創(chuàng)意智造作品的“感應(yīng)式消毒液擠出機(jī)”項(xiàng)目式課程設(shè)計(jì)

孫學(xué)濤

〔摘? ? 要〕? ? 為落實(shí)2022年版《義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)》提出的面向全體學(xué)生、聚焦核心素養(yǎng)、突出跨學(xué)科探究實(shí)踐的要求，可讓學(xué)生設(shè)計(jì)制作創(chuàng)意智造作品，學(xué)生采用小組合作方式，綜合運(yùn)用多學(xué)科知識(shí)，動(dòng)手實(shí)踐。經(jīng)過(guò)軟件編程、實(shí)物搭建、功能調(diào)試、展示評(píng)價(jià)等流程，創(chuàng)意創(chuàng)造出解決生活實(shí)際問(wèn)題的具有一定功能的實(shí)物作品，能切實(shí)落實(shí)課程標(biāo)準(zhǔn)要求?！案袘?yīng)式消毒液擠出機(jī)”使用項(xiàng)目式課程設(shè)計(jì)方案模板和學(xué)歷案工具，按照驅(qū)動(dòng)問(wèn)題、學(xué)習(xí)目標(biāo)、活動(dòng)實(shí)施方案、項(xiàng)目效果評(píng)價(jià)四個(gè)方面進(jìn)行項(xiàng)目化課程設(shè)計(jì)和實(shí)施，能提升學(xué)生創(chuàng)、智、造能力和信息素養(yǎng)、探索實(shí)踐能力，促進(jìn)信息科技與跨學(xué)科知識(shí)的融合創(chuàng)新應(yīng)用，落實(shí)核心素養(yǎng)的培養(yǎng)，促進(jìn)學(xué)生德智體美勞全面發(fā)展。

〔關(guān)鍵詞〕? ? 創(chuàng)意智造；項(xiàng)目式課程；設(shè)計(jì)

〔中圖分類(lèi)號(hào)〕? G424? ? ? ? ? ? ? ?〔文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼〕? A? ? ? ? 〔文章編號(hào)〕? 1674-6317? （2023）? 09-0058-03

2022年版《義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)》明確指出信息科技課程的育人目標(biāo)和導(dǎo)向，要聚焦核心素養(yǎng)、強(qiáng)化學(xué)科實(shí)踐，探索跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)，增強(qiáng)學(xué)生解決問(wèn)題的能力，培養(yǎng)學(xué)生信息科技素養(yǎng)，促進(jìn)數(shù)字素養(yǎng)與技能的提升。創(chuàng)新實(shí)踐是實(shí)現(xiàn)核心素養(yǎng)的重要途徑。創(chuàng)意智造作品項(xiàng)目式課程設(shè)計(jì)和實(shí)施就是針對(duì)現(xiàn)實(shí)生活中的具體問(wèn)題開(kāi)展探究和實(shí)踐，采用問(wèn)題驅(qū)動(dòng)方式，通過(guò)電腦編程、硬件搭建、造型設(shè)計(jì)等實(shí)踐，做中學(xué)，學(xué)做結(jié)合，融合多學(xué)科知識(shí)并運(yùn)用信息科技解決實(shí)際問(wèn)題的方法和過(guò)程，創(chuàng)作出具有創(chuàng)新性、智能性的實(shí)物作品。學(xué)生參與到從開(kāi)始的創(chuàng)新創(chuàng)意生成到動(dòng)手實(shí)踐制作直到最終的成果作品和展示評(píng)價(jià)的整個(gè)過(guò)程，使每一位參與的學(xué)生都能得到成長(zhǎng)，享受學(xué)習(xí)成果的快樂(lè)，在不斷經(jīng)歷動(dòng)腦思考、動(dòng)手實(shí)踐中，潛移默化地提升創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力，促進(jìn)核心素養(yǎng)的養(yǎng)成。

一、創(chuàng)意智造作品項(xiàng)目式課程設(shè)計(jì)

