創(chuàng)客教育背景下 小學(xué)項目式學(xué)習(xí)的設(shè)計與實踐

王珍真

創(chuàng)客教育融合多種學(xué)科知識，集數(shù)字化教學(xué)、創(chuàng)新教育、體驗式教育和項目式學(xué)習(xí)于一體，培養(yǎng)師生創(chuàng)客的綜合實踐能力和創(chuàng)新設(shè)計能力，并不斷將學(xué)生引向更深入的學(xué)習(xí)。如何在小學(xué)階段進(jìn)一步推廣普及創(chuàng)客教育？基于學(xué)校學(xué)情的項目式學(xué)習(xí)是最直接有效的方法，并從核心素養(yǎng)的角度把握課程開發(fā)的方向。筆者所在學(xué)校項目式學(xué)習(xí)的總目標(biāo)是，讓學(xué)生在已經(jīng)學(xué)會三維建模技術(shù)的基礎(chǔ)上，繼續(xù)學(xué)習(xí)Arduino編程，體驗從外形設(shè)計到內(nèi)部功能實現(xiàn)的過程，促進(jìn)科學(xué)、數(shù)學(xué)、設(shè)計、工程、藝術(shù)等方面的知識拓展，解決實際問題，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，提升學(xué)生的規(guī)劃能力，鍛煉學(xué)生的動手能力。精心設(shè)計的創(chuàng)客項目是項目式學(xué)習(xí)的載體，項目式學(xué)習(xí)的教學(xué)設(shè)計在不同的階段需要不同的教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)策略。下面，筆者以《3D打印制作懶人花盆》課程為例，講講如何進(jìn)行小學(xué)項目式學(xué)習(xí)課程實施。

● 項目準(zhǔn)備階段

造物內(nèi)容強(qiáng)調(diào)探究內(nèi)容的意義性和真實性，以及學(xué)生在情境中學(xué)習(xí)的重要性。只有在真實情境或貼近真實情境中開展意義學(xué)習(xí)，才更能促進(jìn)學(xué)生對所學(xué)內(nèi)容進(jìn)行意義建構(gòu)和知識遷移。真實情景下的問題涉及多學(xué)科知識，將真實問題作為項目式學(xué)習(xí)的出發(fā)點，有利于引導(dǎo)學(xué)生分析問題、解決問題以及反思問題，以此促進(jìn)學(xué)生問題解決能力發(fā)展。頭腦風(fēng)暴是培養(yǎng)創(chuàng)新思維的有效方法，組內(nèi)成員結(jié)合生活實際以及書籍網(wǎng)絡(luò)尋找方案，將大量的全新構(gòu)思加入到設(shè)計中，在討論過程中碰撞，通過對可行性進(jìn)行一一分析、記錄、排雜，最終確定具有可行性并有價值的設(shè)計方案。

例如，當(dāng)代都市白領(lǐng)工作繁忙卻又不失生活中的小情趣，會在家中或辦公室栽種綠植。但因疏于照料，植物缺乏光照或澆水，這樣下去植物極易枯萎。因此，急需設(shè)計一款桌面級花盆，這樣的花盆不僅外觀優(yōu)雅，令人賞心悅目，而且也能解決以上問題。

如表1所示，整合問題1和問題2得出的主要問題是自動給植物澆灌適量的水。綜合兩項可行性方案，得到聯(lián)合方案：使用傳感器、水泵、蜂鳴器等硬件設(shè)備，結(jié)合程序設(shè)計，根據(jù)土壤含水量，實現(xiàn)自動提醒，控制澆水的頻率和水量。除此之外，使用光敏傳感器，利用光敏數(shù)據(jù)控制燈的亮滅，在光線微弱的情況下，能為植物提供更多光照。

● 合作探究階段

通過頭腦風(fēng)暴已經(jīng)得出最具有可行性的實施方案，提取出對應(yīng)的電子元件，從而確定使用的方法，明確相應(yīng)技術(shù)要領(lǐng)，為接下來的程序設(shè)計提供思路與方向。

了解了元件功能，就進(jìn)入程序編寫環(huán)節(jié)，它是實現(xiàn)造物智能化的關(guān)鍵點，造物需使用相關(guān)程序指令調(diào)動傳感器和其他電子元件。經(jīng)過第一階段的學(xué)習(xí)，各項目組學(xué)生已經(jīng)嘗試了不同電子元件的連接方式、代碼編寫范式。面對實際問題，學(xué)生可以根據(jù)需求，分析實現(xiàn)原理，將需使用的子部件代碼進(jìn)行有序結(jié)合，反復(fù)調(diào)試。在這個過程中，不僅要實現(xiàn)程序與需求完美結(jié)合，更重要的是提高學(xué)生的編程及綜合運(yùn)用能力。

學(xué)生具備較強(qiáng)的三維設(shè)計能力，能夠根據(jù)所學(xué)知識，針對實際任務(wù)，計算相關(guān)結(jié)構(gòu)的尺寸，熟練地設(shè)計出基本模型，再結(jié)合實際數(shù)據(jù)和硬件要求，反復(fù)討論并修改，最終完成合理有效的設(shè)計并打印。

