智能有“溫度”

陳秋薇

● 創(chuàng)新整合點(diǎn)

①基于真實(shí)生活情境，融入設(shè)計(jì)思維、創(chuàng)客教育與STEM教育理念，引導(dǎo)學(xué)生建立同理心，挖掘人們真實(shí)需求，發(fā)現(xiàn)真實(shí)問(wèn)題，并能夠利用多學(xué)科的知識(shí)去解決問(wèn)題。

②注重對(duì)學(xué)生核心素養(yǎng)的培養(yǎng)，在項(xiàng)目實(shí)踐過(guò)程中培養(yǎng)學(xué)生的跨學(xué)科問(wèn)題解決能力、創(chuàng)新思維與創(chuàng)新能力，增強(qiáng)學(xué)生社會(huì)服務(wù)意識(shí)，提升社會(huì)責(zé)任感。

● 項(xiàng)目分析

本項(xiàng)目是基于Arduino開源硬件設(shè)計(jì)的中學(xué)生創(chuàng)客項(xiàng)目。本項(xiàng)目將學(xué)生帶入真實(shí)的情境，引導(dǎo)學(xué)生解決社會(huì)中存在的真實(shí)問(wèn)題;引入設(shè)計(jì)思維理念，讓學(xué)生學(xué)會(huì)由觀察到洞察，由自我到他人，以人為本，挖掘人們的真實(shí)需求，學(xué)會(huì)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，提出問(wèn)題，并能夠利用多學(xué)科的知識(shí)去解決問(wèn)題。

● 學(xué)情分析

現(xiàn)有知識(shí)水平：學(xué)生具備一定的數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)、生物等學(xué)科知識(shí)基礎(chǔ)，具備開展綜合性項(xiàng)目研究的能力，但缺乏實(shí)際情境中的綜合應(yīng)用。

現(xiàn)有技能水平：學(xué)生已經(jīng)具備Arduino開源硬件的基礎(chǔ)知識(shí)，認(rèn)識(shí)常見傳感器、電子元器件，對(duì)編程開發(fā)平臺(tái)有一定的了解，能夠調(diào)用電子模塊編程解決問(wèn)題，但缺少綜合項(xiàng)目的開發(fā)制作經(jīng)驗(yàn)。學(xué)生有基礎(chǔ)的建模與制圖能力，但缺少實(shí)際操作，對(duì)工具的使用不熟悉。

認(rèn)知發(fā)展水平：學(xué)生具備一定的主動(dòng)學(xué)習(xí)能力，能夠根據(jù)提供的資源進(jìn)行自主學(xué)習(xí)。學(xué)生具備基礎(chǔ)的觀察能力，但缺少全面細(xì)致的觀察經(jīng)驗(yàn)。

● 教學(xué)目標(biāo)

科學(xué)態(tài)度與責(zé)任：能夠關(guān)注現(xiàn)實(shí)社會(huì)，了解目標(biāo)人群，挖掘他人的真實(shí)需求;能夠利用觀察法、調(diào)查法、訪談法等科學(xué)方法開展科學(xué)探究。

系統(tǒng)設(shè)計(jì)與創(chuàng)新：能夠從真實(shí)需求出發(fā)，提出有價(jià)值的問(wèn)題并針對(duì)發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行科學(xué)探究和工程設(shè)計(jì)，完成具有可行性的項(xiàng)目方案設(shè)計(jì)。在方案設(shè)計(jì)與制作過(guò)程中，形成對(duì)需求、問(wèn)題、設(shè)計(jì)、優(yōu)化、制造等工程問(wèn)題的系統(tǒng)理解。

知識(shí)融通與應(yīng)用：能夠根據(jù)項(xiàng)目設(shè)計(jì)開展工程實(shí)踐，并能夠綜合運(yùn)用科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)等學(xué)科知識(shí)解決問(wèn)題。

