基于微项目学习的信息科技实验教学

摘要：微项目学习是以项目为载体，借助实验教学法，提出问题、做出假设、开展实验、得出结论、优化方案，促进了课堂有效学习的发生，是一种值得探索的初中信息科技课堂教学模式。本文以“老人跌倒报警腰带”项目为例，阐述了微项目学习在初中信息科技课堂教学中的实施路径，以及提高学生的实践能力和计算思维等核心素养的方法。

关键词：微项目学习；实验教学；初中信息科技

中图分类号：G434 文献标识码：A 论文编号：1674-2117（2024）19-0077-04

《义务教育信息科技课程标准（2022年版）》（以下简称“新课标”）要求：创新教学方式，以真实问题或项目驱动，引导学生经历原理运用过程，提升问题解决能力；鼓励“做中学”“用中学”“创中学”。[1]项目式学习是目前初中信息科技学科普遍使用的教学方式，但常见的项目式学习流程耗时较长，对于初中生来说，信息科技周课时一般都只有一节，很容易出现项目目标难以达成的情况。那么，如何从信息科技实践应用出发，提升学生对基本概念和基本原理的理解，完成从知识到生活的迁移，培养学生的创新能力呢？

针对上述问题，笔者尝试将学科知识与日常生活相联系，结合生活中的真实问题，以微项目学习方式开展实验教学，下面以“老人跌倒报警腰带”项目为例，阐述基于微项目学习的信息科技实验教学设计思路。

微项目学习的流程

微项目学习的核心是设计可行的驱动性任务。驱动性任务的设计要以信息科技学科知识的理解、应用以及迁徙为目标，体现信息科技核心素养，贴合真实社会情境，以解决日常生活中真实存在的痛点问题为基本要求，将抽象的难以理解的学科知识转换成为一个个具体的微项目探究。以“老人跌倒报警腰带”项目为例，采用微项目学习的课堂流程设计如下页图1所示。通过深入分析调研真实生活情境，立足生活实际问题，明确项目目标，针对真实问题，提出解决猜想，通过实验探究，验证解决猜想，将发现的问题进一步优化完善，最终实现项目的拓展与完善。

微项目学习模式下的实验教学设计过程

1.设计背景

（1）教学内容分析

本课的内yoFholi1PBHNcD6y5NDFfA==容是根据初中信息技术八年级下册第四单元活动2物联网络连万物演化而来，对标初中信息科技实验教学基本目录中的物联网实践与探索模块。为解决老人独自居住或行动不便，不慎摔倒后难以及时就医导致终身卧床或各种事故的社会痛点问题，依托为老人制作跌倒报警腰带的项目目标，通过一系列的实验探究，培养学生运用信息科技解决实际问题的能力。

（2）学生学情分析

本节课面向八年级无人机社团的学生开展，通过之前的学习，他们知道加速度传感器，具备本节课程所需要的程序编写以及硬件搭建能力，他们思维活跃，有很强的自主学习和实践动手能力，具有强烈的探知欲和好奇心。

（3）课程教具准备

本节课所用到的教具有三轴加速度传感器、Arduino主控板、OLED显示屏、按键开关模块以及掌控板。

（4）课程教学目标

①通过使用加速度传感器实现跌倒检测，了解传感器的原理，感受物联网给人们生活带来的改变。

②通过增加传感器的翻转检测，消除上下楼梯对传感器检测跌倒的影响，提高腰带检测跌倒的准确性，解决实际问题。

③通过选择图形、数字或数值范围的方式显示加速度，让实验数据可视化，探究信息科技支持数字化学习的新方法、新模式。

④合理使用技术，为老人制作跌倒报警腰带，培养科学严谨的学习态度和关爱特殊群体的社会责任。

（5）课程教学重难点

重点：了解传感器的原理，使用加速度传感器实现跌倒检测。

难点：探究跌倒检测准确性的影响因素，完善跌倒报警腰带的功能。

2.项目设计主题

大数据显示，跌倒是我国伤害死亡位列第四的原因，而在65岁以上的老年人中则为首位，除了导致死亡外，跌倒还可能会导致严重的损伤甚至是残疾，如髋骨骨折等。针对老人跌倒危害大这一问题，市场上各种产品应运而生，如居家跌倒报警器、跌倒报警手环、胸牌式跌倒救助器。经过市场调研，此类产品存在的问题是操作过于复杂不适用于老年人、检测准确性低很容易误报、多需要老人主动操作、不具备设备主动报警的功能。基于此，引入项目的探究主题——为老人制作一款跌倒报警腰带，实现跌倒检测准。

3.项目设计过程

“老人跌倒报警腰带”一课的活动流程设计如下页图2所示。

以“老人跌倒报警腰带”为项目主题，通过“为老人制作跌倒报警腰带，实现跌倒检测准”的驱动任务，引入问题：用什么来实现跌倒检测准？学生经过讨论发现，跌倒具有速度变化快、姿势多样化的特点。结合其无人机的学习经验，学生提出猜想：可以使用加速度传感器来实现跌倒检测准。

