项目引领未来：STEM编程帮助理解课堂知识点

1. 教育现状与困惑：

当前 STEM、编程等教育热词常见，但家长对孩子是否学习存在迷茫，因为若将其作为课外额外课程，可能会使问题更糟，而实际上它们应是帮助学生掌握学校课程的工具。

2. 学习原则：

• 工具选择：编程语言和硬件平台应根据合适性选择，同时应避免选择 scratch、乐高这类过于简单的 “玩具” 式学习工具。
• 学习方式：倡导在项目中学习，尤其是真实项目，STEM 是具体学科的延伸，其项目设计应基于物理、化学等学科知识点，课堂内外学习均可，英美也重视教师在此方面的培训。
• AI 影响：AI 促使学习内容和模式改变，STEM + AI 培养理念取决于学生基础技能，玩 AI 等应成为生活方式，且 STEM 项目式学习能增加课程趣味性和学生积极性。

3. 飞兔STEM：

美国教育部、各州和研究机构在 STEM 项目的设计与实施上已有超过 30 年的历史，其中 PLTW¹（项目引领未来）是一个重要组织。PLTW 对 K-12 主要课程知识点进行了整理，形成了以下体系：PLTW 入门（学前班到 5 年级）、PLTW 通道（6 到 8 年级）、PLTW 代数 1（6 到 12 年级）、PLTW 计算机科学（9 到 12 年级）、PLTW 工程（9 到 12 年级）、PLTW 生物医学科学（9 到 12 年级）。

本文列出的是PLTW 入门（学前班到 5 年级）中小学1年级的所有5个知识点，飞兔STEM基于Artuino硬件编程平台进行了项目设计。

• 光与声音²：知识点涉及振动材料发声和光传播特性等。Arduino 项目通过蜂鸣器和红外接收传感器，让学生控制蜂鸣器发声观察材料对声音影响，读取光强度值观察材料对红外光传播影响。

• 光：观察太阳、月亮和星星³：知识点包括光作用、物体可见性等。Arduino 项目利用传感器监测紫外线强度和光照，通过显示屏、蜂鸣器和 LED 灯提醒紫外线强度变化，保护人类免受伤害。

• 动物适应⁴：知识点有动物适应环境和设计过程。Arduino 项目创建 “智能鞋子原型”，用传感器测量沙漠环境参数，根据条件发出警报，帮助学生设计理想鞋子并了解相关知识。

• 叙事逻辑⁵：知识点涵盖工程设计过程各环节。Arduino 项目用倾斜或震动传感器监测物体状态，学生学习设计步骤，开发程序实现报警，分析传感器优缺点，运用数学和计算思维。

• 从自然中获得设计灵感⁶：知识点包括动植物特征继承和保护结构。Arduino 项目制作四轮汽车，用传感器控制移动、避障、监测温度和光线，帮助学生理解自然智慧。

通过一年级的五个 STEM 项目，学生不仅学习了软硬件编程和逻辑等基础知识，还掌握了课堂要求和现实世界所需的基本理论与方法。因此，经历 K-12 整个 STEM 学习后，许多美国学生能够在各个领域展现出比其他国家学生更强的综合素质和能力，甚至不再需要上大学。

引文

1. Project Lead The Way官网
2. PLTW Launch Standards Connection: Light and Sound
3. PLTW Launch Standards Connection: Light: Observing the Sun, Moon, and Stars
4. PLTW Launch Standards Connection: Animal Adaptations
5. PLTW Launch Standards Connection: Animated Storytelling
6. PLTW Launch Standards Connection: Designs Inspired by Nature