基于项目式学习的“思创、做创、优创”教学实践——“开源硬件项目设计”模块的教学

吕宝荣 天津外国语大学附属河北外国语中学

刘丽颖 天津市河北区教师发展中心

● 模块内容简析

开源硬件项目设计模块的教学内容是在普通高中开设的选择性必修模块。该模块的具体教学内容包括开源硬件的特征、开源硬件项目的流程，以及基于开源硬件的作品设计与制作。在教学实践中可以把知识的学习融入项目学习中，采用基于项目式学习的创客培养教学模型作为教学策略开展开源硬件的学习。

● 基于项目式学习的“思创、做创、优创”教学策略

1.开展项目式学习创客培养教学策略前的准备

（1）采用小组合作的形式

采用组间同质、组内异质的原则，将4人组成一个小组，在组内根据每个成员的特点进行分工（通过小组会议商讨小组成员的分工并形成小组决议）。

①组长：负责整体协调和合理安排工作进度，要有执行力，要熟悉各成员的工作内容与进度，并能根据项目进程做出调整。

②组员一（设计师）：负责产品模型的功能与外观设计。

③组员二（程序员)：负责产品功能的程序编写和调试。

④组员三（营销员）：负责项目产品的包装与分享、展示、宣传。

（2）创设真实的教学情境

教学情境应源于真实生活并与教学主题相关联，在教学实践过程中，学生对真实情境中的问题进行抽象与分析，并运用知识找到解决问题的方法。

2.基于项目式学习的创客教学策略

高中生对知识整体的逻辑架构还不具备掌控的能力，运用计算思维、产品思维去解决真实问题的能力还有待提高。这就需要教师在创客教育实施的过程中，通过项目式学习引领学生思考如何去“思创”（思考创新），怎样去“做创”（制作创新），如何去“优创”（优化创新）。笔者经过多年的教学实践摸索出了基于项目式学习的创客教学模型并在教学中取得良好的效果。

（1）确定项目主题及相关资源库

教师根据课标要求、教学目标以及学业要求帮助小组确定项目主题。项目的主题不仅要适宜高中生的学习能力和特点，还要考虑学生完成项目的时长和实施可行度，且要尽可能使项目微型化。

因为项目式学习要求学生在大量信息基础上进行自主学习、意义建构，所以，设计适宜的学习环境和丰富的学习资源与工具是必不可少的环节。开源硬件的学习环境主要包括计算机、开源硬件设备、网络设备和数字化学习工具等；学习资源既包括课堂中开源硬件的学科知识，如开源硬件的特征、发展、常见的平台等，也包括通过校园网、人人通等资源平台获得的相关知识。教师将课程资料通过多种渠道（QQ群、微信群等）传递给学生，帮助学生建立开源硬件学习资源库。

（2）开展项目活动探究并形成项目方案（思创）

在确立项目主题后，学生在教师的辅导下利用资源库对相关项目任务进行调查分析，从而提炼出项目的核心问题。教师要引导学生开展团队合作，并进行合理分工，利用思维导图等数字化工具进行项目需求分析、项目方案设计等，培养学生的问题分析能力。在制订项目方案时，要明确解决问题的关键指标是什么，把它作为后期验证方案是否达到预期设想的目标。

（3）搭建项目产品原型（做创）

学生在作品制作的过程中，需要通过资源库学习，掌握开源硬件各模块的相关知识，以小组合作的形式进行有效协作，运用掌握的知识根据项目方案组装硬件、编写代码，完成实际产品原型的搭建。

（4）测试产品模型的功能（做创）

这一环节要对产品原型进行测试，以达到项目主题所要实现的功能。根据项目式学习创客教学模型第二步中设定的关键指标进行性能测试，如果达到关键指标就进入下一步，如果没能实现功能，则返回第二步修改方案，直到达到关键指标所约定的性能。这一环节，学生在不断试错中发现问题、探索问题并解决问题，学生要进行独立思考，还要用科学的方法进行排查，同时也需要查阅大量的资料，学习新知识，提升个人解决问题的能力。在项目学习中，教师要转换角色，从引领者转变为项目的参与者、协调者和指导者，要在关键问题上给予学生点拨和启发，引导学生给出解决问题的途径。