实验任务一：探究加速度传感器的原理。

实验目的：验证加速度传感器是否可以用来实现跌倒检测。

提出假设：当老人跌倒时，会出现不同方向上速度的急速变化，因此会引起加速度变化，加速度传感器可以检测出不同方向上加速度的变化。

实验方案：将加速度传感器连接至电脑，以不同的方式来移动传感器，观察电脑所显示的波形图变化。

实验器材：笔记本、Arduino IDE软件、自制实验教具（如图3）。教具采用3D打印技术，集合了加速度传感器、Arduino主控板、OLED显示屏、按键开关模块。当移动教具时，显示屏可以实时或以数值范围的方式来显示传感器所检测到的加速度数值。

实验流程：

第一步，打开Arduino IDE软件，将自制实验教具连接至电脑，前后快速移动教具，观察电脑所显示的波形图变化，得出结论：当前后快速移动传感器时，x轴上的加速度值变化较为明显。

第二步，左右快速移动教具，观察电脑所显示的波形图变化，得出结论：当左右快速移动传感器时，y轴上的加速度值变化较为明显。

第三步，上下快速移动教具，观察电脑所显示的波形图变化，得出结论：当左右快速移动传感器时，z轴上的加速度值变化较为明显。

实验结论：加速度传感器对加速度的检测是三维的，且数值存在正负值，正负值体现的是运动的方向。老人跌倒的速度变化及姿势多样化，可以使用x/y/z轴上的加速度数值来进行检测。

实验任务二：探究老人跌倒时加速度的取值范围。

实验目的：探究出加速度的取值范围为多少时可以认定老人跌倒。

提出假设：老人的日常运动会产生x/y/z轴上的加速度，当加速度大于日常活动时可以判定为老人跌倒。

实验方案：模拟老人生活中常见的运动状态，记录产生的加速度值范围。

实验器材：自制实验教具。

实验流程：分别模拟老人来回走动、蹲下起立、坐下起来、躺下起身的生活状态，多次实验，记录正常运动状态时的加速度值范围。

实验结论：日常运动会产生x/y/z三个方向上的加速度，当加速度的值大于范围最大值或小于范围最小值时可判定为跌倒。

实验任务三：探究外界因素对传感器检测加速度的影响。

实验目的：探究出可能会影响腰带检测准确性的外界因素。

提出假设：佩戴腰带的老人身高不同，不同的人佩戴腰带时传感器所在的位置不同，老人随身携带的手机会不会造成干扰？遇到上下楼梯的情况会不会影响检测结果？

实验器材：自制实验教具。

实验流程：分组进行实验探究，高度组将传感器佩戴在不同的高度，多次实验记录数值。方位组将传感器佩戴在腰的不同位置进行观察，多次实验记录数值。手机组将携带手机以及未携带手机的教具所检测到的加速度数值进行对比，多次实验记录数值。楼梯组通过模拟真实的上下楼梯情境，多次实验记录数值。

实验结论：只有上下楼梯产生了传感器自身的震动会对检测结果产生影响。

4.项目优化拓展

（1）项目优化

为消除上下楼梯产生传感器自身震动对腰带检测准确性的影响，学生思考讨论，当传感器正常佩戴在腰间时，z轴会垂直地面，受到重力影响z轴的值会始终大于0.7，但是当老人摔倒以后，z轴不再垂直地面，值会趋近于0。因此，可以增加z轴值的检测来验证老人是否摔倒。只有当z轴的值趋近于0且加速度的值超出了日常运动的范围时才判定为老人跌倒。

（2）项目拓展

可以考虑从以下方面进行功能优化拓展：①增加定位功能。可以根据定位功能观测老人位置的改变，若位置持续不变则可以推送信息至家人处，以便家人予以关注。②增加心率监测。实时的心率监测可以让老人了解自己的健康状况，为老人多提供一份安全保障。③增加血压监测。高血压是老人中最常见的一种慢性病，也是导致老人摔倒的罪魁祸首之一，血压的监测可以让老人自己时刻注意血压，进而减少摔倒的风险，也可以让家人时刻了解老人的身体健康状况。

反思与启示

微项目学习以项目驱动课堂，以实践探究的教学策略组织课堂，更加注重课堂活动进行中的生成性问题，可以使学生深度参与到课堂中，有助于计算思维的养成。结合课堂实践不难发现，在实验探究过程中，小组合作的分工模式，激发了学生的责任感，培养了学生的沟通能力以及团队协作精神。

参考文献：

中华人民共和国教育部.义务教育信息科技课程标准（2022年版）[S].北京：北京师范大学出版社，2022．