開源硬件項(xiàng)目中培養(yǎng)學(xué)生信息技術(shù)素養(yǎng)

蘭穎

摘要：如何在開源硬件項(xiàng)目中培養(yǎng)學(xué)生的信息學(xué)科素養(yǎng)，成為當(dāng)前信息技術(shù)教學(xué)迫切需要解決的問題。筆者從開源硬件項(xiàng)目設(shè)計(jì)課程入手，在教學(xué)實(shí)踐中提煉培養(yǎng)學(xué)生信息意識(shí)、計(jì)算思維、創(chuàng)新能力和信息社會(huì)責(zé)任的策略及方法，從而培養(yǎng)學(xué)生的信息技術(shù)核心素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：核心素養(yǎng)? ?信息意識(shí)? ?計(jì)算思維? ?創(chuàng)新能力? ?信息社會(huì)責(zé)任

隨著創(chuàng)客教育、STEAM教育等新教育模式的應(yīng)用，著力提升學(xué)生的信息技術(shù)核心素養(yǎng)、促進(jìn)學(xué)生的全面發(fā)展成為信息技術(shù)學(xué)科的重要目標(biāo)?；诖?，高中信息技術(shù)新課標(biāo)中設(shè)立了“開源硬件項(xiàng)目設(shè)計(jì)”選擇性必修模塊，以引導(dǎo)學(xué)生創(chuàng)新，提高學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐的水平。如何在開源硬件項(xiàng)目的實(shí)際教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的信息素養(yǎng)成為教師探究的重點(diǎn)。

經(jīng)課堂實(shí)踐觀察和現(xiàn)狀調(diào)查發(fā)現(xiàn)，目前很多中小學(xué)也在逐漸開設(shè)類似“開源硬件項(xiàng)目設(shè)計(jì)”模塊的課程，但由于教學(xué)方法比較陳舊，教師缺乏經(jīng)驗(yàn)，缺乏指導(dǎo)，課程往往成為教師演示和學(xué)生模擬的操練課，學(xué)生并未完成真正意義上的探究學(xué)習(xí)，這不僅與“開源硬件項(xiàng)目設(shè)計(jì)”模塊的培養(yǎng)理念不符，也不能真正提高學(xué)生的信息學(xué)科素養(yǎng)。由此特別需要科學(xué)的方法和策略對(duì)高中信息技術(shù)教師開展“開源硬件項(xiàng)目設(shè)計(jì)”模塊教學(xué)進(jìn)行引導(dǎo)。因此，結(jié)合本校開源硬件校本課程教學(xué)，筆者開展了高中階段開源硬件項(xiàng)目培養(yǎng)學(xué)生信息學(xué)科素養(yǎng)的實(shí)踐研究工作，提出了以下幾項(xiàng)策略以提升學(xué)生信息技術(shù)核心素養(yǎng)。

一、讓學(xué)生認(rèn)識(shí)開源硬件對(duì)信息技術(shù)創(chuàng)新的意義

信息意識(shí)可以簡單理解為對(duì)信息和信息技術(shù)的敏感度、價(jià)值判斷力及選擇信息技術(shù)解決問題的能力。

從信息的獲取、加工、管理等方面可以將信息意識(shí)劃分為信息需求意識(shí)、信息選擇意識(shí)、信息加工意識(shí)和信息管理意識(shí)。于是，在開源硬件項(xiàng)目設(shè)計(jì)過程中可以有以下幾種培養(yǎng)學(xué)生信息意識(shí)的策略：

（一）提供豐富的學(xué)習(xí)資源，培養(yǎng)信息需求及選擇意識(shí)

在項(xiàng)目設(shè)計(jì)的過程中，提供盡可能多的材料與信息資源，讓學(xué)生可以有目的地選擇需要的、合適的進(jìn)行探究，培養(yǎng)學(xué)生的信息需求及選擇意識(shí)。

