基于項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的中學(xué)創(chuàng)客教育活動(dòng)設(shè)計(jì)與實(shí)踐

基于項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的中學(xué)創(chuàng)客教育活動(dòng)設(shè)計(jì)與實(shí)踐創(chuàng)客教育是一種基于真實(shí)情境開展的創(chuàng)新性教育，它以開放、創(chuàng)新、實(shí)踐、合作、共享為教育理念，倡導(dǎo)造物，鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)造和分享，在實(shí)踐過程中學(xué)習(xí)到多學(xué)科的知識(shí)，并提高學(xué)生問題分析與解決問題能力、合作交流能力以及創(chuàng)新能力。目前，創(chuàng)客教育通常采用項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的方式，讓學(xué)生在真實(shí)問題情境中探究學(xué)習(xí)，在完成項(xiàng)目的過程中獲得知識(shí)技能，同時(shí)，在發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、動(dòng)手解決問題的過程中逐步形成核心素養(yǎng)。下面，筆者以Arduino“行人過街智能交通燈”項(xiàng)目為例，闡述創(chuàng)客教育理念下項(xiàng)目式學(xué)習(xí)活動(dòng)的開展過程。確定項(xiàng)目主題真實(shí)情境下的問題涉及多學(xué)科知識(shí)，將真實(shí)問題作為項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的出發(fā)點(diǎn)，有利于引導(dǎo)學(xué)生分析問題、解決問題以及反思問題，以此促進(jìn)學(xué)生問題解決能力發(fā)展。筆者所在學(xué)校門前的馬路剛和其他馬路連接不久，還沒有安裝紅綠燈，學(xué)生上下學(xué)過馬路時(shí)存在一定的安全隱患。因此，需要設(shè)計(jì)制作一組交通燈，既保證行人和車輛的安全，也可協(xié)調(diào)行人和車輛的矛盾，提高道路的利用率和車輛的通行率?；诂F(xiàn)實(shí)需求，學(xué)生決定利用在創(chuàng)客課程中學(xué)到的知識(shí)，制作一組行人過街智能交通燈。項(xiàng)目需求分析需求分析是項(xiàng)目實(shí)施的基礎(chǔ)，其主要目標(biāo)是明確項(xiàng)目要滿足的功能要求和技術(shù)要求，這也是實(shí)施項(xiàng)目成敗的關(guān)鍵。在明確了項(xiàng)目主題后，教師引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行需求分析，梳理要解決的具體問題，明確最終要達(dá)到的功能。學(xué)生通過實(shí)地調(diào)查，測(cè)量了馬路的寬度，測(cè)算了走路通過馬路一般需要的時(shí)間;選擇固定時(shí)間段分別統(tǒng)計(jì)了在十分鐘內(nèi)兩個(gè)方向的機(jī)動(dòng)車數(shù)量和行人數(shù)量;通過采訪，明確了項(xiàng)目需要具有的功能。學(xué)生在調(diào)查分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合自己的生活經(jīng)驗(yàn)或者通過網(wǎng)絡(luò)搜索了解現(xiàn)有紅綠燈控制方式的優(yōu)缺點(diǎn)，并結(jié)合本校路口的人流量特點(diǎn)，選擇采用行人過街智能交通紅綠燈?；谡{(diào)查結(jié)果，學(xué)生明確了智能紅綠燈需要具有的功能，如下圖所示。設(shè)計(jì)項(xiàng)目方案在明確了項(xiàng)目需求后，師生圍繞項(xiàng)目主題，共同制訂評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，以指導(dǎo)學(xué)生的創(chuàng)作活動(dòng)，達(dá)到“以評(píng)促學(xué)”的效果。