《互動媒體技術(shù)》校本課程的探索與實踐

　　課程開發(fā)的背景
　　《普通高中技術(shù)課程標準（實驗）》指出：技術(shù)課程具有高度的綜合性，是對學科體系的超越。它強調(diào)各學科、各方面知識的聯(lián)系與綜合運用。學生的技術(shù)學習活動不僅是已有知識與技能的綜合運用，也是新的知識與能力的綜合學習。但是通過對高中技術(shù)領域課程的分析，我們發(fā)現(xiàn)，所謂的“綜合性”看起來很美，其實不容易操作。且不要說綜合運用其他學科的知識，連技術(shù)領域課程自身都被分割為兩個彼此沒有關(guān)聯(lián)的科目——通用技術(shù)和信息技術(shù)。其中，信息技術(shù)是目前發(fā)展迅速、應用廣泛、體現(xiàn)時代發(fā)展特征的技術(shù)。通用技術(shù)是指信息技術(shù)之外的、較為寬泛的、體現(xiàn)基礎性和通用性并與專業(yè)技術(shù)相區(qū)別的技術(shù)。以目前開設的模塊來看，通用技術(shù)關(guān)注硬件，信息技術(shù)則關(guān)注軟件，二者之間缺少有效的關(guān)聯(lián)。
　　近幾年，以iPhone為代表的智能手機的流行，讓各類傳感器的應用貼近了人們的生活。2010年的上海世博會，那些由互動媒體技術(shù)構(gòu)建的光怪陸離的奇幻世界，激發(fā)了青少年的好奇心和求知欲。這讓我疑惑：傳感器編程和互動媒體技術(shù)，應該歸屬于信息技術(shù)還是通用技術(shù)？信息技術(shù)和通用技術(shù)為什么要分割？于是，我嘗試開發(fā)一門名為《互動媒體技術(shù)》的校本課程，橫跨軟件和硬件兩個領域，引導學生關(guān)注軟硬件技術(shù)的有機結(jié)合和綜合應用，成為連結(jié)通用技術(shù)和信息技術(shù)兩門課程之間的橋梁。
　　課程的內(nèi)容及目標
　　1. 課程內(nèi)容
　　“互動媒體”是“媒體”的一個數(shù)字化分支，是一種具有特殊信息傳播功能的媒介。互動媒體技術(shù)的核心內(nèi)容是傳感器技術(shù)、單片機技術(shù)、編程技術(shù)和通訊技術(shù)，涵蓋了機械學、電子學、工程學、自動控制、計算機和人工智能等領域?！痘用襟w技術(shù)》課程通過設計單片機控制電路，結(jié)合編程語言，參照科技展廳中的互動媒體作品，通過一系列的互動媒體實驗，指導學生把新奇創(chuàng)意變?yōu)楝F(xiàn)實，從而培養(yǎng)學生的技術(shù)素養(yǎng)。
　　2. 課程目標
　?。?）了解常見的傳感器和數(shù)字電路的基礎知識，能正確連接傳感器、LED和電機等模塊；了解計算機串口、并口編程的原理及方法。
　　（2）通過完整地經(jīng)歷提出設想、規(guī)劃設計、制作與實施、調(diào)試與反饋等規(guī)范化設計過程，初步掌握綜合設計的方法和技術(shù)。
　?。?）感受新技術(shù)對人類社會的重要性，激發(fā)對技術(shù)的學習興趣；培養(yǎng)問題意識和設計思想，從而全面并富有個性地發(fā)展。
　　3.教學資源
　　正如景山學校吳俊杰老師所說：“編程技術(shù)和以傳感器為核心的控制技術(shù)門檻過高，難以在中學開展?！被用襟w技術(shù)正是因為其涉及多個領域，所以在中小學中很少有人開設相關(guān)的課程。為此，在編程語言方面，我選擇了圖形化編程平臺Scratch和S4A，只要拖曳積木圖標，就可以制作出各種互動的作品，降低了編程技術(shù)門檻。而硬件平臺方面，我選擇了Arduino。由于Arduino源碼開放和價格低廉，通過淘寶網(wǎng)等途徑即可購買，因此降低硬件技術(shù)門檻和成本，讓中學生能在短時間內(nèi)理解互動媒體技術(shù)的原理，設計并完成一項互動媒體作品成為可能。