創(chuàng)意智造的項(xiàng)目式課程，主要是讓學(xué)生以小組合作的方式，對(duì)現(xiàn)實(shí)生活中的問(wèn)題或者主題項(xiàng)目，進(jìn)行主動(dòng)探索和持續(xù)探究。運(yùn)用人工智能技術(shù)和多學(xué)科知識(shí)，動(dòng)手動(dòng)腦探索解決問(wèn)題的方案，進(jìn)行項(xiàng)目作品的設(shè)計(jì)與制作，最后以具體實(shí)物的方式呈現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)項(xiàng)目問(wèn)題的解決。為利于創(chuàng)意智造項(xiàng)目式課程的開(kāi)展，可以設(shè)計(jì)使用項(xiàng)目式課程設(shè)計(jì)模板，按照驅(qū)動(dòng)問(wèn)題、學(xué)習(xí)目標(biāo)、活動(dòng)實(shí)施方案、項(xiàng)目效果評(píng)價(jià)四個(gè)方面進(jìn)行課程設(shè)計(jì)。

（一）驅(qū)動(dòng)問(wèn)題設(shè)計(jì)

項(xiàng)目式課程是通過(guò)問(wèn)題驅(qū)動(dòng)引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行探究，通過(guò)觀察，發(fā)現(xiàn)和思考日常生活中的需要點(diǎn)、關(guān)鍵點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，作為驅(qū)動(dòng)問(wèn)題。“感應(yīng)式消毒液擠出機(jī)”的驅(qū)動(dòng)問(wèn)題就是在新冠疫情核酸檢測(cè)時(shí)發(fā)現(xiàn)的：醫(yī)生采集完一個(gè)核酸樣本就要按一下酒精凝膠進(jìn)行手消毒，學(xué)生日常洗手消毒時(shí)，也是按下消毒液的自吸按鈕才能擠出消毒液。而按壓之前手是沒(méi)有消毒的，是不衛(wèi)生的，經(jīng)過(guò)多次和多人的按壓，容易造成交叉感染。所以驅(qū)動(dòng)問(wèn)題就是：設(shè)計(jì)制作一款不用手按壓的無(wú)接觸的“感應(yīng)式消毒液擠出機(jī)”。

確定驅(qū)動(dòng)性問(wèn)題就確定了項(xiàng)目式課程的研究?jī)?nèi)容，然后圍繞驅(qū)動(dòng)性問(wèn)題進(jìn)行思考、探索研究，搭建作品項(xiàng)目與知識(shí)之間的橋梁，產(chǎn)生持續(xù)探索的興趣，激發(fā)學(xué)習(xí)的內(nèi)在動(dòng)力。激勵(lì)學(xué)生積極自覺(jué)地尋找問(wèn)題的解決方案、準(zhǔn)備知識(shí)和素材，構(gòu)建和共享作品成果，在解決問(wèn)題中促進(jìn)知識(shí)的遷移，實(shí)現(xiàn)深度學(xué)習(xí)。

（二）學(xué)習(xí)目標(biāo)設(shè)計(jì)

確定了驅(qū)動(dòng)性問(wèn)題，就有了學(xué)習(xí)目標(biāo)。目標(biāo)的設(shè)計(jì)要包括：學(xué)生要學(xué)習(xí)哪些知識(shí)？有哪些收獲？對(duì)學(xué)生的學(xué)科素養(yǎng)有哪些提升？不但要關(guān)注最終的作品成果，還要關(guān)注探究實(shí)施的過(guò)程。目標(biāo)設(shè)計(jì)時(shí)，可以把大問(wèn)題拆分成多個(gè)子問(wèn)題，也就是將大目標(biāo)拆分成多個(gè)子目標(biāo)。設(shè)計(jì)子問(wèn)題以促進(jìn)驅(qū)動(dòng)性問(wèn)題的探究，每個(gè)子問(wèn)題都要設(shè)計(jì)好探究的問(wèn)題、活動(dòng)的內(nèi)容、預(yù)期的成果以及需要的資源。圍繞“感應(yīng)式消毒液擠出機(jī)”驅(qū)動(dòng)性問(wèn)題的解決，需要運(yùn)用Arduino核心板和擴(kuò)展板，采用編程，使用人體傳感器感應(yīng)到需要消毒的人手，感應(yīng)到的信號(hào)傳導(dǎo)給核心板，指揮水泵抽取消毒液，通過(guò)管道流到人手處進(jìn)行消毒，從而實(shí)現(xiàn)不用手按的無(wú)接觸式自動(dòng)抽取消毒液消毒的感應(yīng)式消毒。為解決大問(wèn)題，可以將其分解為四個(gè)子問(wèn)題：一是硬件的采用，主控板采用Arduino Uno，采用人體傳感器、水泵及驅(qū)動(dòng)模塊；二是編程采用Scratch圖形化編程進(jìn)行上傳和運(yùn)行調(diào)試；三是組裝作品的整體設(shè)計(jì)，分為盒子底座、管道、消毒液瓶子、線路連接等；四是解決遇到的難題。如何調(diào)試水泵轉(zhuǎn)速大小來(lái)控制消毒液流出速度？如何解決人體傳感器的感應(yīng)范圍及靈敏度？四個(gè)子問(wèn)題都要設(shè)置目標(biāo)任務(wù)，小組內(nèi)成員可以分工分別按目標(biāo)任務(wù)去完成，有設(shè)計(jì)的、有制作的、有展示評(píng)價(jià)的。通過(guò)目標(biāo)任務(wù)的設(shè)計(jì)，使學(xué)生知道實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)的目標(biāo)及要求，各自分工，各自努力，又互相協(xié)作，能有效地對(duì)子問(wèn)題一個(gè)一個(gè)解決，由問(wèn)題轉(zhuǎn)化為行動(dòng)，為最終解決大問(wèn)題提供策略和支持。

