浅谈创客教育与小学科学的结合

【摘 要】创客教育作为新衍生出来的教育模式之一，将其应用到小学科学的教学实践中，既有利于提高教师掌握和运用教育技术的能力，同时也可以给学生提供更多的工具，有利于学生创造力的发展。而Arduino作为创客教育中一部分，支持图形化的编程适合小学教学。本文将简单讲讲Arduino在小学科学应用的意义并通过举例讲述Arduino在小学科学拓展课程的简单应用。

【关键词】小学科学；创客教育；Arduino

小学科学是一门以培养学生科学素养为宗旨的课程，其中科学探究是科学学习的中心环节。Aduino是一个基于开放源代码的软硬件平台，它能够通过各种传感器来感知环境，读取数字、模拟量，通过控制灯光、马达和其他装置做出反馈。同时Arduino支持图形化的编辑界面，不需要学习复杂的编程语言，降低了学习难度。此外可简单地与传感器、各式各样的电子元件连接。比如：红外线传感器、超音波传感器、热敏电阻、光敏电阻、舵机等等，给学生提供充分的思维空间进行创造。

一、小学科学拓展课中引入Arduino的意义

1.激发学生的学习兴趣

俗话说：“兴趣是最好的老师”。学生学习的兴趣往往来源于对未知事物的探索欲望， 而Arduino恰恰给学生带来新鲜的未知领域，无论是硬件的搭建应用还是软件的编程形式都对学生有深深地吸引力。同时在活动中创造出相应的情境可以让学生产生身临其境的感受，吸引学生的注意力，有利于学生对主题意义的理解，激发和保持学生的学习兴趣。

2.提高学生的创新能力和实践动手能力

教师可以将互联网上的各种创意运用到具体的科学课堂教学实践中，鼓励小学生通过创造与制作的方式学习科学知识。在实践中锻炼学生发现问题、研究问题、解决问题的能力，培养他们的创新能力。既激发了学生们的学习热情，同时有效的锻炼他们的实践操作能力，以此提升小学科学教学效果。

二、小学科学中Arduino应用的案例

1.网络浇花器

在教科版小学科学四年级下册中涉及到了种子萌发所需要的条件，通过设计观察实验对比种子萌发前后杯子内水量是否发生了变化，从而得出种子萌发需要水这个条件。因此，笔者设计一个拓展课即《探究种子萌发的最宜土壤湿度》。

首先，学生利用Arduino套件设计一个自动的网络浇花器。利用湿度传感器来判别土壤中水分含量的多少，一般来说当湿度传感器输出数值为300时，土壤已经较为干燥了，当输出为800时土壤水分适宜。利用该套件设计对比实验，分别控制保证1号纸杯土壤湿度为60%-70%；2号纸杯土壤湿度为70%-80%；3号纸杯土壤湿度为80%-90%（假设的最宜土壤湿度）；4号纸杯土壤湿度为90%-100%，让湿度传感器输出的数值小于某一定值时，利用微型水泵、继电器等元件自动抽水给植物进行浇水至达到某一定值。这样的装置应用可以准确的判断土壤水分多少，同时有效地保持土壤水分在一定范围内，避免人为浇水出现的误差情况。当然为了可以更好的掌握土壤水分情况，甚至可以将自动浇花器接入网络中，在手机、电脑上查看土壤的水分情况。

通过这样的技术解决了测量土壤水分难题，在降低了我们实验的难度的基础之上又提高实验的精度。学生可以通过直接观察对比植物的生长情况，记过一段时间的观察记录就可以明显得出水分对植物生的影响。

2.短路电路警报器

在四年级下册的第一单元里，学生首次接触到电路，了解电路的各种连接方式，知道了短路路的危险性，但短路电路的危险性却没有引起学生足够的重视。出于让学生更加了解短路电路以及必须引起对短路电路的重视，有了这样的想法。那么有没有什么方法能够更深刻地认识短路电路，同时在出现短路电路时及时知道并断开电路呢？基于这个想法，在拓展课上提出设计一个《短路警报器》。

教师引导提出问题：在设计短路警报器的过程中，我们要先做什么再做什么呢？以此调动学生的积极性，组织小组进行讨论设计方案。然后进行全班性的想法交流，来不断地补充和修改来完善方案设计。通过这样的合作可以帮助学生树立团体意识、互相合作、互相帮助，同时在集体的交流中可以充分认识到自己在科学知识学习过程中的不足，以及其他同学的优势，从而实现优势互补，取长补短，共同学习和成长。在完善好方案以后，给学生提供由学生电源、用电器、导线、万能表等这些电器元件。首先连接电路，利用万能表测出正常电路电流和短路电路中的电流差别，加深学生对两种电路的认识。然后将电流传感器、蜂鸣器以及相应的arduino套件进行连接、编程，观察当电路短路和接通情况下电流传感器输出的数值，并依据此数据进行相应的编程设计以实现当电流过大时蜂鸣器就会鸣叫提醒大家电路出现短路情况的功能。

通过这些“工具”，将课堂上所学到的知识不再仅仅是应付试卷上的考题，而是真真切切地运用到了实际生活中。在理论知识转变为实际应用的过程中，学生很有可能会遇到问题，那么在实践中继续学习可以进一步的提高学生的解决问题的能力。

总结

通过上面论述和案例的说明，在小学科学中引入Arduino，使原本不能实现的任务变为可能，提高了学生研究科学的兴趣，调动学生自主探究的积极性。而且随着网络技术的发展，学习资源异常丰富，突破传统教材的限制，为创客教育的实施提供了极大的帮助；同时还能够丰富小学生的科学知识视野，特别是实践案例与实用型知识等，增强其实践操作能力。总而言之创客教育在小学科学中的应用，能够增强学生对科学知识的实际运用能力、提供学生的科学素养，符合小学科学的教学需求。

【参考文献】

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