“師生溯源?水韻姑蘇”師生紙電路創(chuàng)意編程設(shè)計(jì)活動(dòng)

蘇州市姑蘇區(qū)教師發(fā)展中心

古城姑蘇有著2500年歷史文化，豐厚的文化是姑蘇學(xué)子獨(dú)有的資源寶庫(kù)。本活動(dòng)采用師生共同創(chuàng)作的方式，借助創(chuàng)客教育跨學(xué)科多元特性，讓學(xué)生在實(shí)際情境中掌握紙電路制作和傳感器應(yīng)用方法，學(xué)會(huì)調(diào)試編寫(xiě)程序，同時(shí)使學(xué)生深入了解姑蘇傳統(tǒng)文化，在傳承中更具自信，在創(chuàng)新時(shí)更有力量。

活動(dòng)目標(biāo)

本活動(dòng)以“師生溯源·水韻姑蘇”師生紙電路創(chuàng)意編程設(shè)計(jì)為主題，以傳承姑蘇歷史文化，發(fā)展學(xué)生創(chuàng)新技能為目標(biāo)，具體表現(xiàn)在4個(gè)方面（見(jiàn)表1）。這4個(gè)方面的目標(biāo)并不是相互獨(dú)立的，它們?cè)诨顒?dòng)過(guò)程中相互滲透、共同達(dá)成，從而形成一個(gè)完整的體系。

活動(dòng)主要內(nèi)容

“水韻姑蘇”長(zhǎng)卷的靈感源自對(duì)姑蘇傳統(tǒng)文化的熱愛(ài)，讓學(xué)生親近姑蘇文化，從中感悟歷史的厚重積淀，深挖歷史本源，結(jié)合現(xiàn)代創(chuàng)意設(shè)計(jì)，按比例創(chuàng)作22米長(zhǎng)的水韻姑蘇長(zhǎng)卷。

首先，組織各學(xué)校利用綜合實(shí)踐、社會(huì)實(shí)踐活動(dòng)，帶領(lǐng)學(xué)生走近蘇州古城墻，了解姑蘇文化，感悟歷史沉淀，并讓學(xué)生以電腦繪畫(huà)比賽的形式描繪自己眼中的姑蘇古城。

其次，精選學(xué)生優(yōu)秀作品為藍(lán)本，發(fā)動(dòng)美術(shù)教師和學(xué)生共同繪制姑蘇護(hù)城河長(zhǎng)卷的東南西北4個(gè)方位，從護(hù)城河岸視角再現(xiàn)當(dāng)下姑蘇城風(fēng)貌，并還原歷史，重現(xiàn)姑蘇八城門(mén)景象。教師指導(dǎo)學(xué)生對(duì)長(zhǎng)卷進(jìn)行裝裱，古為今用的工序，讓長(zhǎng)卷不失古樸。

第三，組織各學(xué)校教師進(jìn)行紙電路創(chuàng)意設(shè)計(jì)比賽，采用立體浮雕造型，將LED燈嵌入畫(huà)卷，安裝傳感器、機(jī)械結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)水韻姑蘇長(zhǎng)卷的立體化和動(dòng)態(tài)化，將歷史文化用技術(shù)手段直接呈現(xiàn)在畫(huà)面上。

最后，組織各校學(xué)生進(jìn)行編程設(shè)計(jì)比賽和現(xiàn)場(chǎng)展示活動(dòng)。學(xué)生根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)要求編寫(xiě)程序，實(shí)現(xiàn)用聲音、光敏、舵機(jī)、壁障、紅外線(xiàn)等控制燈的明滅，用語(yǔ)音介紹各景點(diǎn)歷史，不僅要求將聲、光、電集于一體，更要實(shí)現(xiàn)功能設(shè)計(jì)與歷史人文的融合?，F(xiàn)場(chǎng)展示時(shí)，學(xué)生需要邊演示邊講解景點(diǎn)的歷史淵源、設(shè)計(jì)思路和功能展現(xiàn)。

本活動(dòng)使學(xué)校、教師、學(xué)生三者聯(lián)動(dòng)，將姑蘇古城歷史與信息技術(shù)創(chuàng)意結(jié)合，實(shí)現(xiàn)古今融合，既是對(duì)歷史文化的重溫，也是對(duì)技術(shù)應(yīng)用的考驗(yàn)，更是對(duì)創(chuàng)新設(shè)計(jì)的展現(xiàn)。