（三）活動(dòng)實(shí)施方案設(shè)計(jì)

項(xiàng)目式學(xué)習(xí)，不光是讓學(xué)生完成活動(dòng)，做出作品，而且要讓學(xué)生經(jīng)歷整個(gè)學(xué)習(xí)實(shí)踐過(guò)程。項(xiàng)目活動(dòng)的實(shí)施是通過(guò)小組分工合作解決驅(qū)動(dòng)性問(wèn)題，根據(jù)探究活動(dòng)的內(nèi)容，尋找項(xiàng)目實(shí)施所需的資源和材料、技術(shù)，進(jìn)行制作和改進(jìn)等。每個(gè)學(xué)生都參與到各個(gè)階段，解決每個(gè)子問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)預(yù)期成果。

準(zhǔn)備材料：列舉并準(zhǔn)備項(xiàng)目作品需要的材料，做好項(xiàng)目實(shí)施的準(zhǔn)備工作，做到有備無(wú)患?！案袘?yīng)式消毒液擠出機(jī)”的準(zhǔn)備材料有：Arduino核心板和擴(kuò)展板及連接杜邦線；人體傳感器和水泵連同驅(qū)動(dòng)板、電源；自制泡沫板或激光雕刻底座盒子；帶蓋消毒液瓶子以及PVC塑料管。編程軟件采用Scratch圖形化編程軟件等。

制作過(guò)程：先設(shè)計(jì)好項(xiàng)目圖紙或示意圖，按照步驟進(jìn)行硬件連接、編程程序、運(yùn)行調(diào)試、優(yōu)化改進(jìn)等，直到完成項(xiàng)目作品的制作?！案袘?yīng)式消毒液擠出機(jī)”制作分為四個(gè)階段：A.智能硬件搭建，安裝好Arduino核心板和擴(kuò)展板并連接水泵電機(jī)與電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊及人體傳感器；B.使用Scratch編程軟件編程設(shè)計(jì)及調(diào)試；C.制作底座盒，改裝消毒液瓶并制作擠出液管道；D.組裝“感應(yīng)式消毒液擠出機(jī)”并調(diào)試和改進(jìn)。根據(jù)四個(gè)階段，再具體把操作過(guò)程進(jìn)行細(xì)化、分工、制作。

（四）項(xiàng)目效果評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)

完成任務(wù)和作品后，要進(jìn)行成果展示和評(píng)價(jià)。展示項(xiàng)目作品的功能，為實(shí)現(xiàn)功能需要用到的軟硬件、材料，運(yùn)用哪些知識(shí)、技術(shù)，如何進(jìn)行人員分工、搜集數(shù)據(jù)和分析數(shù)據(jù)?？梢园凑諏?shí)施前、實(shí)施中、實(shí)施后的階段順序展示整個(gè)項(xiàng)目過(guò)程。不但要展示使用的方法，而且要展示亮點(diǎn)功能，還要說(shuō)明遇到的困難和解決方法。如，為方便加液及確保酒精類(lèi)消毒液不揮發(fā)，消毒液瓶子采用頂部加入消毒液并帶有密封蓋；為控制消毒液合適流量，通過(guò)軟件編程控制水泵工作時(shí)間速度，并在管道上加控制閥控制消毒液流量。

