項(xiàng)目學(xué)習(xí)理念下Arduino與3D打印融合的教學(xué)實(shí)施

郭江浩　于松軍　傅師睿　張乾

【摘 要】本文從項(xiàng)目學(xué)習(xí)理念出發(fā)，提出將Arduino應(yīng)用與3D打印融合進(jìn)行教學(xué)實(shí)踐，實(shí)現(xiàn)3D打印作品的智能化轉(zhuǎn)變，并通過具體項(xiàng)目的選擇、設(shè)計(jì)、實(shí)施，來驗(yàn)證其可行性。

【關(guān)鍵詞】項(xiàng)目學(xué)習(xí);Arduino;3D打印

一、問題的提出

當(dāng)前，3D打印教學(xué)在中小學(xué)廣泛開展，學(xué)校以社團(tuán)和興趣小組的形式開展3D打印的教學(xué)實(shí)踐。在研究的層面，主要體現(xiàn)在3D打印與學(xué)科融合的研究，校本課程開發(fā)的研究等，在實(shí)踐層面，主要是引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)、打印一些簡單的模型。這些固然能夠讓學(xué)生學(xué)習(xí)3D建模、3D打印，但是，目前社會(huì)已經(jīng)迎來人工智能時(shí)代，智能化已經(jīng)成為創(chuàng)客技術(shù)的主流。實(shí)現(xiàn)3D打印作品的智能化，不僅能夠使作品發(fā)揮更大的實(shí)用價(jià)值，更能讓學(xué)生學(xué)習(xí)和接觸到更多的創(chuàng)客技術(shù)，提升信息化創(chuàng)新素養(yǎng)。

二、核心概念概述

（一）項(xiàng)目學(xué)習(xí)

項(xiàng)目學(xué)習(xí)主要是指學(xué)生們圍繞一個(gè)主題或者項(xiàng)目，通過合作開展學(xué)習(xí)、研究、分析、創(chuàng)作、展示、評價(jià)等學(xué)習(xí)活動(dòng)。[1]具體說，項(xiàng)目學(xué)習(xí)就是由選定項(xiàng)目、制定計(jì)劃、活動(dòng)探究、作品制作、成果交流與評價(jià)幾部分組成。

（二）Ardunio

Arduino是一款方便、智能的開源電子硬件項(xiàng)目。它包含硬件（Arduino電路板）和軟件件（Mind+），通過連接各種傳感器和功能模塊，借助PC上的軟件進(jìn)行可視化編程，實(shí)現(xiàn)智能的感知、識(shí)別、處理等功能功能。[2]

三、基于Ardunio的“3D打印智能課程表”項(xiàng)目學(xué)習(xí)案例

（一）選定項(xiàng)目

課程表是學(xué)生在校學(xué)習(xí)的進(jìn)程安排表，初中學(xué)生對課程表非常熟悉，因此，選定“智能化課程表”作為3D打印智能化課程的一個(gè)項(xiàng)目。智能化課程表放在教室學(xué)生的旁邊，能夠按時(shí)提醒學(xué)生每節(jié)課的課程，使學(xué)生能夠在課前快速預(yù)習(xí)下節(jié)課的內(nèi)容。

智能化課程表主要由兩部分組成，一部分是課程表的外部模型和框架，這一部分涉及到3D打印的建模與打印;另一部分是課程表的核心，借助Arduino開源平臺(tái)實(shí)現(xiàn)智能控制。

（二）制定計(jì)劃

學(xué)生要學(xué)會(huì)制作智能課程表，需要掌握3D建模與打印技術(shù)以及Arduino的編程技術(shù)，了解智能課程表的結(jié)構(gòu)組成，分析各部分之間的關(guān)系，了解傳感器的功能與連接方法，理解其工作原理，設(shè)計(jì)出制作流程，還需要教師引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行系統(tǒng)化探究學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)。

（三）活動(dòng)探究

依據(jù)智能課程表的功能，進(jìn)行探究活動(dòng)的設(shè)計(jì)，根據(jù)“建立小組-提出問題-引導(dǎo)學(xué)生假設(shè)和猜想-團(tuán)隊(duì)合作-探究與設(shè)計(jì)-實(shí)驗(yàn)與分析-可行性評估-展示成果”流程進(jìn)行活動(dòng)的探究。

探究活動(dòng)1：探究智能課程表所需的主板、傳感器，以及傳感器的連線方法、編程方法，參數(shù)設(shè)置等。

探究活動(dòng)2：探究智能課程表模型外觀、大小，及3D建模方法等。

通過兩個(gè)探究活動(dòng)，得出智能課程表所需主板、傳感器，以及傳感器的連線方法、編程方法、參數(shù)設(shè)置、模型的設(shè)計(jì)草圖、建模方法等，得出了智能課程表的制作流程、調(diào)試方法。

