守良;张敬云
3.利用Arduino探究种子萌发的最宜土壤湿度
张敬云;谢作如
<正>探究种子萌发的条件,是学生在科学课上要学习的内容。实验大都以豌豆或大麦种子为例,来探究温度、湿度、氧气等因素对种子萌发的影响。传感器结合单片机,将使学生的实验数据收集能力大大提高,很多传统的实验都可以重新设计,以期取得更好的探究效果。这次,我们利用Arduino来"探究种子萌发的...   详情>>
来源:《中国信息技术教育》 2016年第Z2期 作者:张敬云;谢作如
4.测一测你的睡眠质量
谢作如;金孜达
<正>我们如何得知自己的睡眠质量?比如夜里翻身几次,有没有梦游?或许大家第一个想到的就是智能手环。常见的智能手环的确都带有睡眠监测功能,但我们对其监测结果深表怀疑,因为手环毕竟是戴在手上的,未必准确。而最可靠的监测位置,应该在人体的中心,即肚子。于是,我们试着用加速度传感器做了一...   详情>>
来源:《中国信息技术教育》 2015年第Z1期 作者:谢作如;金孜达
5.设计检测河水浊度的传感器
谢作如;涂郁潇颖
<正>随着城市的发展,水资源问题越来越成为我们关注的焦点,洞庭湖蓝藻事件、造纸厂偷排污水、建筑工地偷排泥浆……这些事件无一不牵动着人们的心。因为学校身处三垟湿地旁,我们曾多次发现河水被排放的建筑泥浆污染,浑浊不堪。据说不良企业甚至会使用船只在夜里偷偷排放泥浆,环保部门的确难以...   详情>>
来源:《中国信息技术教育》 2015年第07期 作者:谢作如;涂郁潇颖
6.自制实验装置探究匀变速直线运动
张敬云;谢作如
<正>学科关键词:物理、数学、技术探究小车匀变速直线运动是高中阶段必修的物理实验,传统的物理实验需要借助电磁打点计时器、纸带等工具,并通过手动测量以及手动计算来完成,不仅费时费力,并且也存在一定的人为误差。因此,我们想利用Arduino和周边的电子模块,自己动手制作一个探究小车匀变速直...   详情>>
来源:《中国信息技术教育》 2016年第11期 作者:张敬云;谢作如
第4章 技术研究
1.用OpenSCAD构建校园建筑模型
陈俊廷;潘士杰
<正>引言在温州中学学习生活了三年,毕业了免不了怀念。图1是母校的标志性建筑——行政楼,别有一番气势。在温州中学学习期间,我经常泡在创客空间,也接触到很多3D打印的相关知识。毕业之际萌发了做一个学校标志性建筑模型的想法,以纪念自己难忘的高中时光,同时感谢母校为我提供了广阔的舞台。   详情>>
来源:《中国信息技术教育》 2016年第Z3期 作者:陈俊廷;潘士杰
2.Arduino控制板“定时器”冲突的故障解决
任大奇;谢作如
<正>最近,在教学《Arduino创意机器人》的过程中碰到了一个奇怪的问题。●故障描述学生在学习了《换挡风扇》一课后,做了一个用三个按钮控制的“换挡风扇”。如图1所示,学生将三个按钮模块分别接在Arduino的数字口2、3、4上,风扇接在数字口11上。接好硬件后,学生用米思齐(Mixly)软件编写了如图...   详情>>
来源:《中国信息技术教育》 2016年第21期 作者:任大奇;谢作如
3.让Arduino成为Android的“可穿戴设备”
谢作如
<正>Android手机虽然已经附带了多种传感器,如方向、重力、距离、加速度等。并且早在Android2.3(gingerbread)系统中,Google就提供了11种传感器供应用层使用。但是,并非所有Android手机都把这些传感器配齐了,如温度、湿度、气压之类的传感器就不常见。为了使Android手机能支持更多的应用,越来...   详情>>
来源:《中国信息技术教育》 2014年第17期 作者:谢作如
价格:¥16.50

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