　　課程的實施
　　2011年開始，我實施了三輪《互動媒體技術(shù)》課程教學，共有60多名學生修習了這一課程。在三輪的課程實施過程中，課程方案幾經(jīng)修改，課程體系逐步完善，同時也積累了大量教學資源，課程日益成熟。目前，課程不僅擁有了一系列配套的支持軟件，還設計并購買了教學套件。該教學套件由Scratch傳感器板、Arduino Uno控制板、系列傳感器、LED燈和舵機等組成。
　　1. 教學案例
　　《互動媒體技術(shù)》課程是一門實踐性很強的課程，教學中要精講多練。我采用兩節(jié)課連上的方式，確保學生有足夠的、連續(xù)的動手實踐時間。教師不僅要加強學生對基本原理的學習，還要注意提高學生知識的廣度，注重對學生學習興趣的激發(fā)，突出綜合設計能力和動手實踐能力的培養(yǎng)。以《外界信息的獲取》一課為例，其教學流程如下：
　　教學環(huán)節(jié)一：復習導入
　　教師演示一個簡單的互動作品，學生討論其不足之處和解決方案，得出Scratch傳感器板支持的傳感器類型太少的結(jié)論，從而引出S4A和Arduino。
　　教學環(huán)節(jié)二：教學新課
　　認識S4A和Arduino，介紹S4A和Arduino的安裝以及常見傳感器類型和接口。教師演示傳感器和Arduino的連接，以及在S4A中顯示傳感器的數(shù)值。
　　教學環(huán)節(jié)三：技術(shù)試驗
　　學生安裝S4A和Arduino驅(qū)動，正確連接傳感器，并在S4A上成功顯示傳感器數(shù)值，然后選擇學習套件中的2～3個傳感器，分別研究它們在不同狀態(tài)時的數(shù)值變化，然后選擇其中一個傳感器的試驗結(jié)果填寫試驗報告單。
　　教學環(huán)節(jié)四：作品創(chuàng)作
　　教師演示溫度測量儀的編寫，重點介紹如何將傳感器信息存儲在變量中，并演示將傳感器信息可視化的思路。然后學生任選套件中的一個傳感器進行程序編寫，利用傳感器返回的數(shù)值，讓傳感器的數(shù)值可視化、形象化。
　　教學環(huán)節(jié)五：反饋和提升
　　教師選擇1～2個學生作品，展示并進行評價。然后提問：數(shù)字傳感器能不能接到模擬接口？同樣，模擬傳感器能不能接到數(shù)字接口？讓學生開展討論。
　　教學環(huán)節(jié)六：總結(jié)和作業(yè)
　　通過網(wǎng)絡，了解Arduino支持的傳感器類型，了解這些傳感器的適用范圍以及淘寶網(wǎng)上的價格。
　　2.學生作品
　　《互動媒體技術(shù)》課程主要采用作品評價法。課程分為9個專題，每個專題都要完成一個小作品，最終要完成一個互動作品的設計。在教學中，教師主要工作是引導學生學會如何去設計一個有創(chuàng)意的互動媒體作品，在設計的過程中不斷學習，不斷完善作品。學生可以模仿一些展覽館中的互動媒體作品，以低成本的方式呈現(xiàn)出來。
　　學生的創(chuàng)意是無窮無盡的：有的用紅外距離傳感器實現(xiàn)虛擬翻書效果；有的用震動傳感器制作地動儀；也有人用壓電陶瓷傳感器制作電子爵士鼓。其中，一位新疆的學生根據(jù)濕度、溫度、雨點等傳感器得到外界環(huán)境信息，然后根據(jù)信息顯示不同的風景畫，并讓風景畫中的湖面出現(xiàn)波紋，非常有趣。各種傳感器的應用讓學生的創(chuàng)意飛揚。目前已經(jīng)有10多項學生作品在市青少年科技創(chuàng)意設計大賽和青少年科技創(chuàng)新大賽中獲獎，9項作品被相關(guān)部門推薦申報國家專利。很多學生在課程結(jié)束后仍和我保持聯(lián)系，繼續(xù)完善其作品或者分享他們的新想法。