（四）作品制作

兩組學(xué)生通過多次探究，分別探究出了合理、高效的智能課程表制作流程和調(diào)試方法，制作出智能課程表的流程。在調(diào)試過程中，學(xué)生運(yùn)用時(shí)鐘控制器對顯示屏和功放喇叭的控制進(jìn)行分析研究，總結(jié)出智能課程表控制系統(tǒng)的原理。

（五）活動(dòng)評價(jià)

智能課程表項(xiàng)目采用過程性評價(jià)和總結(jié)性評價(jià)相結(jié)合的評價(jià)方案。過程性評價(jià)包含對學(xué)習(xí)態(tài)度及組織合作、搜集信息、發(fā)現(xiàn)問題、解決問題、創(chuàng)新創(chuàng)造、反思總結(jié)等能力評價(jià)。過程性評價(jià)在整個(gè)評價(jià)中占據(jù)大部分位置。總結(jié)性評價(jià)包含作品質(zhì)量和功能目標(biāo)兩部分，以提高學(xué)生成就感為基礎(chǔ)，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性為重點(diǎn)。

四、總結(jié)與反思

（一）項(xiàng)目選擇立足于興趣化、生活化、合作化

興趣是最好的老師。項(xiàng)目具有趣味性可以調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性、主動(dòng)性，這是完成項(xiàng)目的先決條件。只有服務(wù)于生活的項(xiàng)目才是有價(jià)值的項(xiàng)目，選擇的項(xiàng)目只有源于生活，又服務(wù)于生活，才能讓學(xué)生體驗(yàn)創(chuàng)造價(jià)值的樂趣。在制作過程中合理地對組內(nèi)人員進(jìn)行分工，分工注重發(fā)揮學(xué)生個(gè)體特長優(yōu)勢，這樣能夠提升學(xué)生綜合創(chuàng)新能力和合作探究能力。

（二）學(xué)生為主、教師為輔動(dòng)態(tài)調(diào)控進(jìn)程

計(jì)劃的制訂是智能課程表項(xiàng)目成敗的關(guān)鍵因素。在學(xué)生合作進(jìn)行方案制定前，教師要對智能課程表項(xiàng)目進(jìn)行知識(shí)梳理，對項(xiàng)目進(jìn)行合理分解，讓學(xué)生對項(xiàng)目問題有深入認(rèn)識(shí)，有針對性地制定計(jì)劃。學(xué)生在進(jìn)行計(jì)劃的制訂時(shí)，教師要給予指導(dǎo)，指導(dǎo)并不是代替，而是遞進(jìn)式地逐步引導(dǎo)學(xué)生完成。計(jì)劃制訂后教師要進(jìn)行反饋、評價(jià)、引導(dǎo)，并及時(shí)調(diào)整計(jì)劃方案。在計(jì)劃實(shí)施時(shí)，指導(dǎo)學(xué)生分解任務(wù)，采用分工與協(xié)作并行解決出現(xiàn)的問題。

（三）加強(qiáng)活動(dòng)探究的過程管理

活動(dòng)探究是學(xué)生學(xué)的核心環(huán)節(jié)，通過探究能夠提高學(xué)生的思考、動(dòng)手、創(chuàng)新能力?；顒?dòng)之前教師要對活動(dòng)的目標(biāo)有清晰的認(rèn)識(shí)，對出現(xiàn)的問題進(jìn)行預(yù)測，對活動(dòng)的流程進(jìn)行優(yōu)化。加強(qiáng)活動(dòng)探究的過程管理，包括小組的建立、問題的指導(dǎo)、團(tuán)隊(duì)的溝通、作品的設(shè)計(jì)等;并對實(shí)踐活動(dòng)的質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)控，使得整個(gè)活動(dòng)在可控的范圍內(nèi)。在調(diào)試環(huán)節(jié)指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行迭代的調(diào)試方法，使作品調(diào)試到最優(yōu)狀態(tài)。

（四）科學(xué)的、綜合的實(shí)踐活動(dòng)評價(jià)

“智能課程表項(xiàng)目”采用過程性評價(jià)和終結(jié)性評價(jià)相結(jié)合。過程性評價(jià)采用維度評價(jià)，在評價(jià)形式上采用教師評價(jià)、小組評價(jià)和自評的方式;制作綜合性的評價(jià)量表有利于學(xué)生對學(xué)習(xí)目標(biāo)的理解，也對實(shí)踐的過程更加重視;依據(jù)評價(jià)量表的標(biāo)準(zhǔn)能夠?qū)ψ髌愤M(jìn)行不斷完善，提高作品的質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

[1]黃純國，殷常鴻.信息技術(shù)環(huán)境下的項(xiàng)目學(xué)習(xí)研究[J].中國電化教育，2007（05）.

[2]劉偉，莊達(dá)民，柳忠起.人機(jī)界面設(shè)計(jì)[M].北京：北京郵電大學(xué)出版社，2011.