跨学科主题学习-用Micro:bit制作劳动灌溉提醒器的实践探索

本文系泉州市教育科学“十四五”规划（第二批）立项课题《基于STEAM的新时代劳动教育特色项目开发与实施研究》（项目编号：QG1452-03）研究成果

摘要  ：本文以小学信息科技与劳动教育课程融合为切入点，设计并实施了“Micro：bit智能灌溉提醒器”跨学科项目。有效地培养了学生的计算思维、动手能力和责任心，引导学生动手搭建硬件设备，编写控制程序，参加植保劳动。实践表明，为小学阶段跨学科教学提供了可推广的实践范式，项目组学生编程任务完成率提高到92%，植物养护知识掌握率提高65%。在这一过程中，我们还将英语元素巧妙地融入其中，从而使学习呈现出多维立体的面貌。

关键词：跨学科学习；Micro：bit；劳动教育；信息科技；项目化教学

前言 ：随着《义务教育课程方案（2022年版）》的实施，跨学科主题学习成为落实核心素养的重要路径。然而，当前小学教学中，劳动教育常停留于简单手工操作，信息科技课程则多局限于软件操作训练，二者缺乏深度融合。为破解这一难题，我校以校园“智慧农场”植物养护为真实情境，设计“Micro：bit智能灌溉提醒器”项目，将传感器应用、编程控制与劳动实践相结合，探索小学阶段跨学科教学的有效模式[1]。

一、项目设计框架

项目以“问题驱动”为主线，围绕“植物养护”的真实需要，构建了信息科学技术与劳动教育相结合、双维目标体系。通过这一制度，使学生在实际操作中既掌握运用现代科学技术工具又增强动手能力和动手意识，达到“以人为本”。让学生在学习科学知识的同时，也能在解决实际问题的过程中，在劳动教育中体会到重要意义，从而达到综合发展、全面发展的素质的培养，如表1。

二、教学实施过程

（一）真实问题导入

作为一名小学教师，我带领学生对校园内的绿植进行观察，发现很多植物叶片由于没有及时浇水而枯萎的现象时有发生。为了帮助植物健康成长，我们做了需求分析，讨论可能的解决办法，最终明确了“智能提醒”功能的需求：当土壤干燥时系统能自动报警，提醒我们及时浇水，保证植物得到足够的水分，在土壤干燥的情况下，可以及时对植物进行相应的监测。另外，我们引入了英文专业词汇“moistureSensor（湿度感应器），制作双语对照表”。

（二）硬件搭建与劳动认知

我们在教学活动中首先准备了包括微板：微板上主板，土壤湿度感应器，蜂鸣器，OLED显示屏在内的一些必要的材料和设备。同时，我们还准备了劳动工具，如：儿童安全园艺铲、喷壶和植物生长记录册。接下来通过对比实验，对绿萝每3天需要一次浇水，多肉植物每7天需要1次，不同植物需水量不同的需要水量的不同，我们通过对不同植物的缺水程度进行比较实验，做到心中有数。我们还学会了正确的浇水方法，强调为了避免叶片上的积水而缓慢地浇灌植物根部，造成病害。

此外，制定了电路衔接标准，以要求红导线正极为目的，黑色导线以负极为目的的电路连接规格和负极为目的的要求，以达到正极为目的的电路连通和正极其目的的要求。同时在园艺铲的传送上，工具的使用也是很重要的，为了防止发生意外，在传球的时候一定要保证尖头的向下，而且要在团体配合的时候能够做到安全距离的保持。学生通过这些活动不但掌握了植物维修方面的知识，而且在安全意识、动手能力等方面也得到了很好的提高。学生在整个过程中的英语沟通能力也锻炼出来了，他们在交流实验结果的时候用英语进行了讨论，并在相互之间进行了观察和思考，在跨学科方面有了进一步的学习体会[2]。

