漸近開放式項(xiàng)目教學(xué)在開源硬件課程中的實(shí)施策略

翁錦琳 福建省寧德市古田縣第一中學(xué)

開源硬件在高中信息技術(shù)課程中占有重要地位，它屬于高中信息技術(shù)選擇性必修課程，同時也是創(chuàng)客教育課程的重要組成部分，可作為校本選修或興趣小組活動課程開展。課程基于STEAM教學(xué)理念，適合采用項(xiàng)目教學(xué)模式，學(xué)生在完成項(xiàng)目的過程中，能夠迅速提升綜合素養(yǎng)。然而，項(xiàng)目教學(xué)屬于一種“開放式教學(xué)”，對學(xué)生的現(xiàn)有知識水平、自主學(xué)習(xí)能力以及解決問題能力均有較高要求，現(xiàn)有的信息技術(shù)課堂項(xiàng)目教學(xué)預(yù)設(shè)的學(xué)生“潛在發(fā)展水平”往往比實(shí)際偏高，學(xué)生難以超越“最近發(fā)展區(qū)”到達(dá)“潛在發(fā)展水平”。

為了解決上述問題，筆者建議在開源硬件課程中采用“漸近開放”的教學(xué)模式，遵循循序漸近的原則，將開源硬件課程劃分為四個階段（如表1）。

表1

● “小任務(wù)”階段——通過小任務(wù)體驗(yàn)迅速入門

在課程之初，學(xué)生普遍缺乏項(xiàng)目學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)，信息素養(yǎng)水平參次不齊，對開源硬件掌握程度也不同，此時教師需根據(jù)實(shí)際情況，做好初高中的過渡銜接，并盡可能降低課程難度。教師可先講授開源硬件基礎(chǔ)知識，演示元器件的基本使用方法，通過小任務(wù)驅(qū)動來完成基礎(chǔ)知識的教學(xué)，采用“布置任務(wù)—學(xué)生探究—教師演示—學(xué)生實(shí)踐”的模式開展，如圖1所示。

圖1

此階段教學(xué)內(nèi)容可包括：①開源硬件基礎(chǔ)知識介紹，如開發(fā)板、開發(fā)環(huán)境介紹等。②基本元器件的使用。③開源硬件基本編程語句。教師需重點(diǎn)介紹幾種典型的元器件（如LED燈、按鍵開關(guān)等）的使用、開源硬件程序基本指令、三種基本程序結(jié)構(gòu)等。任務(wù)要求明確，較為“封閉”，學(xué)生按提示要求完成即可達(dá)成教學(xué)目標(biāo)。任務(wù)難度落在剛?cè)腴T學(xué)生的最近發(fā)展區(qū)中，由易及難，學(xué)生在教師的指導(dǎo)下，能夠迅速入門。

● “微項(xiàng)目”階段——通過微項(xiàng)目夯實(shí)基礎(chǔ)

在“微項(xiàng)目”階段，教師主要采用基于給定選題的微項(xiàng)目教學(xué)。與“小任務(wù)”階段不同，本階段需要完成一個簡單的微項(xiàng)目，同時具有一定的開放性。項(xiàng)目過程包括確定選題、規(guī)劃設(shè)計(jì)、項(xiàng)目實(shí)施、展示評價四個步驟。

1.確定選題

在“微項(xiàng)目”階段，教師介紹微項(xiàng)目背景并給定微項(xiàng)目選題。首先，微項(xiàng)目選題宜小不宜大，時長控制在2～3課時為宜。該階段仍屬于“打基礎(chǔ)”階段，教學(xué)目的在于讓學(xué)生通過微項(xiàng)目學(xué)習(xí)，掌握基本知識技能和解決問題的方法。其次，微項(xiàng)目選題應(yīng)當(dāng)基于真實(shí)情境。

2.規(guī)劃設(shè)計(jì)

在給出項(xiàng)目情境和選題后，教師要引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)方案。當(dāng)學(xué)生不知從何入手時，教師可以使用問題導(dǎo)向法，給出不同的假設(shè)方案讓學(xué)生分析可行性，經(jīng)過師生共同討論，得出合理的解決方案。教師需要變知識傳授型課堂為學(xué)習(xí)引導(dǎo)型課堂，切忌采用“教師直接講授，學(xué)生原樣照搬”的傳統(tǒng)式教學(xué)。

3.項(xiàng)目實(shí)施

項(xiàng)目實(shí)施過程遵循“學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)”的原則。在項(xiàng)目實(shí)施過程中，教師可以充分利用問題、圖示、數(shù)字化資源等教學(xué)支架，給學(xué)生適當(dāng)?shù)膸椭鸵龑?dǎo)。當(dāng)學(xué)生完成項(xiàng)目的基本要求后，教師可提出一些開放性問題，引導(dǎo)學(xué)有余力的學(xué)生對作品進(jìn)行優(yōu)化。此外，在項(xiàng)目實(shí)施后需提交項(xiàng)目學(xué)習(xí)記錄表。

4.展示評價

在學(xué)生完成項(xiàng)目后，教師可抽取部分小組進(jìn)行成果展示和交流，以驗(yàn)證學(xué)生的項(xiàng)目學(xué)習(xí)成果。

