一种结合美术和编程教学的STEAM教学方法

摘要

本发明公开了一种结合美术和编程教学的STEAM教学方法，包括电池盒、可编程开发板、拓展板、双母头杜邦线、可黏贴的引线、导电铜胶带、导电芯片模块、可外接设备纸材，将艺术教育和编程教育相结合，将编程糅合进绘画、DIY手工等艺术表现形式，通过编程和硬件丰富艺术教育的表现形式提高学生的学习兴趣，同时反过来提高学生对编程教育的学习欲望，相辅相成提高艺术教育和编程教育的教学能力和质量以适应新教学理念要求和持续发展的教学要求。

说明书

技术领域

本发明涉及STEAM教学教具技术领域，特别涉及一种STEAM所使用的用于涂色、绘画、DIY手工等艺术教育与编程知识相结合的教学套件，即一种结合美术和编程教学的STEAM教学方法。

背景技术

近年来艺术素质教育已成为美育教育的重要组成部分，同时艺术素质教育对于促进学生全面发展具有不可代替的作用，对于提高学生的思想道德素质、科学文化素质、身心健康素质和劳动技能素质都具有深远意义。

同时，STEAM教育理念成为当下中国教育新方式，STEAM的原身是STEM理念，即科学(Science)、技术(Technology)、工程(Engineering)、数学(Mathematics)的首字母缩写，鼓励孩子在科学、技术、工程和数学领域的发展和提高，培养孩子的综合素养，从而提升其全球竞争力；随着教育理念的发展，近期加入了Arts，也就是艺术，变得更加全面；为壮大国家力量，不但需要科学技术，还需要艺术等方面的综合才能，所以单一技能的运用已经无法支撑未来人才的发展。

现有的技术中，抑或现有发展中的STEAM教具中，帮助孩子们学习数学、英语的教育科技产品层出不穷，部分还融入了编程的教学，但现有的编程大部分呈现的形式主要应用于文化课程中，但学习编程具有一定的年龄要求和限制，并且应用于文化课程中相对枯燥，低年龄的学生容易失去学习兴趣，无法达到教学效果。

而在艺术培养的教学模式中，还是采用传统方法或者大众化的绘画本，例如涂色本、数字油画、diy手工拼装工具，只是单一的表现方式，在色彩或音频等媒介表现形式上欠缺，同样存在着教学单调和枯燥乏味的问题，而幼儿艺术教育中单单完成绘色或上色是不够现有的教学理念要求和持续发展的教学要求。

为了抓住国家推广编程教育的契机，我们设计出了一款艺术和科技结合的STEAM教具，打破常规的学科界限，其主要是将编程糅合进绘画、DIY手工等艺术表现形式，是一款创新型教具。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种结合美术和编程教学的STEAM教学方法，将艺术教育和编程教育相结合，将编程糅合进绘画、DIY手工等艺术表现形式，通过编程和硬件丰富艺术教育的表现形式提高学生的学习兴趣，同时反过来提高学生对编程教育的学习欲望，相辅相成提高艺术教育和编程教育的教学能力和质量以适应新教学理念要求和持续发展的教学要求。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种结合美术和编程教学的STEAM教学方法，具体的教学方法步骤如下：

步骤1，预先配备可外接设备纸材、可黏贴引线、导电芯片模块、导电铜胶带、教学表现媒介、可编程开发板、拓展板、电池盒、STEAM教学软件等教具，可外接设备纸材可填色、涂鸦及DIY手工等教学；

步骤2，在可外接设备纸材上进行绘画或者DIY手工，当教学场景为绘画时，可外接设备纸材的一侧会设置参考图例，教师会引导学生在可外接设备纸材上对照参考图例进行填色完成绘画美术；当教学场景为DIY手工时，教师引导学生拆下各动物角色，并进行折叠完成DIY手工作品；

步骤3，通过插接配合组装可编程开发板和拓展板，可编程开发板通过双母头杜邦线与供电的电池盒相连，接着在可外接设备纸材上安装可黏贴引线、导电芯片模块、导电铜胶带形成电路，可黏贴引线分为导电引线和接地引线两种，通过双母头杜邦线与拓展板的外接引脚相连形成闭合回路，最终把教学表现媒介插接在导电芯片模块上；

步骤4，编程部分，教师根据具体的教学场景需要的展现形式，指导学生在STEAM教学软件上进行编程，如LED闪灭和传感器的控制等实现艺术表现效果，学生编程完成之后把将编写完成的脚本代码载入可编程开发板中，从而在可外接设备纸材上的教学表现媒介上实现脚本功能；