（三）编程逻辑与功能实现

在我们这个项目里面，基础功能的开发是第一位的。我们利用传感器对0到1023范围内的土壤湿度值进行了读取，并设置了300的报警阈值。当湿度值低于300时，“请浇水”的提示信息同时显示在显示屏上，系统会触发蜂鸣器发出警报。随后，在功能优化实践中，我们发现了一个问题：雨天湿度数值激增，导致设备报警不断，从而导致误报的情况发生。对此问题进行了优化，提出了增加延时判断逻辑的解决方案，即“未报警前连续5分钟低于阈值”。通过这样的优化，保证了制度的准确性，避免了无谓的报警，使浇水管理工作更科学，效果更好。

（四）劳动实践与责任培养

在我们的项目中，一是进行了岗位分工，做到责任明确，责任到人。设备维护人员负责每天对电路连接情况进行检查，并对保证系统正常运行的设备运行状态进行记录。DataRecorder则负责统计湿度变化和浇水频率，为更好地了解植物生长状况，绘制植物生长曲线。并由植保人员按照系统提醒，落实浇灌任务，观察植株长势，做到及时看护。制作了“植物生长日记墙”，将设备的报警次数、浇水量、新叶生长数量等展示在墙上，以便更好地展示自己的成果。此外，我们还针对设备的稳定性、植物的健康度等方面进行了“最佳养护小组”的评比活动，以此来激励各组更好的投入到爱护植物的工作中来。通过这样的活动，同学们在学习团队协作的同时，对植物生长的认识也得到了加强[3]。

三、教学策略创新

（一）分层任务设计

为了满足学生的能力差异，设置了阶梯式的任务，满足了学生的能力差异。完成湿度报警的基础功能为基础单元的任务，并对简单的提示图案进行了设计。改进组则要求增加光照传感器的联动功能，在此基础上达到“阳光过强时提醒遮阴”的作用。扩展组的任务更有挑战性，需要搭建多区域监控网，并写出设备使用说明，以便于具体应用。通过这种任务设计，学生的学习兴趣和创新能力可以得到有效的激发。

（二）过程性评价工具

我们采用三维评价量规，旨在全面评估学生在硬件搭建、编程逻辑和劳动质量等多个方面的表现。这种评价方式不仅能够帮助教师了解学生的具体能力，还能有效促进他们的综合素养提升，培养他们的创新思维和实践能力，为未来的发展打下坚实基础，如表2。

四、实践成效分析

学生成长数据表明，能力提升显著：编程任务完成率达82%，远超对照班的65%；植物养护知识测试平均分从58提升至87；安全事故发生率降为0，工具使用规范性显著提高。典型案例中，王同学自主设计防雨罩解决了实际问题，并获得了满满的成就感，而原本排斥劳动的李某成为“明星养护员”，累计照顾12盆植物无死亡记录。

结语：在本次跨学科主题学习中，学生通过使用微型：微课制作劳作浇灌提醒器，在实践中既掌握了基本的程序设计及电子技术知识，又增强了动手能力，增强了自己解决问题的本领。这一探索，既激发了同学们的创造性，又使同学们的兴趣在科学与技术方面得到了加强。跨学科的学习方式，使同学们在真实的项目中体会到了知识的运用，培养了团队合作精神和创新思维。今后，我们将继续探索更多跨学科实践项目，激励同学们在学习中不断成长，夯实学生全面发展的基础。

参考文献：

[1]姜翰臣，户伟华.基于Micro： bit的计量检定用温湿度监控系统设计[J].计量与测试技术， 2023， 50（7）：21-23.DOI：10.15988/j.cnki.1004-6941.2023.7.006.

[2]杨蒙萌，王家彦.数字化视域下小学信息科技项目化跨学科融合思路分析[J].中小学电教：下， 2023（10）：70-72.

[3]王海周，吴淑惠.植物景观灌溉的一些实践与思考[J].节水灌溉， 2004（6）：2.DOI：10.3969/j.issn.1007-4929.2004.06.016.