论文部分内容阅读
设计依据
在STEM教育校本课程的开发过程中，笔者将Scratch类的图形化编程软件与可编程硬件相结合（具体平台为mBlock的mBot套件和mBlock软件），把传感器等硬件设备引入课堂，让学生亲身感受软件与硬件的结合，体验使用程序控制硬件的过程。课程设计时把各学科知识、生活知识与案例相结合，由浅入深，通过完成一系列有趣的制作项目，使学生掌握软件和硬件相结合进行互动设计来解决各类问题的方法，从而激发学习兴趣，学会观察生活、主动思考，进而原创性地发现问题，综合运用所学知识解决问题。
课例特色
本实践活动中，学生通过手工绘制琴键、加装mBot主控板和超声波传感器、编制软件程序等几个步骤来完成小组任务，从而创造出个性化的电子键盘乐器。该实践活动面向具有Scratch编程基础的中、高年级小学生，以STEM理念为指导，旨在让学生综合运用数学、音乐、技术等多学科的知识与技能，实现个性化的创意制作。
制作过程中以小组自主合作为主，教师只提供关键技术支撑，因此极大地激发了学生的创造力，有效地提升了学生的动手操作能力、综合运用知识解决实际问题的能力。
内容呈现
一、激趣引入
玩耳力大考验游戏：教师在课前利用自制的键盘乐器模拟钢琴、小号、口琴等不同乐器的音色演奏乐曲，并把声音录制下来。一上课教师利用多媒体再现优美旋律，让学生倾听和欣赏，然后请学生根据自己的感知，猜一猜这些不同音色的旋律分别是由哪种类型的乐器演奏的。
学生说出自己的猜想后，教师出示制作好的乐器，告诉学生所有不同音色的乐曲都是由这个自制乐器演奏的，在学生质疑的眼神中，教师用乐器现场演奏。这时学生迫切想拥有这样的一个神奇乐器亲自试玩一下，教师适时提出本节课的主题“制作个性化键盘乐器”。
二、分析设计
学生观察自制乐器的外观，观看教师的演奏过程，讨论想要制作出这样的乐器需要解决哪些问题。
学生小组讨论交流后，教师归纳出如下问题：1.制作乐器所需的部件有哪些？2.乐器是如何发出声音的？3.当把手按在不同的琴键上时，怎样发出不同音符的声音？4.怎样使乐器演奏出不同的音色？
前两个问题，学生通过观察得出结论，需要的部件有纸张、mBot主控板、超声波传感器、木板、连接线。乐器的声音实际上是由连接mBot主控板的电脑音箱播放出来的。第三个问题，教师引导学生思考超声波传感器在演奏中起的作用，使学生明白，演奏不同音符时，手和超声波传感器之间的距离是不同的，mBlock软件中根据超声波传感器返回的数值来确定发出的是哪个音符的声音。第四个问题，在mBlock软件的音乐模块指令中设置一下演奏乐器的类型即可。
解决了以上4个问题，学生以小组为单位进行整体设计，讨论绘制键盘的大小、各部件的安装位置，软件编程的思路，并形成简单文档。（如图1）
三、实践制作
1.硬件制作
为了使学生正确绘制出琴键，开始之前，教师用PPT展示出钢琴键盘图片，讲解钢琴键盘、音阶的相关知识。然后学生小组合作，先用記号笔在纸上绘制出琴键，再根据本组的设计方案将琴键、主控板、超声波传感器固定在底板上，最后将超声波传感器、主控板和电脑用连接线连接起来，完成硬件部分的制作。（如图2）
教师巡视制作情况，提醒学生相关的注意点。比如：怎样安装简便，怎样使乐器弹奏的时候更方便，怎样使乐器看起来美观，等等。
2.程序编写
打开mBlock软件，教师引导学生观察当手放在琴键C上时，超声波传感器返回的数值范围，使学生明白程序做的事情就是不断检测超声波传感器返回的数值，当数值在这个范围时，让电脑发出演奏音符C的声音。根据这个原理，师生共同完成音符C的发声程序。（如图3）在此基础上让学生举一反三，通过小组合作完成其他所有琴键的发声程序。（如图4）
3.调试改进
让学生运行程序，测试每个琴键在弹奏时是否能正常发声。如果乐器不能正常演奏，小组合作查找原因，并改正。如果乐器能够正常演奏，请学生思考，程序有什么可以改进和优化的地方。
学生在制作完成以后，容易出现演奏时乐器不发声和乱发声的情况。这时教师引导学生按照从硬件到软件再到使用操作的顺序排查原因。一般不发声的原因是mBlock软件没有连接主控板或者电脑音量没调好，而乱发声是因为程序中该音符的超声波数值范围输入有误。
四、展示分享