活動(dòng)過(guò)程和步驟

活動(dòng)分5個(gè)階段實(shí)施。由于長(zhǎng)卷體量較大，實(shí)施活動(dòng)時(shí)需要選擇開(kāi)闊的場(chǎng)地，還需準(zhǔn)備彩筆、導(dǎo)電銅箔、鱷魚(yú)夾、思泰姆套件及電源、

LED燈等配套器材。

背景分析

千年光陰流轉(zhuǎn)，歲月已老，吳地依舊，水韻姑蘇的創(chuàng)作就源自對(duì)姑蘇傳承不變的初心。身處歷史文化名城，更應(yīng)利用好這一絕好的教育契機(jī)，將姑蘇精致典雅的傳統(tǒng)文化與現(xiàn)代智能的紙電路制作相結(jié)合，創(chuàng)作姑蘇古城別樣畫(huà)卷，讓姑蘇學(xué)子在創(chuàng)作過(guò)程中體會(huì)古城風(fēng)貌，在動(dòng)手實(shí)踐中感受創(chuàng)造樂(lè)趣。

資料搜集

學(xué)生通過(guò)多種方式獲取素材，并利用學(xué)過(guò)的信息技術(shù)對(duì)素材進(jìn)行篩選、加工處理?；顒?dòng)中，組織各學(xué)校帶領(lǐng)學(xué)生漫步在護(hù)城河邊，用手機(jī)、數(shù)碼相機(jī)拍照記錄下一張張城門(mén)、城墻、護(hù)城河、拱橋的照片，用電腦畫(huà)出自己眼中的姑蘇古城。學(xué)生從長(zhǎng)輩那里學(xué)習(xí)、了解更多關(guān)于姑蘇古城墻的故事;上網(wǎng)搜索、圖書(shū)查閱尋找關(guān)于蘇州古城更為久遠(yuǎn)的歷史記錄，并用文字語(yǔ)言匯總起來(lái)作為后續(xù)創(chuàng)作的素材。

環(huán)境搭建

此階段的目標(biāo)是完成姑蘇護(hù)城河全景長(zhǎng)卷圖，東西南北各1幅，城門(mén)包含其中。師生共同努力，對(duì)已有的電腦繪畫(huà)作品、網(wǎng)絡(luò)資料進(jìn)行藝術(shù)加工和整理，依東西南北4個(gè)方位，按比例繪制總長(zhǎng)22米的水韻姑蘇長(zhǎng)卷，其創(chuàng)作素材精選自?xún)?yōu)秀的學(xué)生電腦繪畫(huà)作品，并由美術(shù)教師和學(xué)生一起手繪、線(xiàn)描、上色。鮮艷的色彩，清晰的布局，即使從未踏足姑蘇，都能一覽古城的風(fēng)韻。學(xué)生還結(jié)合前期了解的歷史文化知識(shí)，在畫(huà)中復(fù)原已經(jīng)消失的姑蘇古城門(mén)，使古今融合在一張長(zhǎng)卷上，既能看到走過(guò)無(wú)數(shù)遍的萬(wàn)年橋、平門(mén)橋，又能看到已經(jīng)不復(fù)存在的葑門(mén)、蛇門(mén)。這不但是對(duì)歷史的深入了解，也是對(duì)姑蘇文化的重現(xiàn)。最后，在教師的指導(dǎo)下，學(xué)生精心挑選局條、邊條，仔細(xì)地熨燙貼合和裝裱，使畫(huà)面變得完整精致。

基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)

基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)的活動(dòng)目標(biāo)是讓學(xué)生了解紙電路的基本原理，能夠通過(guò)動(dòng)手操作，完成布線(xiàn)和裝燈;了解傳感器，掌握Ardubits傳感器和軟件環(huán)境，能夠選擇合適的傳感器點(diǎn)亮發(fā)光二極管;學(xué)習(xí)知識(shí)，掌握技能，通過(guò)計(jì)算機(jī)軟硬件設(shè)備進(jìn)行創(chuàng)意設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)各類(lèi)交互。

首先，可以通過(guò)單一紙張紙電路的學(xué)習(xí)，讓學(xué)生了解基本的紙電路設(shè)計(jì)構(gòu)成、基本繪圖設(shè)計(jì)方式、二極管發(fā)光原理、銅箔導(dǎo)電貼紙的布線(xiàn)方式，以及鱷魚(yú)夾、Ardubits核心控制器和按鈕傳感器的使用，還有Ardubits編程對(duì)于這些器材的綜合應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的交互式LED燈光效果。