物化實(shí)踐與表達(dá)：能夠根據(jù)項(xiàng)目需求，合理地選擇開源硬件模塊，進(jìn)行電路搭建、編程;能夠正確地使用工具，選擇結(jié)構(gòu)耗材，進(jìn)行結(jié)構(gòu)搭建，完成模型和產(chǎn)品的制作;能夠合理使用數(shù)字化工具獲取學(xué)習(xí)資源，實(shí)現(xiàn)各模塊功能，創(chuàng)造性地解決問(wèn)題，形成個(gè)性化產(chǎn)品。

文化體驗(yàn)與認(rèn)同：體驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)計(jì)與制作的一般流程，在項(xiàng)目開發(fā)過(guò)程中能夠體會(huì)創(chuàng)作的成就感，從而激發(fā)創(chuàng)造潛能和社會(huì)責(zé)任意識(shí)。

● 教學(xué)環(huán)境與準(zhǔn)備

基于創(chuàng)客空間、通用技術(shù)教室或者計(jì)算機(jī)機(jī)房，準(zhǔn)備聯(lián)網(wǎng)的計(jì)算機(jī)，安裝圖形化編程軟件、3D建模軟件、激光切割軟件等;準(zhǔn)備Arduino開源硬件套件，包括主控部分、通信模塊、人工智能相關(guān)模塊、輸入模塊、輸出模塊等;準(zhǔn)備結(jié)構(gòu)耗材，包括椴木板、雪弗板、瓦楞紙、雪糕棒、吸管、木棍等;準(zhǔn)備制造工具，包括激光切割機(jī)、3D打印機(jī)、膠槍、美工刀、剪刀、鋼尺、圓規(guī)、鉛筆、鋸床、磨床等。根據(jù)學(xué)校情況，可增加與減少。

● 教學(xué)過(guò)程

1.問(wèn)題與聚焦

活動(dòng)一：?jiǎn)栴}分析

教師首先通過(guò)社會(huì)熱點(diǎn)新聞引起學(xué)生對(duì)老年人群體的關(guān)注，引發(fā)學(xué)生思考：通過(guò)現(xiàn)在所學(xué)的知識(shí)和所了解掌握的智能硬件技能，我們可以為老年人做些什么？接著，通過(guò)觀看相關(guān)智能產(chǎn)品設(shè)計(jì)，提出“智能有溫度”的話題——不同的人群，面臨著不同的問(wèn)題，提出能否通過(guò)所學(xué)智能硬件的知識(shí)，幫助人們解決真實(shí)的問(wèn)題，設(shè)計(jì)出溫暖的智能產(chǎn)品。最后，教師根據(jù)核心問(wèn)題，提出子問(wèn)題：①你想為哪類群體解決問(wèn)題，你想為這類人群解決什么問(wèn)題？②針對(duì)這類群體遇到的問(wèn)題，目前有哪些解決措施？③如何通過(guò)智能硬件設(shè)計(jì)幫助這類群體解決面臨的一些問(wèn)題？

活動(dòng)二：觀察、傾聽與了解

（1）引導(dǎo)學(xué)生觀察目標(biāo)群體或個(gè)體的生活，并進(jìn)行記錄。注意觀察他們都在做什么、說(shuō)什么，生活中他們遇到了哪些問(wèn)題，并對(duì)觀察到的內(nèi)容進(jìn)行整理。

（2）要求學(xué)生通過(guò)訪談法對(duì)目標(biāo)群體或個(gè)體進(jìn)行訪談，擬定訪談提綱。訪談提綱要根據(jù)觀察內(nèi)容和擬研究的內(nèi)容進(jìn)行。

設(shè)計(jì)意圖：從社會(huì)熱點(diǎn)新聞出發(fā)引起學(xué)生對(duì)老年人群體的關(guān)注，引發(fā)學(xué)生思考。通過(guò)展示學(xué)生設(shè)計(jì)的適老化智能產(chǎn)品，提出“智能有溫度”的話題，引導(dǎo)學(xué)生開發(fā)一款針對(duì)特定人群的有“溫度”的智能產(chǎn)品。讓學(xué)生利用科學(xué)技術(shù)為他人生活帶來(lái)便利，帶去溫暖，進(jìn)而激發(fā)學(xué)生的社會(huì)責(zé)任意識(shí)。