（5）优化方案，改进产品模型（优创）

教师在此阶段要启发和引导学生对产品进行优化、改进。这一环节与上述四个环节是一个循环的过程，学生通常会在教师的引导下回到产品开发阶段，对不满意的部分进行修正或优化，直至得到相对满意的产品原型。

（6）总结经验，提升能力（优创）

这一环节通常让学生以小组为单位，采用路演的形式，在对产品原型进行包装的基础上与全班进行分享和交流。教师要介绍路演的流程和规则，鼓励学生主动、积极地进行展示和交流，帮助学生总结经验、规划知识、提升能力。

● 基于项目式学习的创客教学策略在教学中的实践

下面，笔者以人教-中图版普通高中信息技术《选择性必修6 开源硬件项目设计》第四单元“开源硬件项目制作”为例，具体阐释基于项目式学习的创客教学模型的实践应用。

1.确定项目主题及相关资源库

本章围绕“智造美好生活”主题开展项目学习。①教师根据课标要求，按照创客教学模型第一环节内容，搭建课程所需要的学习环境和学习资源库。②依据学生各自特长，按照组间同质、组内异质的原则进行分组。各组学生通过讨论提出小组的项目主题，并确定小组成员各自需要完成的任务。

2.开展项目活动探究并形成项目方案

以“智能药盒”小组为例，该组学生通过讨论家中老人日常行为发现“银发一族”经常会忘记按时吃药。于是该组学生提出将“制作一个提醒老人吃药的智能药盒”作为项目主题。

学生在教师的辅导下，利用教师提供的资源库以及数字化工具对该项目进行了深入分析。初步确定要实现如下功能：每天早、中、晚设定闹钟，提醒老人吃药。如果老人打开药盒吃药，闹钟不再响，如果老人没有吃药，两分钟后闹钟会再次响起，并且药盒上会亮起红色LED灯，如此往复直到老人打开药盒吃药。

学生通过查找资源库资料，并向教师咨询相关编程控制硬件问题后，提出利用虚谷号的主控制器和扩展板以及LED灯、倾斜传感器来实现所需功能。最后，小组所有成员对项目的目标和实施过程达成共识，并形成具体的项目方案。

3.搭建项目产品原型

①放置定时器（根据设定的时间由蜂鸣器发声且红色LED灯亮起提醒老人吃药）。②放置控制板。在盒盖上放置倾斜传感器，通过打开盒盖的动作，使得传感器数据产生变化，并反馈到蜂鸣器和LED灯上（如果没吃药亮红灯，蜂鸣器发出声音）。③编写控制程序代码，完成产品原型的搭建（如图1）。

4.测试产品模型的功能

学生将智能药盒产品模型的功能对照解决方案中设置的关键指标，反复进行测试，达到预期后，确认实现了智能药盒产品模型的功能，完成助老服务项目的搭建。

5.优化方案，改进产品模型

在学生进行路演的过程中，其他组的同学提出了问题：如果老人打开药盒但没有拿走药片，倾斜传感器就起不到作用了。为了解决这一问题，学生在药盒下方放了压力传感器（老人拿走药片，压力传感器就会有数据变化），如图2所示。

在教师的引导下，学生对方案进行进一步优化。学生给药盒添加了不同颜色的灯，用来表示有药片、无药片的情况，红灯表示有没吃的药片，绿灯表示药片已被老人拿走吃掉。如果老人过了1小时还没有吃药，就通过老人的手环给他的子女发信息，告知老人的异常情况。

6.总结经验，提升能力

在这一环节中，教师要求各项目组完成项目研究报告的撰写，并以小组为单位进行展示汇报。在报告中让学生回顾本次创造实践活动的过程，梳理学科知识，总结经验教训。在展示汇报中，学生按照教师公布的路演规则和流程分享项目规划的过程、分工情况、遇到的问题、解决的方案等。教师鼓励学生课后将项目成果发布到开源社区，与互联网上的创客们分享与交流。在交流过程中，学生的核心素养得到了提升，创新能力得到了提高。

● 结语

基于开源硬件的学习，不仅能促进学生创新能力、实践能力的提升，还为学生后续的学习提供了宝贵的经验。这门课程是信息技术课程创新性和丰满性的有益补充，同时它对教师的专业发展也起到了积极的促进作用。