步骤5，检查各部件的连接，启动电源盒的按钮进行整个电路的供电，此时可外接设备纸材上的教学表现媒介因通电展示艺术效果。

进一步优选为：上述的步骤2、步骤3、步骤4三个步骤的顺序可前后调换，不局限于上述的步骤排序，根据具体教师的教学要求或具体学生的教学水平进行调整。

进一步优选为：所述可黏贴引线均由导电铜胶片与可插针排母组成；所述导电芯片模块包括由两层PCB板压制而成的底片、金手指、外接排母、外接排针，在所述底片的中部开设两排小孔插槽便于外接排母和外接排针的插入焊接，所述金手指设置在底片的两端分别与外接排母、外接排针上的导电指针和接地指针电连接；

教学表现媒介，其根据不同教学应用场景设置为各类传感器抑或LED灯以实现视觉、听觉、触觉等编程艺术效果，所述教学表现媒介的正反两端插针插入在导电芯片模块上的外接排母的插槽完成电连接。

进一步优选为：所述导电芯片模块、可黏贴引线、导电铜胶带、可外接设备纸材处于同一平面上，通过在可外接设备纸材完成画稿或者将可外接设备纸材制成DIY手工作品，将可外接的导电芯片模块用可黏贴引线固定于需要展示效果的纸材位置、黏贴可外接的导电芯片模块两端正负极，在纸材上完成胶带电路最终通过可黏贴引线连接外设。

进一步优选为：所述导电芯片模块具有6个外接排母，抑或4个外接排母配备2个外接排针。

进一步优选为：所有的连接件均可导电，所述可编程开发板上的编程脚本功能通过拓展板的外接引脚通断电实现控制。

综上所述，本发明对比于现有技术的有益效果为：本教学方法是通过可黏贴引线将课程纸材与外部可编程开发板(Micro:bit、树莓派、Arduino等)相连接，实现编程硬件与艺术相结合的创新型教育模式，方便教师讲解及学生学习操作，它具有使用便捷、形式多样化且具可编程性等优点。

附图说明

图1为实施例中可外接设备纸材一应用形式的初始状态；

图2为实施例中结合美术和编程教学的STEAM教具的分解结构示意图；

图3为实施例中导电芯片模块的分解结构示意图；

图4为实施例中可黏贴引线的分解结构示意图；

图5为实施例中美术场景的示意图。

附图标记：1、电池盒；2、可编程开发板；3、拓展板；4、双母头杜邦线；5、可黏贴引线；51、导电铜胶片；52、可插针排母；6、导电铜胶带；7、导电芯片模块；71、金手指；72、外接排母；73、外接排针；74、底片；8、教学表现媒介；9、可外接设备纸材。

具体实施方案

下面将参考若干示例性实施方式来描述本发明的原理和精神。应当理解，给出这些实施方式仅仅是为了使本领域技术人员能够更好地理解进而实现本发明，而并非以任何方式限制本发明的范围。相反，提供这些实施方式是为了使本公开更加透彻和完整，并且能够将本公开的范围完整地传达给本领域的技术人员。说明书中的“实施例”或“实施方式”既可表示一个实施例或一种实施方式，也可表示一些实施例或一些实施方式的情况。

一种结合美术和编程教学的STEAM教学方法，具体的教学方法步骤如下：

步骤1，预先配备可外接设备纸材9、可黏贴引线5、导电芯片模块7、导电铜胶带6、教学表现媒介8、可编程开发板2、拓展板3、电池盒1、STEAM教学软件等教具，可外接设备纸材9可填色、涂鸦及DIY手工等教学；

步骤2，在可外接设备纸材9上进行绘画或者DIY手工，当教学场景为绘画时，可外接设备纸材9的一侧会设置参考图例，教师会引导学生在可外接设备纸材9上对照参考图例进行填色完成绘画美术；当教学场景为DIY手工时，教师引导学生拆下各动物角色，并进行折叠完成DIY手工作品；

步骤3，通过插接配合组装可编程开发板2和拓展板3，可编程开发板2通过双母头杜邦线4与供电的电池盒1相连，接着在可外接设备纸材9上安装可黏贴引线5、导电芯片模块7、导电铜胶带6形成电路，可黏贴引线5分为导电引线和接地引线两种，通过双母头杜邦线4与拓展板3的外接引脚相连形成闭合回路，最终把教学表现媒介8插接在导电芯片模块7上；

步骤4，编程部分，教师根据具体的教学场景需要的展现形式，指导学生在STEAM教学软件上进行编程，如LED闪灭和传感器的控制等实现艺术表现效果，学生编程完成之后把将编写完成的脚本代码载入可编程开发板2中，从而在可外接设备纸材9上的教学表现媒介8上实现脚本功能；