其次，在學(xué)生初步完成一兩個(gè)LED燈發(fā)光控制效果后，啟發(fā)學(xué)生通過(guò)改造電路或程序，變化多樣的LED燈組合和程序控制方式實(shí)現(xiàn)豐富的燈光效果，同時(shí)借助不同的傳感器，如聲音、光線(xiàn)、紅外、溫度傳感等，啟發(fā)學(xué)生自主探究，實(shí)現(xiàn)燈光的不同交互方式。

綜合實(shí)驗(yàn)

綜合實(shí)驗(yàn)主要是讓學(xué)生結(jié)合使用紙電路和傳感器技術(shù)，進(jìn)行創(chuàng)意設(shè)計(jì)，將姑蘇護(hù)城河全景長(zhǎng)卷圖由平面變立體、由靜態(tài)變動(dòng)態(tài)，活靈活現(xiàn)。

姑蘇區(qū)教師發(fā)展中心牽頭，組織各校進(jìn)行水韻姑蘇創(chuàng)意紙電路制作的校內(nèi)選拔賽和區(qū)域總決賽。一方面通過(guò)比賽加強(qiáng)學(xué)生對(duì)紙電路制作的熟悉程度，另一方面選拔出優(yōu)秀創(chuàng)意和優(yōu)秀學(xué)生參與到最后的長(zhǎng)卷制作中來(lái)。

參加決賽的學(xué)生在各校教師的組織下，分工設(shè)計(jì)制作畫(huà)卷不同位置的紙電路，用現(xiàn)代技術(shù)、器材賦予長(zhǎng)卷新的生命力：裝上LED燈把畫(huà)面點(diǎn)亮;貼上立體浮雕造型讓畫(huà)面凸顯活力;安上傳感器讓畫(huà)面神奇交互;各種傳動(dòng)裝置，聲、光、電、馬達(dá)、滑輪、磁鐵等集于一體，讓長(zhǎng)卷真正“活”起來(lái)。

學(xué)生的藝術(shù)加工能力遠(yuǎn)超想象。他們?cè)陂L(zhǎng)卷背后巧妙利用所學(xué)串并聯(lián)電路原理為各種景觀由點(diǎn)及面地布上導(dǎo)電銅箔線(xiàn)路，并通過(guò)調(diào)試連通所有LED燈，結(jié)合所有景觀和立體浮雕形成立體的光影效果，增加畫(huà)面的層次感。當(dāng)燈光閃耀，水韻姑蘇長(zhǎng)卷美不勝收。

藝術(shù)與技術(shù)的糅合，給水韻姑蘇長(zhǎng)卷帶來(lái)的不僅是外觀上的變化，更是滿(mǎn)滿(mǎn)的“黑科技”。學(xué)生根據(jù)各自畫(huà)面的主體景致實(shí)現(xiàn)了更絕妙的創(chuàng)意。以滄浪新城第二實(shí)驗(yàn)小學(xué)戴天維同學(xué)的萬(wàn)年橋景區(qū)設(shè)計(jì)為例，紅衣男孩在萬(wàn)年橋上放風(fēng)箏，風(fēng)箏在空中上下飄動(dòng)，帶著燈光的小船在護(hù)城河上悠悠地移動(dòng)并播放著昆曲。前者的原理是通過(guò)避障感應(yīng)器，調(diào)整好編程程序，一旦遇到障礙物就能觸發(fā)啟動(dòng)馬達(dá)，馬達(dá)的轉(zhuǎn)速快慢控制風(fēng)箏線(xiàn)的滾動(dòng)速度，從而調(diào)節(jié)風(fēng)箏上升的速度;后者利用磁條的吸力，通過(guò)一組齒條帶動(dòng)齒輪左右移動(dòng)，再通過(guò)畫(huà)面背面的磁條帶動(dòng)正面的船左右移動(dòng)，呈現(xiàn)小船劃動(dòng)的效果。還有學(xué)生使用舵機(jī)控制打開(kāi)相門(mén)，干將莫邪鑄劍的場(chǎng)景呈現(xiàn)其中。

不少學(xué)生的創(chuàng)作來(lái)源于生活和實(shí)驗(yàn)，他們的想法和設(shè)計(jì)也得到了大家的贊許?！拔覀?cè)谶@里還設(shè)計(jì)了二維碼，大家通過(guò)用手機(jī)掃一掃，就可以觀看盤(pán)門(mén)三景的視頻介紹。這樣既美觀又包含知識(shí)性?！?/p>