2.設(shè)計(jì)方案與論證方案

活動(dòng)三：設(shè)計(jì)初步項(xiàng)目方案

第一步：凝聚研究主題。根據(jù)前期的觀察、傾聽、訪談等調(diào)研內(nèi)容，學(xué)生小組進(jìn)行整理與分析，圍繞子問(wèn)題尋求目標(biāo)群體所面臨的真正問(wèn)題，尋找盡可能多的需求點(diǎn)。在這個(gè)過(guò)程中教師使用同理心地圖法，幫助小組更好地梳理信息，理解目標(biāo)用戶，找到用戶的真實(shí)需求。

通過(guò)同理心地圖的分析，學(xué)生確定用戶痛點(diǎn)，明確用戶的真實(shí)需求。結(jié)合子問(wèn)題，各小組選擇至少一個(gè)問(wèn)題作為本組的核心研究方向，各組討論，填寫“研究主題表”。此步驟的意圖是根據(jù)問(wèn)題需求，明確研究方向，確定產(chǎn)品愿景，對(duì)研究設(shè)計(jì)方向進(jìn)行規(guī)劃和約束。

第二步：撰寫初步研究方案。每個(gè)研究小組根據(jù)自己的研究主題，進(jìn)行頭腦風(fēng)暴，撰寫盡可能多的解決思路。頭腦風(fēng)暴需要遵循自由暢想原則、延遲批判原則、量中求質(zhì)原則、綜合集成原則等。每組成員通過(guò)頭腦風(fēng)暴法會(huì)得到很多可能或有希望的解決方案，這時(shí)就要根據(jù)評(píng)選原則選出兩個(gè)或三個(gè)方案，具體的評(píng)選綜合考慮可行性、創(chuàng)新性、實(shí)用性、安全性、科學(xué)性、成本等因素。

第三步：各小組根據(jù)方案，參考教師提供的研究方案格式，開始撰寫初步的項(xiàng)目研究方案。

活動(dòng)四：論證交流方案

開展方案論證會(huì)，組建由教師和學(xué)生代表組成的專家組，學(xué)生分組介紹本組項(xiàng)目研究方案，專家組現(xiàn)場(chǎng)交流點(diǎn)評(píng)。專家組論證方案的標(biāo)準(zhǔn)涉及選題價(jià)值、方案完整性、研究步驟可行性、研究活動(dòng)安全性、成本預(yù)算等方面。

活動(dòng)五：撰寫最終方案

學(xué)生小組根據(jù)專家組意見，修改優(yōu)化方案，撰寫項(xiàng)目實(shí)施的最終方案。方案經(jīng)教師審定后，進(jìn)入下一階段。

設(shè)計(jì)意圖：本環(huán)節(jié)是項(xiàng)目成敗的關(guān)鍵所在，教師引領(lǐng)學(xué)生經(jīng)歷發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、提出問(wèn)題、設(shè)計(jì)方案、交流方案、論證方案的過(guò)程，最終讓每個(gè)組寫出問(wèn)題合理、設(shè)計(jì)可行、格式規(guī)范的設(shè)計(jì)方案。

3.制作、測(cè)試與優(yōu)化

活動(dòng)六：制作與測(cè)試

第一步：項(xiàng)目準(zhǔn)備。根據(jù)審核通過(guò)的項(xiàng)目實(shí)施方案，學(xué)生提交物料申領(lǐng)表，到教師處領(lǐng)取相關(guān)電子模塊、結(jié)構(gòu)耗材、工具等物品。教師提供項(xiàng)目實(shí)施記錄表，提醒學(xué)生在每次項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中要按實(shí)際情況填寫，掌握學(xué)生的項(xiàng)目實(shí)施情況。

