渐近开放式项目教学在开源硬件课程中的实施策略

翁锦琳 福建省宁德市古田县第一中学

开源硬件在高中信息技术课程中占有重要地位，它属于高中信息技术选择性必修课程，同时也是创客教育课程的重要组成部分，可作为校本选修或兴趣小组活动课程开展。课程基于STEAM教学理念，适合采用项目教学模式，学生在完成项目的过程中，能够迅速提升综合素养。然而，项目教学属于一种“开放式教学”，对学生的现有知识水平、自主学习能力以及解决问题能力均有较高要求，现有的信息技术课堂项目教学预设的学生“潜在发展水平”往往比实际偏高，学生难以超越“最近发展区”到达“潜在发展水平”。

为了解决上述问题，笔者建议在开源硬件课程中采用“渐近开放”的教学模式，遵循循序渐近的原则，将开源硬件课程划分为四个阶段（如表1）。

表1

● “小任务”阶段——通过小任务体验迅速入门

在课程之初，学生普遍缺乏项目学习经验，信息素养水平参次不齐，对开源硬件掌握程度也不同，此时教师需根据实际情况，做好初高中的过渡衔接，并尽可能降低课程难度。教师可先讲授开源硬件基础知识，演示元器件的基本使用方法，通过小任务驱动来完成基础知识的教学，采用“布置任务—学生探究—教师演示—学生实践”的模式开展，如图1所示。

图1

此阶段教学内容可包括：①开源硬件基础知识介绍，如开发板、开发环境介绍等。②基本元器件的使用。③开源硬件基本编程语句。教师需重点介绍几种典型的元器件（如LED灯、按键开关等）的使用、开源硬件程序基本指令、三种基本程序结构等。任务要求明确，较为“封闭”，学生按提示要求完成即可达成教学目标。任务难度落在刚入门学生的最近发展区中，由易及难，学生在教师的指导下，能够迅速入门。

● “微项目”阶段——通过微项目夯实基础

在“微项目”阶段，教师主要采用基于给定选题的微项目教学。与“小任务”阶段不同，本阶段需要完成一个简单的微项目，同时具有一定的开放性。项目过程包括确定选题、规划设计、项目实施、展示评价四个步骤。

1.确定选题

在“微项目”阶段，教师介绍微项目背景并给定微项目选题。首先，微项目选题宜小不宜大，时长控制在2～3课时为宜。该阶段仍属于“打基础”阶段，教学目的在于让学生通过微项目学习，掌握基本知识技能和解决问题的方法。其次，微项目选题应当基于真实情境。

2.规划设计

在给出项目情境和选题后，教师要引导学生设计项目实现方案。当学生不知从何入手时，教师可以使用问题导向法，给出不同的假设方案让学生分析可行性，经过师生共同讨论，得出合理的解决方案。教师需要变知识传授型课堂为学习引导型课堂，切忌采用“教师直接讲授，学生原样照搬”的传统式教学。

3.项目实施

项目实施过程遵循“学生为主体，教师为主导”的原则。在项目实施过程中，教师可以充分利用问题、图示、数字化资源等教学支架，给学生适当的帮助和引导。当学生完成项目的基本要求后，教师可提出一些开放性问题，引导学有余力的学生对作品进行优化。此外，在项目实施后需提交项目学习记录表。

4.展示评价

在学生完成项目后，教师可抽取部分小组进行成果展示和交流，以验证学生的项目学习成果。

● “主题项目”阶段——通过课程项目巩固提升

当学生对开源硬件的基本元件有了一定的认识，且能独立完成一些小项目后，即可进入“主题项目”阶段。该阶段主要采用的是基于自主选题的主题项目教学，这是真正意义上的项目教学。主题项目综合性强，一般整个课程只要求设计一个，放在课程最后，作为该课程的“毕业项目”（课程项目），是课程考核的重要部分。主题项目实施过程与微项目类似，但要求应有所提升，且采用的是完全开放式的教学，各小组在教师的适当引导下，独立完成项目。笔者以“智能饮水机”项目为例做具体分析（如下页表2，限于篇幅表格中仅列出选题和方案）。与微项目相比（如下页图2），主题项目主要有以下特点。

图2

表2

1.选题的开放性

在选题阶段，教师仅给出主题，具体选题由学生根据主题自行选定。教师需要对学生的选题做出审核，如果选题过大或过小，教师应当提出修改建议。

2.方案的自主性和科学性

由于每个小组选题均不同，在规划设计阶段需要由小组成员自主设计方案。在学生讨论设计方案的过程中，教师需要巡视并解决小组提出的问题，保证方案的科学性。

3.强调项目成果的优化和创新

在项目实施阶段教师应当引导学生查找存在的问题，不断优化作品，实现从“尝试模仿”到“自我创新”的转变，产生高质量的项目成果，为下一阶段“竞赛项目”做准备。同时，学生应当撰写项目报告。项目报告是项目学习的重要成果，也是评价项目质量好坏的重要载体。

4.答辩式评价

在展示评价阶段，可采用类似论文答辩的方式，由每个小组上台展示成果，教师及其他小组成员可以提问。答辩式评价，能够检验学生的项目完成情况、知识技能掌握情况，锻炼学生的表达能力。答辩的成绩应作为课程成绩的重要组成部分。

● “竞赛项目”阶段——通过参赛不断成长

“竞赛项目”阶段要求进一步提高，需要将课程所学应用到实践中，设计、制造出应用于实际生活的产品原型，并以创客、科技创新等比赛为契机，选择一部分优秀作品参赛。

1.组建兴趣小组

教师根据学生平时的课堂表现、课程成绩，结合学生兴趣，选拔学生参加创客兴趣小组活动。教师可收集兴趣小组成员在第三阶段产生的符合竞赛主题的优秀成果，鼓励学生在此基础上继续改进，也可以让学生重新选题，设计出更好的参赛作品。

2.提高项目成果要求

此阶段的作品不应只停留在模拟、调试阶段，而应当是能够解决实际问题的产品原型。以“智能饮水机”项目为例，可从以下两方面加以改进。第一，制造合适的外壳。在上一阶段，它的外壳只要求使用纸板制作即可，但作为参赛作品是不够的。此时，可利用激光切割技术制作饮水机外壳和桶装水支架，用3D打印技术制作接水盘，可放在桶装矿泉水中供日常生活使用。第二，作品功能还需要不断优化、改进、创新，如可改进出水量计算算法，结合重力传感器，提升出水量计算的精准度，也可增设电磁阀，提高控制水流进出的灵敏度等。

● 结束语

基于“小任务—微项目—主题项目—竞赛项目”四阶段的渐近开放式项目教学，遵循“最近发展区”理论，能够在一定程度上解决目前高中信息技术课堂中开展项目教学难度大的问题。当然，不同学生的最近发展区是不同的，教师应当结合学生实际水平，合理调整四阶段的教学时间和教学内容，或者进行必要删减。在项目教学过程中，教师应当以培养学生信息技术核心素养为目的，以优化作品、解决实际问题为导向开展教学，提升项目教学效率。