展示時(shí)可以分小組進(jìn)行，各成員介紹展示，其他小組成員對(duì)作品進(jìn)行質(zhì)疑詢問(wèn)，包括學(xué)習(xí)態(tài)度、活動(dòng)參與、項(xiàng)目改進(jìn)和技能掌握及技術(shù)革新等方面，從而發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并找出改進(jìn)思路，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)要求?？梢栽O(shè)計(jì)使用評(píng)價(jià)量表，從規(guī)范性、創(chuàng)新性、藝術(shù)性、技術(shù)性、團(tuán)隊(duì)展示與協(xié)作、信息素養(yǎng)創(chuàng)新能力提升及作品效果等方面，進(jìn)行評(píng)價(jià)。設(shè)置相應(yīng)的比例分值，以表格形式呈現(xiàn)，學(xué)生按照評(píng)價(jià)量表標(biāo)準(zhǔn)改進(jìn)作品，也可以對(duì)作品進(jìn)行自我評(píng)價(jià)。

二、創(chuàng)意智造學(xué)歷案設(shè)計(jì)

項(xiàng)目式課程設(shè)計(jì)，不但要完成項(xiàng)目作品的設(shè)計(jì)，還要把項(xiàng)目作品具體轉(zhuǎn)化為可學(xué)習(xí)的課程。采用學(xué)歷案進(jìn)行設(shè)計(jì)項(xiàng)目課程有效實(shí)用。學(xué)歷案是體現(xiàn)學(xué)生為學(xué)習(xí)主體，是學(xué)生親自參與項(xiàng)目經(jīng)歷學(xué)習(xí)的方案，要呈現(xiàn)學(xué)生在項(xiàng)目過(guò)程中的問(wèn)題設(shè)計(jì)、目標(biāo)任務(wù)、制作實(shí)施、展示評(píng)價(jià)等全過(guò)程。設(shè)計(jì)學(xué)歷案可以包含六大要素。

學(xué)習(xí)主題，即驅(qū)動(dòng)問(wèn)題。創(chuàng)設(shè)實(shí)際生活中一個(gè)大任務(wù)或大問(wèn)題，確定學(xué)習(xí)主題，以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和內(nèi)驅(qū)力。“感應(yīng)式消毒液擠出機(jī)”就是來(lái)自日常疫情防控中的實(shí)際問(wèn)題，設(shè)計(jì)制作一個(gè)“感應(yīng)式消毒液擠出機(jī)”就是項(xiàng)目作品主題，圍繞這個(gè)主題一步步地設(shè)計(jì)制作。

學(xué)習(xí)目標(biāo)。大問(wèn)題細(xì)化為子問(wèn)題，大目標(biāo)劃分為子目標(biāo)，即項(xiàng)目的學(xué)習(xí)目標(biāo)?？梢詮目茖W(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)等方面進(jìn)行STEM的目標(biāo)設(shè)計(jì)。針對(duì)“感應(yīng)式消毒液擠出機(jī)”，共劃分了四個(gè)子問(wèn)題，每個(gè)子問(wèn)題都明確一個(gè)具體目標(biāo)任務(wù)，確定學(xué)生要完成的任務(wù)。

資源和知識(shí)、材料準(zhǔn)備。根據(jù)目標(biāo)，明確完成任務(wù)需要的知識(shí)和資源，為項(xiàng)目的開(kāi)展做好儲(chǔ)備，為后續(xù)探究打好資源和知識(shí)基礎(chǔ)，并提升資源和知識(shí)的應(yīng)用進(jìn)階，為項(xiàng)目的后續(xù)開(kāi)展提供保障。

制作過(guò)程。每課時(shí)一般安排2～ 4個(gè)任務(wù)，體現(xiàn)進(jìn)階性、結(jié)構(gòu)化與實(shí)踐性。隨著一個(gè)個(gè)任務(wù)的完成，也就逐步完成學(xué)習(xí)過(guò)程；每個(gè)任務(wù)完成后要做好記錄，每個(gè)步驟的制作都有詳細(xì)說(shuō)明。掌握一個(gè)原則，就是讓不會(huì)做的人看到說(shuō)明也能看得懂，看完也能學(xué)著做。