使用電子元件需要知曉其工作環(huán)境和工作特性，以及不同元件之間如何聯(lián)系，教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生通過網(wǎng)絡(luò)查找資料，結(jié)合科學(xué)知識繪制合適的電路圖，并填寫有關(guān)電子元件功能、特性的記錄表（如表2）。

在編寫完整程序之前，首先學(xué)生需要掌握每個電子元件使用過程中的子代碼，如土壤濕度傳感器數(shù)據(jù)讀取（程序代碼及元件拼接如圖1），在沒有水的環(huán)境下，土壤濕度傳感器讀取到的數(shù)據(jù)為1023，有水環(huán)境時讀數(shù)為29，且不受水溫影響。

各項目組學(xué)生通過討論分析得出“土壤濕度控制抽水泵開關(guān)的原理”，經(jīng)歷了“需求分析—編寫程序—調(diào)試運(yùn)行”，即計算機(jī)解決問題的全過程，掌握了程序編寫的方法，最終編寫出土壤濕度控制抽水泵的程序代碼（如圖2）。

在設(shè)計整體造型時，首先要考慮電子元件的安置。在設(shè)計整體造型的過程中，燈能夠給植物提供光照，光敏傳感器、土壤濕度傳感器（部分組件）隱藏在結(jié)構(gòu)內(nèi)部，并且留有存放UNO主控板的空間，成為主要任務(wù)。針對要求，某項目組的學(xué)生在討論中制訂了多種方案，并繪制出設(shè)計草圖（如上頁圖3）。

上述規(guī)劃各有優(yōu)缺點，經(jīng)過系統(tǒng)的可行性分析，該項目組選定了略簡單但隱秘性和拓展性強(qiáng)的造型（如上頁圖4），并由三維建模負(fù)責(zé)成員熟練地進(jìn)行模型設(shè)計，以保障打印出最優(yōu)的數(shù)字模型。

● 迭代改進(jìn)階段

在造物內(nèi)容的實施過程中，最后的展示評價環(huán)節(jié)尤為重要。各項目組成員需要將軟硬件組裝起來，將三維設(shè)計打印模型和UNO主控板、傳感器等電子元件搭建成真正能解決問題的產(chǎn)品。不同項目組成員在交流作品時，沿著“明確問題—設(shè)計方案—原理搭建—編寫程序—三維建?！煳飳崿F(xiàn)”進(jìn)行分享，包括制作過程中遇到的棘手難題，利用網(wǎng)絡(luò)、查閱書籍或?qū)で罄蠋煄椭确椒ń鉀Q。在介紹項目實現(xiàn)的過程中，分享者不僅提高了語言組織能力，還能收獲其他學(xué)生及教師的認(rèn)可，收獲更多的建議。例如，前述項目組整理收到的建議（如表3），再一次進(jìn)行可行性分析，將其運(yùn)用到造物過程中，不斷優(yōu)化。

根據(jù)其他學(xué)生集體的建議，該項目組的成員將花盆設(shè)計方案做了修改，重新設(shè)計制作，得到“懶人花盆二代”（如圖5）。

● 總結(jié)與反思

在創(chuàng)客教育中，學(xué)習(xí)問題來源于生活，學(xué)生具有更持續(xù)性的學(xué)習(xí)興趣。造物內(nèi)容的實踐激發(fā)了學(xué)生的自主探究興趣，提高了問題意識。在項目式學(xué)習(xí)的實踐中，學(xué)生充分發(fā)揮內(nèi)在潛力，每位學(xué)生都能夠根據(jù)情景，提出不同的思路去解決問題，成員間互相溝通整合，最后按照可行性最高的設(shè)計思路進(jìn)行探究與制作。通過這樣的學(xué)習(xí)方式，促使學(xué)生養(yǎng)成了綜合應(yīng)用數(shù)學(xué)、科學(xué)、藝術(shù)等學(xué)科知識解決問題的意識，提升了學(xué)生的團(tuán)隊意識。

對于教師來說，關(guān)注點從講授知識點轉(zhuǎn)向了提升學(xué)生的思維能力。在項目式學(xué)習(xí)中，沒有標(biāo)準(zhǔn)答案，每一位學(xué)生都能夠大膽地提出個人的思考和解決問題的方法。教師不再將教授知識作為造物實踐中的重點，而是將每個環(huán)節(jié)參與的主體地位還給學(xué)生，教師的角色也從教授者轉(zhuǎn)換為課程活動的組織者。

對于課程來說，信息技術(shù)核心素養(yǎng)得到了真正落實：創(chuàng)意思維的實物化可以增強(qiáng)學(xué)生的空間想象能力，提升學(xué)生的創(chuàng)新素養(yǎng);趣味教學(xué)情境的帶入，助力學(xué)生主動樹立學(xué)習(xí)意識、培養(yǎng)探究精神;實際生活檢驗的學(xué)習(xí)成果，促使理論與實際相結(jié)合，引導(dǎo)學(xué)生在檢驗中獲得新知識和技能;多元多維的評價單元，激發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)造能力，培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新意識。