用项目制教学开展“开源硬件”教学设计

2021-11-13辛昕杨超赵世祥

区域治理 2021年42期

辛昕，杨超，赵世祥

1.天津市河东区智德培训学校；2.天津德运通科技有限公司；3.天津科技大学

一、项目制教学对学生的益处

有一位担任科学课教学的张老师，她的学生在周五的测验中成绩不错，但周六早上，学生们就把学过的知识忘掉了。张老师决定试一试“项目制教学”。她尝试的第一个项目主题是微生物。这段时间，班里很多孩子都感冒了，她问学生，为什么这么多的同生生病？这个与生活息息相关的问题，引起了学生极大的兴趣，他们提出了很多问题，还列出了一个想知道的清单。这时，张老师宣布，我们开展的项目就是“如何让低年级的小朋友知道怎么才能不生病？”大家开始组建小组，自行决定研究项目，然后又开展调查研究，进行团队协作和相互反馈，还要找到最佳的阐述方式阐明自己的观点—毕竟是讲给低年级小朋友听的，得形象生动，最后形成作品。有的小组做了一个教育视频，内容是洗手与避免感冒的关系；有的小组做了一张海报，展示病菌是如何传播的每个小组都参加了给低年级同生讲解的研究成果公开展示会。毫无疑问，项目非常成功。这节课没有让学生死记硬背任何知识点，但同学们却对如何阻止病毒、细菌的传播记忆深刻。在展示会接近尾声时，张老师宣布，今天所有人都是明星，未来缺乏的就是这样的人才。

从这个案例中，我们不难发现，项目制教学对学生的益处。

首先，项目制教学立足解决问题；其次，其倡导各学科的融合。病毒传播的途径，这是科学和生物学科；电子绘图、视频制作等，用到了信息技术的知识；毕竟是讲给低龄小朋友的，我们需要组织精炼语言，生动形象，这里用到了语文的知识；最后，配色、配乐、版面设计等，也离不开美育方面的知识。项目制学习还会提升学生的各种能力：如综合分析、归纳总结、知识迁移、联想创新能力等。而这些能力是学生18项核心素养中所要求的，要想成为全面发展的人，项目制教学起到了非常好的促进作用。

二、项目制教学开展“开源硬件”教学设计

（一）各项储备

首先，成立研究小组，然后给小组起个名字，接着起草小组协议并明确人员分工，最后是协议保存。如果是在现场实际教学，这个部分我会让学生亲自参与，组内讨论后形成，有一个相对正式的仪式。为什么要这样呢？因为项目制教学会持续半个学期或一个学期，这也是项目制教学和常见的问题式教学的区别：问题式教学时间较短，问题较简单、通常只涉及一个学科；而项目制教学，时间较长，会有一个相对真实的背景或情境，是一个相对复杂、需要运用跨学科知识去解决问题的相对完整的系统。既然是这样，就必须有一些约束条件，避免后期学生出现争议。

（二）选题，明确任务

关于选题的原则，我个人的意见为遵循以下原则：

（1）有挑战的探究性问题；（2）贴近生活，解决生活的实际问题；

（3）有可呈现的实物作品；

（4）可以针对不同年龄的孩子采取不同的方式，比如低年龄孩子，我们可以把选题设计成半开放式的，这样相对更加容易。

选题时可以运用的小工具—思维导图。首先，拿一张纸，在纸的正中央，写上选题的关键词—“开源硬件项目制教学的选题”。接下来在关键词的周围划分分支，可以划分成输入、输出、地点和行为四个分支。输入端就是常见的传感器：比如超声波传感器、光线传感器、温度传感器、湿度传感器等。输出端：比如LED灯、马达、舵机、喇叭等。地点可以按照户外、室内划分，再进一步向下扩充为家、教室、社区、操场等等。行为可以有学习、游戏、工作、吃饭、看电影等等。例如，在家里，学习的时候，当书桌上的灯光打开时，证明有人了，温度升高到一定温度，说明比较热需要降温了，这时，自动转动马达，带动风扇转动。这就是一款自动送风装置。属于智能家居的范畴。（见图1）

很显然，不同的器材套装，输入输出模块有可能不一样，那我们如何选择器材呢？选择器材，有如下几个原则：

（1）有合适的教学资料，便于开展教学；

（2）可以参加官方赛事，有合适的出口；

（3）便于进行结构拓展，特别是对于年龄较低且对结构不太熟悉的学生，如果器材可以和一些积木件兼容，就省去了结构设计的环节；

（4）性价比高、损坏率低。

经过综合考量，本文选用的是由中鸣公司设计生产的人工智能科普资源包。（见图2）

图2 人工智能资源普及包

下面假设已经拿到这款器材，首先进行选题环节，我们可以把选题做成半开放式的，设定为“智能家居主题”。老师们可以尝试着用刚才介绍过的思维导图做一个选题，选出2-3个题目，并写出拟实现的功能和拟采用的电子元件。如果在实际教学中，会让学生做完这个工作后进行说明，并让其他组的学生进行质疑和投票。这个过程一方面锻炼了其学生的语言表达能力；另一方面，也锻炼了批判思维。在别人质疑的过程，学生会想，原来别人是这么看待这个问题的，我的想法还有哪些不足，如何去改进。

通过这个过程，大家是否意识到了，要想进行项目制的教学，孩子需要其有一定的基础和技术储备：比如他要了解有哪些传感器，这些电子元件的功能是什么，要不然是无法进行这个过程的。当然，学生的发散思维和创新能力也是需要培养的，要不然他都不知道如何提问题。

所以，在选题之前的各项储备。既需要包含组织储备，又需要包含技能储备和能力储备。所以，第一阶段的课程，也会以项目制的形式开展，介绍各种电子元件，熟悉它们的功能和编程逻辑。同时，创新意识也是需要培养的。第一阶段，在每次课之后，都会利用思维导图对学生进行发散思维的培养。

比如在光线传感器这个模块，学习过后，会让学生画思维导图，光线传感器的使用场景是什么？夜晚或是光线发生变化的场景。为什么在夜晚需要使用光线传感器？一是节能，二是方便。光线传感器的功能有哪些？可以侦测光线。哪些地方会出现光线的变化？日出日落、衣柜、厕所、楼道都适用。通过这种方式提升学生联想能力、激发学生创新思维。（见图3）

图3 运用思维导图进行学生发散思维训练

第一阶段，大约5次课，10个学时，也可以再进行设计，那就看老师们自己的理解了。

（三）收集资料，提出需求

然后是选题，接下来是收集资料。目前所选题目的现状和问题是什么？想要实现的功能，准备采用的电子元件是什么？在2-3个备选题目中经过筛选确定题目，然后，完成需求表的制作。在制作需求表时，需要老师熟悉电子元件功能，可以帮助孩子找到实现途径。对常用的机械结构进行讲解，方便学生选择。最后，形成使用手册、辅助教材和学生学习手册。也就是在整个过程记录学生的思维发展。