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應用STEAM教具提升程式設計素養

順天國中張志輝老師 10/06/2020 1302 點閱

  數位資訊科技在「輔助學習」與「休閒娛樂」領域之應用極為廣泛。教育部前瞻基礎建設計畫,推動智慧教學活動,鼓勵教師以統整性、主題性、跨領域的課程設計內涵,讓生活情境與學習歷程連結,引導學生主動積極學習。基於上述內涵,本校積極推展數位科技教育,連續兩年申請「教育部STEAM數位科技教育扎根計畫」,規劃STEAM微課程及學期課程,每位學生都有一套計畫所提供的公版教具,作主題式深度學習。教學方法與心得詳述如下:

一、教學目標

  1.學習聲波頻率相關的原理與應用。

  2.了解4060數位控制版中,各元件的使用方式與其程式控制流程。

  3.利用聲光感應變化教學,引導學生學習。

二、核心素養

  1.科-J-A1 具備良好的科技態度,並能應用科技知能,啟發自我潛能。

  2.科-J-A3 利用科技資源,擬定與執行科技專題活動。

  3.科-J-B1 具備運用科技符號與運算思維進行日常生活的表達與溝通。

  4.科-J-B2 理解資訊與科技的原理,具備科技、資訊、媒體的應用能力並能分析人與科技、資訊、媒體的互動關係。

  5. 科-J-B3 了解美感應用於科技的特質,並進行科技創作與分享。

三、教學活動

  1.介紹4060數控板各元件功能

圖1.STEAM教具4060數位控制板之各種元件
圖1.STEAM教具4060數位控制板之各種元件

  首先介紹LED燈模組,且學習使用LED模擬交通燈顯示紅黃綠三種顏色。其次說明8x8LED矩陣模組,應用於顯示通行符號。接著認識超音波感測器,介紹超音波原理,應用在偵測物體的距離,結合蜂鳴器發出不同音階及LED燈顯示不同顏色。最後講解伺服器馬達模組,配合超音波感測,模擬升降停車場柵欄。

  2.學生撰寫程式以操控各種元件

  指導學生撰寫程式,透過程式設計來啟動、操控各種元件。過程中學生必須不斷從錯誤中學習,並進行調整,直到可以順利操作元件為止。

圖2.寫程式啟動及控制各種元件
圖2.寫程式啟動及控制各種元件

  3.設計情境式微課程,以電子琴主題為例

圖3.學生寫程式讓教具呈現電子琴功能
圖3.學生寫程式讓教具呈現電子琴功能

  學生寫程式讓教具呈現電子琴功能,透過鍵盤來彈奏各種樂曲。學生須先畫出電子琴演奏之流程圖(演算法),然後依流程圖寫出控制程式,此情境式主題學習方式,可訓練學生的運算思維與邏輯判能力。

  4.實施跨領域學習,融入音樂科教學

  先講解聲波頻率相關的原理與應用,學生將音樂課中所學的樂理與熟悉的樂曲,用頻率轉換成音階,然後寫成積木程式(如圖5),透過教具演奏出各種樂曲,學生也可即興創作樂曲。

圖4.STEAM課程融入音樂科學習
圖4.STEAM課程融入音樂科學習
圖5.自動演奏不同樂器與樂曲之程式
圖5.自動演奏不同樂器與樂曲之程式

  十二年國教的願景是「成就每一個孩子--適性揚才、終身學習,新課綱增加「科技領域」並將其列為必修課程,足見科技教育之重要。而STEAM數位科技課程能訓練學生「定義問題」、「運算思維」、「程式設計」與「問題解決」等核心能力,經由統整性與主題式教學設計,能讓學生將所學運用在日常生活中,以提升其學習興趣與成效,值得老師們推廣運用。

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