調(diào)試與展示評(píng)價(jià)。根據(jù)子問(wèn)題的目標(biāo)，完成作品后，要進(jìn)行調(diào)試編程程序運(yùn)行和各硬件的配合工作，測(cè)試作品實(shí)現(xiàn)的功能能否實(shí)現(xiàn)預(yù)期目的，介紹和展示作品的使用方法和亮點(diǎn)功能等。展示“感應(yīng)式消毒液擠出機(jī)”作品和使用方法時(shí)，要體現(xiàn)作品的亮點(diǎn)：采用充電寶供電方便攜帶；使用帶蓋密封瓶子方便加消毒液和防止揮發(fā)；用手經(jīng)過(guò)人體傳感器即可啟動(dòng)水泵泵出消毒液，進(jìn)行手部消毒，避免用手按壓，實(shí)現(xiàn)無(wú)接觸感應(yīng)式消毒液擠出的效果。讓學(xué)生、教師質(zhì)疑和詢問(wèn)、小組間互相評(píng)價(jià)、師生間互相探討，依據(jù)評(píng)價(jià)量表賦分評(píng)比、評(píng)獎(jiǎng)。這既是對(duì)項(xiàng)目作品的肯定，也是項(xiàng)目作品的目標(biāo)實(shí)現(xiàn)程度與信息素養(yǎng)提升的評(píng)價(jià)，更是對(duì)制作項(xiàng)目作品的激勵(lì)，為學(xué)生后續(xù)的持續(xù)性探究提供動(dòng)力。

學(xué)后反思。對(duì)遇到的困難問(wèn)題如何解決，對(duì)技術(shù)瓶頸的處理方法以及收獲進(jìn)行反思，對(duì)作品提出改進(jìn)思路，便于項(xiàng)目作品的迭代升級(jí)。這個(gè)環(huán)節(jié)也是提煉收獲、提升核心素養(yǎng)的重要步驟。“感應(yīng)式消毒液擠出機(jī)”的改進(jìn)方案是：為避免傳感器受外界干擾誤操作和感應(yīng)準(zhǔn)確，在傳感器外圍加裝遮蓋套，只接受來(lái)自底部的小范圍移動(dòng)信號(hào)，提高感應(yīng)準(zhǔn)確度，并提出外觀改進(jìn)，設(shè)計(jì)一個(gè)全包圍的盒子，只露出人體感應(yīng)傳感器和消毒液擠出噴頭，外形美觀，使用方便。

三、結(jié)語(yǔ)

創(chuàng)意智造項(xiàng)目式課程的設(shè)計(jì)是項(xiàng)目實(shí)施的保障。項(xiàng)目實(shí)施后運(yùn)用學(xué)歷案生成項(xiàng)目課程，根據(jù)新課標(biāo)要求，圍繞核心素養(yǎng)目標(biāo)，設(shè)計(jì)相應(yīng)的學(xué)歷案，實(shí)現(xiàn)對(duì)核心知識(shí)的再建構(gòu)和思維遷移。通過(guò)項(xiàng)目課程設(shè)計(jì)和學(xué)歷案設(shè)計(jì)，讓學(xué)生經(jīng)歷從想法生成到作品制作的整個(gè)過(guò)程，不斷培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維、設(shè)計(jì)思維和編程能力、動(dòng)手能力、團(tuán)結(jié)協(xié)作能力。通過(guò)創(chuàng)意智造項(xiàng)目課程的設(shè)計(jì)和實(shí)施能真正落實(shí)跨學(xué)科融合創(chuàng)新，提升動(dòng)手和實(shí)踐能力，培養(yǎng)學(xué)生的整合性和創(chuàng)造性，促進(jìn)學(xué)生核心素養(yǎng)提升和全面發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1]祝智庭，雒亮.從創(chuàng)客運(yùn)動(dòng)到創(chuàng)意智造：培植眾創(chuàng)文化[J] 電化教育研究，2015（7）：5-13.

[2]夏雪梅.項(xiàng)目化學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)[M]北京：教育科學(xué)出版社，2018.