中華基督教會方潤華小學

工程設計 – 智能家居設計

In-STEM團隊介紹

SDL-STEM 課程規劃

SDL-STEM 課程實施與反思

In-STEM項目成果

學校感言

In-STEM 團隊介紹

團隊結構

學校在2021/2022學年參與香港大學教育學院教育應用資訊科技發展研究中心(CITE) 舉辦的「以全方位自主學習推展校本STEM課程計劃(In-STEM) 」。計劃核心團隊由7位成員組成,由課程主任統籌及協調各樣行政事宜。學術方面則由兩位主任(常識科主任、數學和電腦科主任)擔當主導角色。此外,團隊還有2位常識科老師、1位兼教數學和電腦科的老師和一位電腦科老師。

團隊理念

教師團隊強調,SDL-STEM教育有助學生自己運用所學知識,動手動腦解決學習或生活上的困難。教師希望學生通過SDL-STEM學習,更能了解自己的能力和興趣,提升學習自主性和內在動機,發展思維,有目標地前進。在教學方面,教師則應為學生搭建理想的學習環境,創造自主的學習氛圍,讓學生在探索中學習。

作為項目的最強後盾,謝家盈校長相信STEM教育可以發揮學生的特質和照顧學生的多樣性,培養學生的創意解難能力,提升學生的溝通和協作能力,使其終生受用。除此之外,謝校長重視學生的學習過程,希望學生在自主學習(SDL)的過程中有所得著,提升能力並能做到自我評價。謝校長對發展SDL-STEM的積極態度以及對學校STEM教師的支持及認可,成為學校SDL-STEM發展的重要基石和後盾。

備課經歷

學校在STEM教育已有一定成就(學校的學生團隊在2020/2021年度於香港科技大學的水底機構人比賽取得冠軍佳績)。團隊還是十分虛心、精益求精的。他們在2021/2022與CITE同工交流,準備規劃STEM課程前,也特意希望CITE同工能提供一些有關學習設計的培訓,以致有更好的基礎設計學生的學習過程。在這教師培訓,大家對兩個真實的學習設計例子作了分析和討論,從中了解工程設計、科學探究等概念。CITE同工也簡介了LDS(Learning Design Studio)的作用和操作。學校十分有心,在這次培訓及往後與CITE同工開會之間,大約每隔兩週都會進行內部共備,以沉澱在教師培訓的學習,以及跟進課程發展進度。謝校長亦會參與部分共備和觀課,支持及了解課程發展。

SDL-STEM 課程規劃

規劃理念

本SDL-STEM課程是建基於上年的設計 – 智能煲水提示器並作出優化 。由於場景只有這一個,團隊認為會令學生缺乏選擇,而且,上年實施課程時學生也是較為被動地按步驟和既定的工具做的。所以,今年學校希望讓學生主動觀察及分組討論在家中有甚麼容易發生意外或不方便的情景,繼而定義問題並嘗試自己行設計解決方法。這樣便可以吸引學生的興趣,提高學生的自主性。這課程鼓勵以「工程設計流程」實踐智能家居設計,配以Micro:bit製作簡單工具,協助他們改善生活,達致服務社群,關心社會的目標。 在自主學習的策略方面,課程開放學生可研習的範圍,讓學生自由選擇並設計適用於不同房間的產品,例如:客廳、廚房、睡房等。
在規劃課程時,團隊擔心過多場景會令老師難以掌握課堂節奏,所以學生會進行分組討論,選出較可被解決的問題,當中也加入老師的意見,以收窄場景的數量。
今年課程將會由P6學生參與,因為這他們已經完成小學所有課程。這批學生也有一個優勢,就是他們上年也曾參與學校的STEM課程。他們在P5已經初步學習Micro:bit和一些傳感器的編程,並且學得不錯。今年老師團隊會製作影片協助重溫相關知識。一方面節省課時,二方面訓練學生自主學習。此外課程將於大考後進行,以提供最大空間給學生。

表1  課程基本資料

主題:智能家居設計
年級: 中六參與學生人數: 約60位參與科目: 常識、數學、電腦
實踐月份: 2022年6月堂數: 14每堂時間: 30分鐘

表2  課程預期學習目標 (Intended Learning Outcomes)