　　反思與啟示
　　《互動媒體技術(shù)》課程已經(jīng)實施了一年。從選課情況上看，課程深受學生歡迎，在所有的選修課程中，都是最早“爆滿”。從教學效果看，學生設計制作的作品新奇有趣。這些都讓我進一步認識到，在中小學中開設類似課程是非常有必要的。
　　1. 是探索創(chuàng)新人才培養(yǎng)的途徑
　　綜合就是創(chuàng)新。因為互動媒體技術(shù)是一門跨學科的綜合性的科學技術(shù)。它涉及自動控制、計算機和網(wǎng)絡技術(shù)、傳感器、人工智能、微電子技術(shù)和機械工程等多個學科領域。北京航空航天大學宗光華教授認為：“只有基于項目的工程課程，才可以塑造多學科知識交叉和綜合運用環(huán)境，將零碎知識與機械過程提升為探究世界各側(cè)面相互聯(lián)系的過程?！?br/>　　信息時代，無論是高素質(zhì)勞動者、專門人才，還是拔尖創(chuàng)新人才，技術(shù)素養(yǎng)和創(chuàng)新思維都是不可或缺的基本要素。互動媒體技術(shù)引入到中小學教學活動，有利于培養(yǎng)青少年從小對科技產(chǎn)生積極興趣，并激發(fā)創(chuàng)新思維和創(chuàng)造意識，而Scratch和Arduino大大降低了技術(shù)門檻，使中小學的學生實現(xiàn)“有技術(shù)含量的創(chuàng)新”成為可能。
　　2. 可納入中小學信息技術(shù)教育內(nèi)容
　　目前，中小學的信息技術(shù)課程主要關(guān)注文本處理、互聯(lián)網(wǎng)應用等方面，技術(shù)上仍停留在非常初級的階段。將《互動媒體技術(shù)》中的傳感器編程、智能控制等技術(shù)納入信息技術(shù)課程，可以進一步拓展信息技術(shù)課程的寬度和深度，使青少年對于信息技術(shù)有了科學的認識和較為完整的理解。Scratch和S4A雖然是圖形化編程軟件，但互動功能十分強大。利用S4A和Arduino，學生能理解互動的原理，并搭建出互動媒體作品的模型，甚至可以學習智能手機、智能家居和物聯(lián)網(wǎng)這些高新技術(shù)的知識，使課程和時代發(fā)展接軌，讓學生感覺技術(shù)不再神秘，從而產(chǎn)生興趣。
　　3. 是承載STEM教育的平臺
　　“科學、技術(shù)、工程和數(shù)學教育”（STEM education）是近期美國教育的熱點，如何在基礎教育中實施STEM教育，已經(jīng)逐漸引起我國教育專家的關(guān)注。STEM素養(yǎng)是一個多學科交叉的研究領域，強調(diào)把學生學習到的零碎知識與機械過程轉(zhuǎn)變成一個探究世界相互聯(lián)系的不同側(cè)面的過程。一個STEM課堂的特點就是，在“雜亂無章”的學習情境中強調(diào)學生的設計能力、批判性思維能力和問題解決能力。這種復雜的學習情境包含了多種學科，其問題可能涉及納米技術(shù)、生物醫(yī)學和天體生物學等學科知識，強調(diào)綜合技術(shù)的應用?！痘用襟w技術(shù)》課程以項目的形式，引導學生綜合應用技術(shù)，涵蓋了多個課程領域，是一個很好的承載STEM教育的平臺。我深信，隨著《互動媒體技術(shù)》課程的普及，對學生STEM素養(yǎng)的提升將起到很好的促進作用。
　　參考文獻
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