如在項(xiàng)目“智能晾衣架”的制作過程中，筆者給學(xué)生提供了若干材料：木頭、塑膠板、熱熔膠槍、電焊、膠棒、有機(jī)玻璃板、激光切割機(jī)、3D打印機(jī)等。學(xué)生能夠根據(jù)自己的設(shè)計(jì)構(gòu)想有意識(shí)地選擇自己需要的材料及工具。

（二）創(chuàng)設(shè)需求情境，培養(yǎng)信息加工意識(shí)

為培養(yǎng)學(xué)生主動(dòng)加工信息的意識(shí)，可以為學(xué)生創(chuàng)設(shè)發(fā)現(xiàn)問題、產(chǎn)生信息加工需求的情境，從而讓他們選擇合適的數(shù)字化工具對(duì)信息進(jìn)行加工。

如在制作智能門鈴中，教師可以設(shè)置以下情境：門鈴是通過聲音通知有人來訪，如果主人聽力不太好，這樣的情況該怎么解決？此時(shí)，同學(xué)們會(huì)開發(fā)思維，設(shè)想各種解決問題的辦法。如有的同學(xué)選擇增加一個(gè)LED燈，有的同學(xué)設(shè)計(jì)增加舵機(jī)模塊。根據(jù)創(chuàng)設(shè)的情景，學(xué)生設(shè)計(jì)不同的方案進(jìn)行信息加工，不僅選擇不同的硬件，也要選擇合適的編程軟件完成加工，從而實(shí)現(xiàn)自己的設(shè)計(jì)。通過創(chuàng)設(shè)不同的情境，激發(fā)學(xué)生信息加工的欲望，在設(shè)計(jì)不同的加工方案中提高他們的信息意識(shí)。

二、綜合運(yùn)用多學(xué)科知識(shí)在項(xiàng)目實(shí)施過程中提升計(jì)算思維

計(jì)算思維是指運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)概念進(jìn)行問題求解、系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及人類行為理解的一系列思維活動(dòng)。而開源硬件項(xiàng)目教育的理念恰恰是讓學(xué)生在綜合運(yùn)用多學(xué)科知識(shí)進(jìn)行作品的創(chuàng)意、設(shè)計(jì)、制作、測試、運(yùn)行的過程中，形成以信息技術(shù)學(xué)科方法觀察事物和求解問題的能力，從而在作品完成的每個(gè)步驟中逐步提升計(jì)算思維，培養(yǎng)層次如下：

1.通過剖析作品實(shí)例，讓學(xué)生體驗(yàn)完整的項(xiàng)目流程，從而能將一般流程應(yīng)用于實(shí)際項(xiàng)目中;

2.引導(dǎo)學(xué)生分析事物特征，從而設(shè)計(jì)出符合事物特性的開源硬件作品，并且能有條理地安排作品各組成部分的功能及它們之間的關(guān)系;

3.鼓勵(lì)學(xué)生根據(jù)作品設(shè)計(jì)方案，選擇合適的材料、工具等實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的輸入、處理和輸出;

4.通過模塊化編程將邏輯結(jié)構(gòu)表達(dá)出來，從而實(shí)現(xiàn)作品功能。

三、開放式作品設(shè)計(jì)過程中發(fā)展學(xué)生的創(chuàng)新能力

培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，就要讓他們思想清晰、靈活和有獨(dú)創(chuàng)性，對(duì)新的以及不一樣的東西能保持接受的態(tài)度，并在行動(dòng)上愿意去冒險(xiǎn)，對(duì)于構(gòu)想或事情的細(xì)節(jié)有審美和敏感的特質(zhì)。所以我采用的策略如下：

1.讓學(xué)生以實(shí)例為依托學(xué)習(xí)新的知識(shí)，在學(xué)生掌握學(xué)習(xí)內(nèi)容的基礎(chǔ)上，鼓勵(lì)他們進(jìn)行創(chuàng)新性應(yīng)用。如舵機(jī)的常規(guī)用途是操控設(shè)備，如機(jī)械臂、機(jī)器人行走、開門裝置等都要用到舵機(jī)，同學(xué)們都已經(jīng)能夠熟練掌握，于是讓大家開動(dòng)腦筋創(chuàng)設(shè)出舵機(jī)不一樣的用途？