第二步：按項(xiàng)目步驟實(shí)施開展。學(xué)生根據(jù)自己的產(chǎn)品設(shè)計(jì)，按照步驟實(shí)施，注意合理分工、相互協(xié)作，并注意記錄實(shí)施過(guò)程、遇到的問(wèn)題與困難、完成情況等。

活動(dòng)七：分析與優(yōu)化

各小組對(duì)做出來(lái)的產(chǎn)品進(jìn)行原型測(cè)試，運(yùn)行作品的數(shù)據(jù)采集、運(yùn)算處理、數(shù)據(jù)輸出、調(diào)控執(zhí)行等各項(xiàng)功能，檢測(cè)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)是否有效、預(yù)期功能是否能實(shí)現(xiàn)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是否合理，分析產(chǎn)品的優(yōu)缺點(diǎn)，并對(duì)此進(jìn)行改進(jìn)優(yōu)化。

設(shè)計(jì)意圖：本環(huán)節(jié)是項(xiàng)目的實(shí)踐部分，基于前面兩個(gè)階段的成果，學(xué)生小組能夠有序地開展項(xiàng)目實(shí)施，記錄實(shí)施過(guò)程和數(shù)據(jù)。同時(shí)，能夠規(guī)范學(xué)生使用耗材，強(qiáng)化學(xué)生在工程制造過(guò)程中的規(guī)范意識(shí)、節(jié)約意識(shí)、安全意識(shí)等。

4.展示和評(píng)價(jià)

活動(dòng)八：撰寫研究報(bào)告

第一步：報(bào)告寫作準(zhǔn)備。教師提供研究報(bào)告的標(biāo)準(zhǔn)格式，師生探討各欄目的必要性。小組決定撰寫報(bào)告的方式，可以選擇每人獨(dú)立寫作，或者小組合作寫作。如果采取小組合作寫作，需要簽署合作書，明確規(guī)定成員的任務(wù)。小組合作寫作最好采取網(wǎng)絡(luò)共享文檔的方式，這樣便于上下文銜接，讓報(bào)告行文流暢。

第二步：報(bào)告寫作。學(xué)生撰寫項(xiàng)目研究報(bào)告（也可以寫成科技論文），制作產(chǎn)品說(shuō)明書（或用戶手冊(cè)）。教師建議產(chǎn)品說(shuō)明書從產(chǎn)品名稱、產(chǎn)品介紹、硬件清單、操作說(shuō)明等方面撰寫。定稿后，整理項(xiàng)目過(guò)程資料，制作交流PPT，拍攝演示視頻，籌備產(chǎn)品發(fā)布會(huì)。

活動(dòng)九：產(chǎn)品發(fā)布會(huì)

產(chǎn)品發(fā)布會(huì)分為兩個(gè)部分。第一部分為班級(jí)分享會(huì)，主要在班級(jí)內(nèi)部進(jìn)行，各小組展示項(xiàng)目作品，打分評(píng)價(jià)，并提出建議。第二部分為產(chǎn)品發(fā)布會(huì)，在學(xué)?？萍脊?jié)上展出，學(xué)生進(jìn)行作品路演，同時(shí)學(xué)生可邀請(qǐng)受眾體驗(yàn)自己的產(chǎn)品，并評(píng)價(jià)與反饋。學(xué)生根據(jù)實(shí)際反饋對(duì)原型進(jìn)行再次優(yōu)化。

設(shè)計(jì)意圖：本環(huán)節(jié)是項(xiàng)目的展示分享部分，主要分為兩個(gè)部分：第一部分是學(xué)生撰寫研究報(bào)告或論文，學(xué)會(huì)科學(xué)寫作。第二部分是產(chǎn)品發(fā)布會(huì)，讓學(xué)生學(xué)會(huì)如何進(jìn)行展示和分享。本環(huán)節(jié)的目的是讓學(xué)生體驗(yàn)創(chuàng)造發(fā)明的快樂(lè)以及幫助他人解決問(wèn)題的成就感，同時(shí)意識(shí)到創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的機(jī)會(huì)，增強(qiáng)學(xué)生利用科技造福人類的意識(shí)，激發(fā)學(xué)生繼續(xù)學(xué)習(xí)的欲望。

