本文聚焦于以智能植物养护系统为实例的STEAM课程实践，通过智能植物养护系统这一载体，展示如何将科学（Science）、技术（Technology）、工程（Engineering）、艺术（Arts）、数学（Mathematics）多学科知识融合于课程中，在课程实践里，学生能在搭建与操作智能植物养护系统的过程中，综合运用多学科知识解决养护植物的实际问题，培养创新思维、实践能力与跨学科素养，为理解与掌握STEAM课程理念提供生动案例与实践路径。
课程背景
在当今科技飞速发展以及跨学科教育理念日益受到重视的背景下，STEAM 课程以其融合科学（Science）、技术（Technology）、工程（Engineering）、艺术（Art）和数学（Mathematics）的独特优势，为学生提供了全面发展和实践创新的机会，本次以“智能植物养护系统”为主题开展 STEAM 课程，旨在培养学生运用多学科知识解决实际问题的能力,激发学生对科学技术的兴趣和探索精神。
课程目标
（一）知识与技能目标
- 科学方面：学生能够了解植物生长所需的基本条件，如光照、水分、土壤等要素对植物生长的影响原理。
- 技术方面：掌握传感器技术（如湿度传感器、光照传感器等）的基本工作原理，学会使用 Arduino 等开源硬件平台进行编程控制。
- 工程方面：能够设计并搭建一个完整的智能植物养护系统的硬件架构，包括传感器与执行器（如水泵、灯光）的连接与布局。
- 艺术方面：设计出外观美观、具有创意的植物养护系统外壳,使其与环境相融合。
- 数学方面：运用数学知识对传感器采集的数据进行分析处理,建立合适的数学模型来设定系统的控制参数。
（二）过程与 *** 目标
通过小组合作的方式，经历从问题提出、方案设计、实践操作到成果展示与评价的完整项目流程，培养学生的团队协作能力、问题解决能力和创新思维。
（三）情感态度与价值观目标
激发学生对自然科学和技术创新的热爱，培养学生的责任感和环保意识,让学生认识到科技对改善生活和促进可持续发展的重要作用。
课程实施过程
（一）导入阶段（1 课时）
教师在教室摆放几盆生长状况不同的植物，引导学生观察并思考影响植物生长的因素，随后展示一些现代化的智能农业场景和植物养护设备的图片、视频，引发学生对智能植物养护系统的兴趣，提出核心问题：如何设计一个智能系统来自动养护植物？
（二）知识讲解阶段（3 课时）
- 科学知识：教师通过 PPT 讲解植物生长的科学原理，包括光合作用、呼吸作用，以及水分、养分的吸收过程等，组织学生进行实验，观察不同土壤湿度下植物的生长差异,加深对植物生长需求的理解。
- 技术知识：介绍湿度传感器、光照传感器的工作原理，演示如何使用 Arduino 开发板连接传感器并读取数据，讲解基本的编程语句，如变量定义、条件判断、循环语句等,让学生能够编写简单的程序来控制传感器数据的采集和显示。
- 工程知识：引导学生分析智能植物养护系统的硬件组成和工作流程，包括传感器的布局、执行器的选择与连接方式，通过案例分析,讲解如何进行系统的稳定性和可靠性设计。
- 艺术知识：展示一些优秀的产品设计案例，引导学生思考如何将功能与美观相结合，讲解色彩搭配、造型设计等基本艺术原则，鼓励学生发挥创意,设计出独特的植物养护系统外观。
- 数学知识：讲解如何对传感器采集的数据进行统计分析，如计算平均值、标准差等，帮助学生建立数据与植物生长状况之间的关系,从而设定合理的控制参数。
（三）方案设计阶段（2 课时）
学生以小组为单位（4 - 5 人一组），讨论并制定智能植物养护系统的设计方案，方案需包括系统的功能需求分析、硬件选型与连接图、软件流程图、外观设计草图以及项目进度计划，每个小组推选一名代表进行方案汇报，教师和其他小组同学提出意见和建议,小组根据反馈进一步完善方案。
（四）实践操作阶段（6 课时）
- 硬件搭建：学生按照设计方案，利用提供的电子元件（Arduino 开发板、传感器、水泵、LED 灯等）和材料（木板、塑料板等）搭建智能植物养护系统的硬件部分，教师在现场指导,及时解决学生遇到的问题。
- 软件编程：根据硬件连接情况，编写程序实现传感器数据的实时采集、分析以及执行器的自动控制，当湿度传感器检测到土壤湿度低于设定值时，水泵自动启动浇水；当光照不足时,自动开启灯光。
- 外观 *** ：学生根据设计的外观草图，使用 3D 打印、手工 *** 等方式 *** 植物养护系统的外壳,进行上色和装饰等艺术加工。
（五）测试与优化阶段（2 课时）
各小组将搭建好的智能植物养护系统放置在实际环境中进行测试，观察系统的运行情况，记录传感器数据和植物的生长状况，根据测试结果，分析系统存在的问题，如控制精度不够、硬件稳定性差等，小组讨论并提出优化方案,对系统进行改进和完善。
（六）成果展示与评价阶段（1 课时）
每个小组进行成果展示，通过演示文稿、实物展示等方式介绍智能植物养护系统的设计思路、功能特点和实际效果，其他小组进行提问和评价，教师从系统功能实现、创新性、团队协作、展示效果等方面进行综合评价,给予学生反馈和建议。
课程效果与反思
（一）课程效果
通过本次 STEAM 课程，学生们成功设计并搭建出了具有一定功能的智能植物养护系统，不仅掌握了多学科的知识和技能，还在实践过程中提高了团队协作、问题解决和创新思维能力，学生们对科学技术表现出了更高的兴趣和热情，部分学生还提出了进一步改进系统的想法,如增加更多的传感器以监测植物的病虫害情况等。
（二）反思
在课程实施过程中，发现部分学生在跨学科知识融合方面存在一定困难，需要教师更多的引导和帮助，由于课程时间有限，一些小组在系统的优化和完善方面还不够深入，在今后的教学中，可以适当增加课程时间，加强对学生跨学科思维的培养，同时引入更多的实际应用案例，提高学生将知识应用于实际的能力。