在實(shí)例剖析的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)一些開放性的任務(wù)，給予學(xué)生充分的想象與創(chuàng)新空間。在學(xué)生對(duì)開源硬件設(shè)備及arduino等資源能根據(jù)需求選擇與應(yīng)用的基礎(chǔ)上，設(shè)置一些開放性的合作任務(wù)，讓學(xué)生組成小組共同協(xié)作完成。

課題：制作一個(gè)適用于老年人的智能裝置，為老年人生活提供方便。

學(xué)生充分發(fā)揮創(chuàng)意，制作出了不少好作品，如利用PVC板材切割、熱熔膠連接制作的智能輪椅，利用超聲波傳感器避障，利用舵機(jī)實(shí)現(xiàn)輪椅靠背放平變成床等。這些都是孩子們自己的創(chuàng)意，讓他們?cè)O(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)創(chuàng)意，很好地培養(yǎng)了他們數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新能力。

在小組協(xié)作完成設(shè)計(jì)作品的過程中，學(xué)生能夠評(píng)估常用的數(shù)字化工具與資源，根據(jù)需要合理選擇并能針對(duì)特定的學(xué)習(xí)任務(wù)，運(yùn)用一定的數(shù)字化學(xué)習(xí)策略完成任務(wù)，創(chuàng)作作品，這正符合新課標(biāo)對(duì)培養(yǎng)學(xué)生數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新能力的要求。

四、交流評(píng)價(jià)過程中建立信息社會(huì)責(zé)任

對(duì)學(xué)生信息技術(shù)意識(shí)與能力的培養(yǎng)，最終要在社會(huì)實(shí)踐中得以體現(xiàn)，這樣才能更好地服務(wù)于社會(huì)。作為未來社會(huì)的接班人，中學(xué)生要樹立一種信息責(zé)任意識(shí)。所以在開源硬件項(xiàng)目學(xué)習(xí)的過程中，教師要引導(dǎo)學(xué)生明確信息素養(yǎng)形成過程中社會(huì)責(zé)任的內(nèi)涵，學(xué)生在交流自己及他人作品時(shí)，也要從開源硬件等數(shù)字化工具對(duì)社會(huì)的促進(jìn)作用和在社會(huì)發(fā)展中的不利因素等問題展開討論和進(jìn)行評(píng)價(jià)，從而更有針對(duì)性地采取有效措施進(jìn)行設(shè)計(jì)、創(chuàng)作、改進(jìn)與完善，更好地促進(jìn)自身能力發(fā)展與社會(huì)進(jìn)步。

如在“建設(shè)你心目中的智慧校園”項(xiàng)目的交流評(píng)價(jià)中，無論是從節(jié)電、節(jié)水等節(jié)約能源方面設(shè)計(jì)的項(xiàng)目，還是從推進(jìn)教學(xué)、管理效率，改善教室智能化環(huán)境等方面進(jìn)行的設(shè)計(jì)，教師都要給予充分的肯定，要讓學(xué)生明確我們利用開源硬件可以解決實(shí)際問題，可以為學(xué)校的建設(shè)與發(fā)展貢獻(xiàn)自己的力量，從而樹立他們的信息社會(huì)責(zé)任感。

培養(yǎng)學(xué)生興趣，提升學(xué)生信息素養(yǎng)，為培養(yǎng)高素質(zhì)后備力量而努力。但貫徹信息技術(shù)核心素養(yǎng)絕非一朝一夕之事，它的目標(biāo)是致力于學(xué)生的終身發(fā)展。因此我們必須放眼未來，不斷改變教學(xué)理念、方法、策略、評(píng)價(jià)體系等，為培養(yǎng)學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)注入源源不斷的力量。

（作者單位：江蘇省徐州高級(jí)中學(xué)）

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