學科知識
(Disciplinary Knowledge)
  • 掌握溫度、濕度及光度等因素,對居住環境有甚麼影響(常識)
  • 加強對編程及Micro:bit傳感器的認識(電腦)
學科技能
(Disciplinary Skills)
  • 針對不同環境及因素,應用不同的感測器(常識、電腦)
  • 整理感測器所回傳的數值,並忽略誤差較大的數據(電腦、數學)
非學科類學習成果
(Non-disciplinary Outcomes)
  • 加強創造力與想像力
  • 加強批判思維與解難能力
  • 加強溝通及協作能力
  • 建立品格教育及世界公民意識

表3  課程模塊 (Curriculum Components)

1) 親身體驗活動及分享感受邀請外間社福機構到校,為學生舉辦模擬長者體驗活動,讓學生體驗長者在日常生活上各方面的不便,並構想受助者在家居環境中,例如:客廳、廚房、睡房等,可能會出現甚麼情境。
2) 構想解決方案學生需界定長者需要的範圍,例如在屋內哪個位置等。在思考接下來的步驟時可根據各種情況與Micro:bit的各傳感器功能有甚麼可能的對應,然後完成方案大綱。
3) 運用學科知識及技能,表達設計概念學生分組選定要解決的問題及所需的Micro:bit傳感器,繪製產品設計圖。其後老師和各組互相進行回饋。學生根據回饋優化設計。

SDL-STEM 課程實施與反思

實施過程

課程已經在2022年6實施。CITE同工前往觀課的一堂,主要是學生預備以紙皮搭建模擬屋企,設置不同溫度濕度的場景,以模仿獨居長者的所在的各種家居環境。然後,學生以他們設計和創造的創造的裝置作出測試,監察數據以了解裝置是否正常運作,並找出探測器可能的誤差範圍。最後,學生檢視所得數據是否合乎預期,並反思實驗的準確度。以下是一些課程實施期間的精華照片。

學生反思

下課後,CITE同工與幾位學生進行訪談,以了解他們對課堂的理解和得著。在訪談中,同學普遍了解課堂的主要目的,就是透過STEM和編程幫助有需要的獨居老人,為他們設計及製作一些智能小工具,解決一些他們生活上的難題。有組別做了防盜裝置,守護老人家的財物。有組別做了聲控燈,讓老人家凌晨睡醒如廁時不用找燈制。更有組別嘗試做智能門口,讓老人家的老朋友到訪時懂得自動開門。他們認為這些設計也能在將來廣泛地幫到下一代的老人家。有一位同學更打趣說幫到將來的自己。其他同學也發笑了。也有學生希望透過這些設計,將來可以透過研究科技找到工作,幫到社會。另外,同學也能具體說出喜歡的課堂元素。他們喜歡可以在STEM活動有團體協作,享受與同學一起構思和製作產品。

學生也分享到製作期間遇到的困難。例如製作模型紙屋時難以做到工整的正方形,因為它們會變斜。學生的解決方法是用筆袋支撐及封膠紙。又例如有些Micro:bit的傳感器不夠,需要間接地用其他方法。這樣,學生的解難能力也得以建立了。

In-STEM 項目成果

多層領導的發展

學校雖然只是第一年參與In-STEM項目,但已經全程投入,並充分發揮多層領導的作用。學校各層級角色分明,為學生學習創造良好學習條件。前線老師用心共備,做好教研及教學;中層管理人員提供資源,例如給學生學習平台、讓老師教席安排提供彈性、為整個教學提供與外間交流的機會等;學習管理層更是為中層管理人員提供彈性,容許調動課堂,讓課程在呈分試後,學生的空間最大時實施。整個課程的成功,實在離不開學校多層領導的配合。

展望

展望將來,學校各方面將加強協作,在各方面繼續推動SDL-STEM發展,例如以今年有經驗實施SDL-STEM項目的老師與未有經驗的老師合作,把經驗傳承。規劃良多,未能盡錄,詳細可參考以下檔案。

▸回顧與前瞻

教師獎勵計劃的獎項

學校勇奪教師獎勵計劃(TAS)的獎項,包括「學習設計模式獎」、「促進自主學習的STEM教育- 團隊協作獎」、「關愛社區獎」及「電子學習平台 (LDS)最佳應用獎」。在許耀華老師和黃兆聲老師向各校同工分享後,更讓各校(包括資源學校的同工)和項目資深顧問認可,實在是對學校很大的肯定。