● “主題項(xiàng)目”階段——通過課程項(xiàng)目鞏固提升

當(dāng)學(xué)生對開源硬件的基本元件有了一定的認(rèn)識，且能獨(dú)立完成一些小項(xiàng)目后，即可進(jìn)入“主題項(xiàng)目”階段。該階段主要采用的是基于自主選題的主題項(xiàng)目教學(xué)，這是真正意義上的項(xiàng)目教學(xué)。主題項(xiàng)目綜合性強(qiáng)，一般整個課程只要求設(shè)計(jì)一個，放在課程最后，作為該課程的“畢業(yè)項(xiàng)目”（課程項(xiàng)目），是課程考核的重要部分。主題項(xiàng)目實(shí)施過程與微項(xiàng)目類似，但要求應(yīng)有所提升，且采用的是完全開放式的教學(xué)，各小組在教師的適當(dāng)引導(dǎo)下，獨(dú)立完成項(xiàng)目。筆者以“智能飲水機(jī)”項(xiàng)目為例做具體分析（如下頁表2，限于篇幅表格中僅列出選題和方案）。與微項(xiàng)目相比（如下頁圖2），主題項(xiàng)目主要有以下特點(diǎn)。

圖2

表2

1.選題的開放性

在選題階段，教師僅給出主題，具體選題由學(xué)生根據(jù)主題自行選定。教師需要對學(xué)生的選題做出審核，如果選題過大或過小，教師應(yīng)當(dāng)提出修改建議。

2.方案的自主性和科學(xué)性

由于每個小組選題均不同，在規(guī)劃設(shè)計(jì)階段需要由小組成員自主設(shè)計(jì)方案。在學(xué)生討論設(shè)計(jì)方案的過程中，教師需要巡視并解決小組提出的問題，保證方案的科學(xué)性。

3.強(qiáng)調(diào)項(xiàng)目成果的優(yōu)化和創(chuàng)新

在項(xiàng)目實(shí)施階段教師應(yīng)當(dāng)引導(dǎo)學(xué)生查找存在的問題，不斷優(yōu)化作品，實(shí)現(xiàn)從“嘗試模仿”到“自我創(chuàng)新”的轉(zhuǎn)變，產(chǎn)生高質(zhì)量的項(xiàng)目成果，為下一階段“競賽項(xiàng)目”做準(zhǔn)備。同時，學(xué)生應(yīng)當(dāng)撰寫項(xiàng)目報(bào)告。項(xiàng)目報(bào)告是項(xiàng)目學(xué)習(xí)的重要成果，也是評價項(xiàng)目質(zhì)量好壞的重要載體。

4.答辯式評價

在展示評價階段，可采用類似論文答辯的方式，由每個小組上臺展示成果，教師及其他小組成員可以提問。答辯式評價，能夠檢驗(yàn)學(xué)生的項(xiàng)目完成情況、知識技能掌握情況，鍛煉學(xué)生的表達(dá)能力。答辯的成績應(yīng)作為課程成績的重要組成部分。

● “競賽項(xiàng)目”階段——通過參賽不斷成長

“競賽項(xiàng)目”階段要求進(jìn)一步提高，需要將課程所學(xué)應(yīng)用到實(shí)踐中，設(shè)計(jì)、制造出應(yīng)用于實(shí)際生活的產(chǎn)品原型，并以創(chuàng)客、科技創(chuàng)新等比賽為契機(jī)，選擇一部分優(yōu)秀作品參賽。

1.組建興趣小組

教師根據(jù)學(xué)生平時的課堂表現(xiàn)、課程成績，結(jié)合學(xué)生興趣，選拔學(xué)生參加創(chuàng)客興趣小組活動。教師可收集興趣小組成員在第三階段產(chǎn)生的符合競賽主題的優(yōu)秀成果，鼓勵學(xué)生在此基礎(chǔ)上繼續(xù)改進(jìn)，也可以讓學(xué)生重新選題，設(shè)計(jì)出更好的參賽作品。

2.提高項(xiàng)目成果要求

此階段的作品不應(yīng)只停留在模擬、調(diào)試階段，而應(yīng)當(dāng)是能夠解決實(shí)際問題的產(chǎn)品原型。以“智能飲水機(jī)”項(xiàng)目為例，可從以下兩方面加以改進(jìn)。第一，制造合適的外殼。在上一階段，它的外殼只要求使用紙板制作即可，但作為參賽作品是不夠的。此時，可利用激光切割技術(shù)制作飲水機(jī)外殼和桶裝水支架，用3D打印技術(shù)制作接水盤，可放在桶裝礦泉水中供日常生活使用。第二，作品功能還需要不斷優(yōu)化、改進(jìn)、創(chuàng)新，如可改進(jìn)出水量計(jì)算算法，結(jié)合重力傳感器，提升出水量計(jì)算的精準(zhǔn)度，也可增設(shè)電磁閥，提高控制水流進(jìn)出的靈敏度等。

● 結(jié)束語

基于“小任務(wù)—微項(xiàng)目—主題項(xiàng)目—競賽項(xiàng)目”四階段的漸近開放式項(xiàng)目教學(xué)，遵循“最近發(fā)展區(qū)”理論，能夠在一定程度上解決目前高中信息技術(shù)課堂中開展項(xiàng)目教學(xué)難度大的問題。當(dāng)然，不同學(xué)生的最近發(fā)展區(qū)是不同的，教師應(yīng)當(dāng)結(jié)合學(xué)生實(shí)際水平，合理調(diào)整四階段的教學(xué)時間和教學(xué)內(nèi)容，或者進(jìn)行必要刪減。在項(xiàng)目教學(xué)過程中，教師應(yīng)當(dāng)以培養(yǎng)學(xué)生信息技術(shù)核心素養(yǎng)為目的，以優(yōu)化作品、解決實(shí)際問題為導(dǎo)向開展教學(xué)，提升項(xiàng)目教學(xué)效率。