每个小组依次上台，展示琴的外观、程序代码，解说本组设计的想法，并用自制乐器表演一个简单曲目，比如《小星星》《欢乐颂》等。展示过程中解说、操作、演奏由同一小组的学生分工负责。展示完毕，其他组的同学进行评价，教师进行点评。
课后由音乐教师负责用学生自制的乐器排练一个乐器合奏节目，在学校的活动上进行表演。
五、活动总结
教师简要回顾本次制作活动的过程，请学生说一说收获和感受，引导学生明确制作方法和步骤，总结制作过程中使用到的技术、学科知识、注意点，体会团队合作的意义。通过总结使学生明白创意制作的方法和一般过程，为学生以后自行制作作品、实现自己的创意打下良好基础。
拓展提升
自制键盘乐器项目很好地激发了学生的兴趣，启发了学生的创意。教师可以让学生在此项目基础上继续深入研究，比如：我们还可以用哪些学过的其他传感器，来增强我们自制乐器的功能？如果要使制作的乐器不连接电脑也能演奏，该如何设计制作我们的乐器？也可以启发学生的发散思维：超声波传感器还可以制作哪些应用？你能用学过的传感器知识设计一个应用来解决生活中碰到的一些问题吗？
实践反思
在本课例中，教师通过提出主题、分析设计、实践操作、展示分享、经验总结等教学流程，引导学生从兴趣出发，综合运用音乐、数学、信息技术等学科的知识完成创意作品的设计制作，促进学生更深刻地理解各学科知识。小组合作从设计到实践再到交流分享的过程让学生们了解团队合作解决问题的方式，也给了学生发挥创造力的空间，培养了学生的团队精神、表达能力、社交能力、解决问题能力等。这样的教学流程也为学校开展STEM教育课程提供了一种可参考的教学模式。
教学点评
本项目根据小学生的年龄特点，以“制作乐器”为导向，从兴趣出发，让学生对身边的事物进行观察和探索，对它们的工作原理进行思考，进而引导学生综合运用数学、信息技术、音乐等多学科知识进行设计和制作。整个过程注重团队合作、展示分享、评价交流，着眼于学生的动手能力、创新精神、分享意识的提升。本节课构建了具有知识性、实证性、趣味性、综合性、体验性、设计性等特色的拓展性STEM校本课程内容。（点评人：孙伟，中学高级教师，江苏省南通市教育科学研究院信息技术研究室主任）
在STEM教育校本课程的开发过程中，笔者将Scratch类的图形化编程软件与可编程硬件相结合（具体平台为mBlock的mBot套件和mBlock软件），把传感器等硬件设备引入课堂，让学生亲身感受软件与硬件的结合，体验使用程序控制硬件的过程。课程设计时把各学科知识、生活知识与案例相结合，由浅入深，通过完成一系列有趣的制作项目，使学生掌握软件和硬件相结合进行互动设计来解决各类问题的方法，从而激发学习兴趣，学会观察生活、主动思考，进而原创性地发现问题，综合运用所学知识解决问题。
课例特色
本实践活动中，学生通过手工绘制琴键、加装mBot主控板和超声波传感器、编制软件程序等几个步骤来完成小组任务，从而创造出个性化的电子键盘乐器。该实践活动面向具有Scratch编程基础的中、高年级小学生，以STEM理念为指导，旨在让学生综合运用数学、音乐、技术等多学科的知识与技能，实现个性化的创意制作。
制作过程中以小组自主合作为主，教师只提供关键技术支撑，因此极大地激发了学生的创造力，有效地提升了学生的动手操作能力、综合运用知识解决实际问题的能力。
内容呈现
一、激趣引入
玩耳力大考验游戏：教师在课前利用自制的键盘乐器模拟钢琴、小号、口琴等不同乐器的音色演奏乐曲，并把声音录制下来。一上课教师利用多媒体再现优美旋律，让学生倾听和欣赏，然后请学生根据自己的感知，猜一猜这些不同音色的旋律分别是由哪种类型的乐器演奏的。
学生说出自己的猜想后，教师出示制作好的乐器，告诉学生所有不同音色的乐曲都是由这个自制乐器演奏的，在学生质疑的眼神中，教师用乐器现场演奏。这时学生迫切想拥有这样的一个神奇乐器亲自试玩一下，教师适时提出本节课的主题“制作个性化键盘乐器”。
二、分析设计
学生观察自制乐器的外观，观看教师的演奏过程，讨论想要制作出这样的乐器需要解决哪些问题。
学生小组讨论交流后，教师归纳出如下问题：1.制作乐器所需的部件有哪些？2.乐器是如何发出声音的？3.当把手按在不同的琴键上时，怎样发出不同音符的声音？4.怎样使乐器演奏出不同的音色？