讓學(xué)生從個(gè)體的角度出發(fā)制訂評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，可以充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，將標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)化指導(dǎo)學(xué)生的創(chuàng)作。項(xiàng)目式學(xué)習(xí)是以小組為單位開展的，教師按照組內(nèi)異質(zhì)、組間同質(zhì)的原則來劃分，保證小組內(nèi)的成員能力互補(bǔ)，組間平等競爭。各小組根據(jù)項(xiàng)目需求分析和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行項(xiàng)目方案的設(shè)計(jì)，包括項(xiàng)目的子功能、時(shí)間規(guī)劃等。在方案設(shè)計(jì)上，學(xué)生需要綜合運(yùn)用多學(xué)科的知識(shí)，通過與小組成員交流溝通，對(duì)項(xiàng)目方案不斷進(jìn)行完善。各小組成員首先需要了解紅綠燈的設(shè)置和安裝規(guī)范。學(xué)生在教師的引導(dǎo)下自主學(xué)習(xí)，通過網(wǎng)絡(luò)查找紅綠燈設(shè)置方面的材料。學(xué)生在遵循規(guī)范的基礎(chǔ)上，通過頭腦風(fēng)暴的形式開展創(chuàng)意碰撞，對(duì)照項(xiàng)目需求分析，尋求技術(shù)解決方案，并提取出項(xiàng)目中需要使用的電子元件，確定使用方法。學(xué)生制作的行人過街智能交通燈項(xiàng)目方案如下表所示。實(shí)施項(xiàng)目方案各小組根據(jù)本組的設(shè)計(jì)解決方案，分工協(xié)作，按照電路設(shè)計(jì)、硬件搭建、程序編寫、系統(tǒng)調(diào)試四個(gè)環(huán)節(jié)，完成行人過街智能交通燈項(xiàng)目，將最初的創(chuàng)意轉(zhuǎn)變成現(xiàn)實(shí)的作品。學(xué)生首先根據(jù)項(xiàng)目功能需要，提取需要用到的電子元器件，并根據(jù)功能邏輯繪制程序框圖。學(xué)生運(yùn)用流程圖繪制紅綠燈的功能邏輯，這屬于編程的核心，也是項(xiàng)目中的難點(diǎn)，遇到問題時(shí)，可以組內(nèi)討論，或?qū)で罄蠋煹膸椭?，這一階段可以有效鍛煉學(xué)生的計(jì)算思維能力。在硬件搭建階段，學(xué)生通過網(wǎng)絡(luò)查找資料等方式確定每種電子元器件的連接方式，了解每種元器件的工作特性。學(xué)生在了解了每種元器件代碼后，需要將使用的元器件的所有代碼在Mixly軟件中根據(jù)流程圖進(jìn)行組合，通過循環(huán)結(jié)構(gòu)、判斷結(jié)構(gòu)、順序結(jié)構(gòu)控制程序的邏輯功能實(shí)現(xiàn)。將程序根據(jù)代碼編寫規(guī)范寫好后，對(duì)紅綠燈的功能進(jìn)行測(cè)試，檢測(cè)其是否達(dá)到需求，并對(duì)存在的問題進(jìn)行改正。項(xiàng)目展示與評(píng)價(jià)項(xiàng)目展示交流環(huán)節(jié)是項(xiàng)目實(shí)施中的重要一環(huán)。各組學(xué)生將自己制作的智能交通燈進(jìn)行展示，分享制作經(jīng)驗(yàn)和遇到的難題，通過分享，鍛煉學(xué)生的表達(dá)能力。各組學(xué)生根據(jù)師生制訂的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)相互評(píng)價(jià)，提出建議。各小組根據(jù)意見進(jìn)行改進(jìn)。教師對(duì)整個(gè)項(xiàng)目過程進(jìn)行評(píng)價(jià)，并引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步完善智能交通燈的功能，以使其更加智能，更具有推廣和應(yīng)用價(jià)值。目前，項(xiàng)目中使用的主控板是nano板，無法做到根據(jù)具體的時(shí)間設(shè)置人行道紅綠燈的時(shí)長，這是本項(xiàng)目下一步需要完善的地方。整體上，本項(xiàng)目緊貼現(xiàn)實(shí)生活，讓學(xué)生在真實(shí)的問題情境中發(fā)現(xiàn)問