活動(dòng)成果

師生溯源，姑蘇長(zhǎng)卷合力而成師生攜手創(chuàng)作了長(zhǎng)達(dá)22米、按真實(shí)比例縮放的姑蘇長(zhǎng)卷畫(huà)，動(dòng)態(tài)呈現(xiàn)古城風(fēng)貌，為大眾了解姑蘇歷史文化提供了平臺(tái)。

做中習(xí)得，解決問(wèn)題能力自然提升很多知識(shí)技能的學(xué)習(xí)只有在問(wèn)題解決的過(guò)程中才能進(jìn)一步加深印象。在紙電路設(shè)計(jì)過(guò)程中，學(xué)生要充分利用所學(xué)的電學(xué)知識(shí)、智能硬件知識(shí)、編程設(shè)計(jì)技能，解決一系列實(shí)際問(wèn)題。在水韻姑蘇整體畫(huà)作創(chuàng)作過(guò)程中，學(xué)生真正從實(shí)際出發(fā)引出問(wèn)題，產(chǎn)生需求，體驗(yàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)、解決問(wèn)題的全過(guò)程。學(xué)生以學(xué)校小組為單位，積極交流，按照“觀察問(wèn)題現(xiàn)象—分析現(xiàn)狀原因—討論解決方案”的思路，一步步理清問(wèn)題解決方案的整體設(shè)計(jì)思路，培養(yǎng)綜合應(yīng)用所學(xué)知識(shí)解決問(wèn)題的能力。

熔古鑄今，姑蘇STEAM項(xiàng)目創(chuàng)新生成本次活動(dòng)培養(yǎng)了學(xué)生運(yùn)用信息技術(shù)進(jìn)行創(chuàng)意設(shè)計(jì)的創(chuàng)新實(shí)踐能力。在紙電路設(shè)計(jì)中，飽含了學(xué)生對(duì)于作品的創(chuàng)意設(shè)計(jì)靈感，而這種靈感又是基于對(duì)信息技術(shù)、人工智能技術(shù)等現(xiàn)代新技術(shù)的綜合應(yīng)用所形成的。由于紙電路和開(kāi)源軟硬件的技術(shù)門(mén)檻較低，對(duì)于學(xué)生來(lái)說(shuō)是易于上手、便于實(shí)現(xiàn)的項(xiàng)目任務(wù)，這樣就給學(xué)生留足了創(chuàng)新想象的空間。學(xué)生根據(jù)畫(huà)面特定的富有文化的主題尋找創(chuàng)新亮點(diǎn)，既要展現(xiàn)傳統(tǒng)文化的內(nèi)涵，又要充分發(fā)揮新技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。這些創(chuàng)意在長(zhǎng)卷上交匯融合，形成了具有姑蘇地域特色的STEAM創(chuàng)新項(xiàng)目。

靈感生成，無(wú)數(shù)創(chuàng)意長(zhǎng)卷中呈現(xiàn)在長(zhǎng)卷的創(chuàng)作過(guò)程中，學(xué)生的創(chuàng)意總能給人驚喜。他們?cè)诹私夤锰K歷史的基礎(chǔ)上，用大膽的創(chuàng)意和靈巧的雙手把自己學(xué)到的、看到的、聽(tīng)到的姑蘇展現(xiàn)出來(lái)。小小想法，點(diǎn)亮的不僅是畫(huà)面，更是不斷學(xué)習(xí)探索的熱情。

活動(dòng)總結(jié)

本活動(dòng)共有27個(gè)參賽隊(duì)，60余名學(xué)生現(xiàn)場(chǎng)參與設(shè)計(jì)，1000多人在線(xiàn)觀看視頻直播，并在媒體上進(jìn)行宣傳，取得了一定的影響力。學(xué)生在本次實(shí)踐活動(dòng)中，重新拾起了姑蘇古城歷史文化，通過(guò)紙電路的制作，掌握了一定的電路知識(shí)，培養(yǎng)了動(dòng)手操作能力。將傳感器與紙電路相連接，實(shí)現(xiàn)了用智能方法控制LED燈的開(kāi)關(guān)，也是學(xué)生接觸人工智能的初級(jí)階段。

今后將思考如何把更多的姑蘇元素、傳統(tǒng)元素與創(chuàng)客和人工智能相結(jié)合，讓更多姑蘇學(xué)子在努力學(xué)習(xí)前沿技術(shù)的同時(shí)，不忘歷史，延續(xù)文脈。

（本實(shí)踐活動(dòng)指導(dǎo)教師：凌秋虹、鄒泓、錢(qián)品花）