步骤5，检查各部件的连接，启动电源盒的按钮进行整个电路的供电，此时可外接设备纸材9上的教学表现媒介8因通电展示艺术效果。

上述的步骤2、步骤3、步骤4三个步骤的顺序可前后调换，不局限于上述的步骤排序，根据具体教师的教学要求或具体学生的教学水平进行调整。

在具体的应用中，以DIY手工为教学场景为例，如图1所示为可外接设备纸材9的初始状态，在幼儿教育过程中，会引导学生取下不同的部分组成如图2所示的DIY成品(单单纸片部分)，此时会引导学生把电池盒1、可编程开发板2、扩展板、双母头杜邦线4、可黏贴引线5、导电铜胶带6、导电芯片模块7、教学表现媒介8这些部分组成进行组装和连接，具体如下：

外设部分，可编程开发板2和扩展板相互插接配合，电池盒1与可编程开发板2电连接实现整个教具的供电；

纸片黏贴部分，在教具各部分的初始状态设计中，可黏贴引线5可以预先黏贴在可外接设备纸材9上，也可以后期学生根据自己的方便进行黏贴，可黏贴引线5分为导电引线和接地引线两种，且均由导电铜胶片51与可插针排母52组成，通过双母头杜邦线4连接可插针排母52和扩展板的外接引脚实现可外接设备纸材9上的编码控制或通断电控制，最终控制教学表现媒介8的艺术展现效果；

在可外接设备纸材9制作成DIY成品之后，在需要展现艺术表现效果的地方会开设用于导电芯片模块7穿设的开口，在教学过程中，通过导电芯片模块7安装教学表现媒介8(如各类传感器和LED灯)的端部穿出，导电芯片模块7会有电源的正负两级，然后通过导电铜胶带6实现导电引线、接地引线与导电芯片模块7正负两级相连完成电路连接，此时一个闭合电路就形成了：电池盒1供电，可编程开发板2控制扩展板的外接引脚通断电，沿着导电引线、导电铜胶带6、导电芯片模块7实现教学表现媒介8的通断电以达到艺术教学效果。

如是美术的教学场景，会引导学生在可外接设备纸材9上填色、涂鸦等一系列艺术行为(见图5)，如教学表现媒介8为LED灯，以为表现某处的亮色效果。

上述的只是一个简单的表现场景，下述对具体的部件进行展开：

可外接设备纸材9，其可填色、涂鸦及DIY手工，根据具体的教学场景需求进行设定；

参照图4所示，可黏贴引线5，其预先黏贴在可外接设备纸材9的背面，分为导电引线和接地引线两种，且均由导电铜胶片51与可插针排母52组成，导电铜胶片51和可插针排母52(母头杜邦线)是黏合而成，通过将引线焊接、黏贴等方式固定在导电铜胶片51上，保证了整体的稳固性、可黏贴性以及可导电性；

参照图3所示，导电芯片模块7，其包括由两层PCB板压制而成的底片74、金手指71、外接排母72、外接排针73，PCB板是结合沉金工艺制作而成，在底片74的中部开设两排小孔插槽便于外接排母72和外接排针73的插入焊接，可以很方便的作为输入输出设备金手指71设置在底片74的两端分别与外接排母72、外接排针73上的导电指针和接地指针电连接；

导电铜胶带6，其两端分别与可黏贴引线5的导电铜胶片51、及导电芯片模块7上金手指71相黏贴实现电连接，实现导电芯片模块7的导电通电；

教学表现媒介8，其根据不同教学应用场景设置为各类传感器抑或LED灯以实现视觉、听觉、触觉等编程艺术效果，教学表现媒介8的正反两端插针插入在导电芯片模块7上的外接排母72的插槽完成电连接；

插接式配合的可编程开发板2和拓展板3，利用STEAM教学软件进行编程并将编写完成的脚本代码载入可编程开发板2中，再通过双母头杜邦线4将拓展板3与可黏贴引线5连接，从而在可外接设备纸材9上的教学表现媒介8上实现脚本功能；

电池盒1，其与可编程开发板2电连接实现整个教具的供电。

进一步优选为：导电芯片模块7、可黏贴引线5、导电铜胶带6、可外接设备纸材9处于同一平面上，通过在可外接设备纸材9完成画稿或者将可外接设备纸材9制成DIY手工作品，将可外接的导电芯片模块7用可黏贴引线5固定于需要展示效果的纸材位置、黏贴可外接的导电芯片模块7两端正负极，在纸材上完成胶带电路最终通过可黏贴引线5连接外设。

进一步优选为：导电芯片模块7具有6个外接排母72，抑或4个外接排母72配备2个外接排针73。

进一步优选为：教具中所有的连接件均可导电，可编程开发板2上的编程脚本功能通过拓展板3的外接引脚通断电实现控制。

以上所述仅是本发明的示范性实施方式，而非用于限制本发明的保护范围，本发明的保护范围由所附的权利要求确定。