前两个问题，学生通过观察得出结论，需要的部件有纸张、mBot主控板、超声波传感器、木板、连接线。乐器的声音实际上是由连接mBot主控板的电脑音箱播放出来的。第三个问题，教师引导学生思考超声波传感器在演奏中起的作用，使学生明白，演奏不同音符时，手和超声波传感器之间的距离是不同的，mBlock软件中根据超声波传感器返回的数值来确定发出的是哪个音符的声音。第四个问题，在mBlock软件的音乐模块指令中设置一下演奏乐器的类型即可。
解决了以上4个问题，学生以小组为单位进行整体设计，讨论绘制键盘的大小、各部件的安装位置，软件编程的思路，并形成简单文档。（如图1）
三、实践制作
1.硬件制作
为了使学生正确绘制出琴键，开始之前，教师用PPT展示出钢琴键盘图片，讲解钢琴键盘、音阶的相关知识。然后学生小组合作，先用記号笔在纸上绘制出琴键，再根据本组的设计方案将琴键、主控板、超声波传感器固定在底板上，最后将超声波传感器、主控板和电脑用连接线连接起来，完成硬件部分的制作。（如图2）
教师巡视制作情况，提醒学生相关的注意点。比如：怎样安装简便，怎样使乐器弹奏的时候更方便，怎样使乐器看起来美观，等等。
2.程序编写
打开mBlock软件，教师引导学生观察当手放在琴键C上时，超声波传感器返回的数值范围，使学生明白程序做的事情就是不断检测超声波传感器返回的数值，当数值在这个范围时，让电脑发出演奏音符C的声音。根据这个原理，师生共同完成音符C的发声程序。（如图3）在此基础上让学生举一反三，通过小组合作完成其他所有琴键的发声程序。（如图4）
3.调试改进
让学生运行程序，测试每个琴键在弹奏时是否能正常发声。如果乐器不能正常演奏，小组合作查找原因，并改正。如果乐器能够正常演奏，请学生思考，程序有什么可以改进和优化的地方。
学生在制作完成以后，容易出现演奏时乐器不发声和乱发声的情况。这时教师引导学生按照从硬件到软件再到使用操作的顺序排查原因。一般不发声的原因是mBlock软件没有连接主控板或者电脑音量没调好，而乱发声是因为程序中该音符的超声波数值范围输入有误。
四、展示分享
每个小组依次上台，展示琴的外观、程序代码，解说本组设计的想法，并用自制乐器表演一个简单曲目，比如《小星星》《欢乐颂》等。展示过程中解说、操作、演奏由同一小组的学生分工负责。展示完毕，其他组的同学进行评价，教师进行点评。
课后由音乐教师负责用学生自制的乐器排练一个乐器合奏节目，在学校的活动上进行表演。
五、活动总结
教师简要回顾本次制作活动的过程，请学生说一说收获和感受，引导学生明确制作方法和步骤，总结制作过程中使用到的技术、学科知识、注意点，体会团队合作的意义。通过总结使学生明白创意制作的方法和一般过程，为学生以后自行制作作品、实现自己的创意打下良好基础。
拓展提升
自制键盘乐器项目很好地激发了学生的兴趣，启发了学生的创意。教师可以让学生在此项目基础上继续深入研究，比如：我们还可以用哪些学过的其他传感器，来增强我们自制乐器的功能？如果要使制作的乐器不连接电脑也能演奏，该如何设计制作我们的乐器？也可以启发学生的发散思维：超声波传感器还可以制作哪些应用？你能用学过的传感器知识设计一个应用来解决生活中碰到的一些问题吗？
实践反思
在本课例中，教师通过提出主题、分析设计、实践操作、展示分享、经验总结等教学流程，引导学生从兴趣出发，综合运用音乐、数学、信息技术等学科的知识完成创意作品的设计制作，促进学生更深刻地理解各学科知识。小组合作从设计到实践再到交流分享的过程让学生们了解团队合作解决问题的方式，也给了学生发挥创造力的空间，培养了学生的团队精神、表达能力、社交能力、解决问题能力等。这样的教学流程也为学校开展STEM教育课程提供了一种可参考的教学模式。
教学点评
本项目根据小学生的年龄特点，以“制作乐器”为导向，从兴趣出发，让学生对身边的事物进行观察和探索，对它们的工作原理进行思考，进而引导学生综合运用数学、信息技术、音乐等多学科知识进行设计和制作。整个过程注重团队合作、展示分享、评价交流，着眼于学生的动手能力、创新精神、分享意识的提升。本节课构建了具有知识性、实证性、趣味性、综合性、体验性、设计性等特色的拓展性STEM校本课程内容。（点评人：孙伟，中学高级教师，江苏省南通市教育科学研究院信息技术研究室主任）