5.拓展與應(yīng)用

活動(dòng)十：項(xiàng)目拓展

在教師的組織下，各組學(xué)生對(duì)項(xiàng)目研究過(guò)程及結(jié)果開展反思與總結(jié)活動(dòng)。同時(shí)，教師鼓勵(lì)學(xué)生將自己的研究成果參加科創(chuàng)類比賽、申請(qǐng)專利、開發(fā)商業(yè)產(chǎn)品等，激發(fā)學(xué)生深度研究的動(dòng)機(jī)。

6.學(xué)業(yè)評(píng)價(jià)

①學(xué)生評(píng)價(jià)。關(guān)于本項(xiàng)目的學(xué)生評(píng)價(jià)，主要從過(guò)程性評(píng)價(jià)和作品評(píng)價(jià)兩方面入手。過(guò)程性評(píng)價(jià)包括出勤情況、對(duì)小組貢獻(xiàn)、參與班級(jí)討論的情況、過(guò)程資料完備性;作品評(píng)價(jià)包括研究報(bào)告、科技論文、產(chǎn)品發(fā)布會(huì)的分享情況、作品的品質(zhì)等。

②項(xiàng)目評(píng)價(jià)。針對(duì)整個(gè)項(xiàng)目進(jìn)行評(píng)價(jià)，主要從學(xué)生評(píng)價(jià)和教師評(píng)價(jià)兩方面進(jìn)行。學(xué)生評(píng)價(jià)：學(xué)生通過(guò)項(xiàng)目掌握了哪些知識(shí)、技能與方法，項(xiàng)目學(xué)習(xí)的意義，項(xiàng)目評(píng)價(jià)及建議等。教師評(píng)價(jià)：教師對(duì)通過(guò)該項(xiàng)目的學(xué)習(xí)，學(xué)生掌握了哪些知識(shí)、技能與方法，該項(xiàng)目學(xué)習(xí)與常規(guī)教學(xué)相比的優(yōu)勢(shì)，項(xiàng)目過(guò)程是否體現(xiàn)了這些優(yōu)勢(shì)進(jìn)行評(píng)價(jià)及建議等。

● 教學(xué)反思

本項(xiàng)目是基于STEM理念的創(chuàng)客實(shí)踐課程，在項(xiàng)目過(guò)程中融入了設(shè)計(jì)思維、工程思維以及創(chuàng)新思維理念。項(xiàng)目是基于社會(huì)中存在的真實(shí)問(wèn)題，讓學(xué)生走進(jìn)真實(shí)的受眾，在體驗(yàn)產(chǎn)品開發(fā)的完整過(guò)程中形成用科學(xué)方法觀察事物及運(yùn)用跨學(xué)科知識(shí)問(wèn)題求解的能力，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維與創(chuàng)新能力，提升社會(huì)服務(wù)意識(shí)，增強(qiáng)社會(huì)責(zé)任感，讓學(xué)生不能只是低頭讀書，也要學(xué)會(huì)抬頭關(guān)注這個(gè)世界。

項(xiàng)目開展的難點(diǎn)是引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、提出問(wèn)題。在提出項(xiàng)目的過(guò)程中，要注意為學(xué)生提供方法，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)觀察與思考。在作品設(shè)計(jì)與開發(fā)過(guò)程中，要注意前期方案設(shè)計(jì)論證的重要性，這是項(xiàng)目成敗的關(guān)鍵所在。在學(xué)生制作過(guò)程中，注意小組成員明確分工，充分發(fā)揮每個(gè)人的作用與積極性。制作時(shí)，教師一定要強(qiáng)調(diào)工具及硬件使用的規(guī)范性，要鼓勵(lì)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、主動(dòng)探究。