信息技術(shù)學(xué)科項目化教學(xué)探索

丁愷

摘要：項目化教學(xué)是按照學(xué)習(xí)目標(biāo)將課程綜合、細(xì)化成若干操作性強(qiáng)的項目，以項目任務(wù)為中心，以典型產(chǎn)品（或服務(wù)）為載體，讓學(xué)生在完成項目任務(wù)的過程中獲得知識、提升技能的教學(xué)。這樣的教學(xué)活動發(fā)生在真實的情境下，引領(lǐng)學(xué)生經(jīng)歷“提出問題、討論與交流、思考解決問題的策略、分析策略的實施和正式實施策略、進(jìn)行項目展示和評估”的過程。《水位報警智能泄洪裝置》一課，是信息技術(shù)學(xué)科項目化教學(xué)的實踐探索，開展效果顯著，有整合學(xué)科教學(xué)、以項目為導(dǎo)向等創(chuàng)新之處，也仍存在評價方式不夠豐富、“探究味”不足、部分學(xué)生不適應(yīng)等有待改進(jìn)的地方。

關(guān)鍵詞：項目化教學(xué);信息技術(shù);學(xué)科整合;《水位報警智能泄洪裝置》

項目化教學(xué)是按照學(xué)習(xí)目標(biāo)將課程綜合、細(xì)化成若干操作性強(qiáng)的項目，以項目任務(wù)為中心，以典型產(chǎn)品（或服務(wù)）為載體，讓學(xué)生在完成項目任務(wù)的過程中獲得知識、提升技能的教學(xué)。這樣的教學(xué)活動發(fā)生在真實的情境下，引領(lǐng)學(xué)生經(jīng)歷“提出問題、討論與交流、思考解決問題的策略、分析策略的實施和正式實施策略、進(jìn)行項目展示和評估”的過程。項目化教學(xué)可以讓學(xué)生的學(xué)習(xí)成為有意義的實踐，培養(yǎng)學(xué)生的探究意識和批判性思維，發(fā)展學(xué)生的探究與設(shè)計能力、問題解決能力和團(tuán)隊協(xié)作交流能力。因而，筆者積極嘗試信息技術(shù)學(xué)科的項目化教學(xué)。以下分享《水位報警智能泄洪裝置》一課的實踐與思考。

一、實踐準(zhǔn)備

（一）理清思路

首先，尋找可以利用的主題或項目。選擇的主題或項目應(yīng)盡可能包含課程標(biāo)準(zhǔn)中相應(yīng)層次的多種科技常識、探究與設(shè)計、情感態(tài)度與價值觀。其次，組織學(xué)生按照項目內(nèi)容展開討論，思考完成該項目需要做哪些準(zhǔn)備，由此衍生出小項目或小問題。然后，教師根據(jù)學(xué)生的問題備課與教學(xué)。教學(xué)中，注重培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力，給予學(xué)生更多空間去學(xué)習(xí)知識，并指導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用不同學(xué)科的知識和技能完成小項目、解決小問題，最終完成整個項目。最后，學(xué)生展示項目成果，并相互評價在本次活動中的表現(xiàn)。

（二）確定主題與目標(biāo)

在我國南方，每年的六、七月份都是降雨的高峰期，也就是我們俗稱的梅雨季節(jié)。下雨過多存在很多隱患，其中，最為嚴(yán)重、最為頻發(fā)的是洪水災(zāi)害，因而抗洪防汛成為這一時期重要的社會事務(wù)。水庫是抗洪防汛的重要設(shè)施，而在信息社會，智能化、自動化是社會、技術(shù)發(fā)展的主要方向。由此，得到項目主題：如何在到達(dá)警戒水位時及時給出提示并自動開閘泄洪。在解決抗洪防汛問題的基礎(chǔ)上，還可以培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)知識處理實際問題、參與公共事務(wù)的能力。

據(jù)此，設(shè)定本課教學(xué)目標(biāo)：（1）科學(xué)目標(biāo)。①了解洪水形成的原因以及預(yù)防應(yīng)對的方法;②了解水庫泄洪的重要性;③了解超聲波水位傳感器的工作原理。（2）技術(shù)目標(biāo)。①完成水位報警智能泄洪裝置的設(shè)計圖;②完成水位報警智能泄洪裝置的程序設(shè)計。（3）工程目標(biāo)。利用物聯(lián)網(wǎng)模塊完成水位報警智能泄洪裝置的搭建。

二、實踐過程

（一）情境導(dǎo)入，追根溯源

（播放視頻資料：1998年，自6月11日進(jìn)入梅雨期后，長江流域各地暴雨頻繁。汛期，長江流域共出現(xiàn)74個暴雨日，其中大暴雨日為64天，特大暴雨日為18天。持續(xù)的暴雨，造成山洪暴發(fā)，江河洪水泛濫，堤防、圍院漫潰，外洪內(nèi)澇及局部地區(qū)山體滑坡、泥石流，給長江流域造成了嚴(yán)重的損失。據(jù)不完全統(tǒng)計，受災(zāi)人口超過一億人，受災(zāi)農(nóng)作物1000多萬公頃，死亡1800多人，倒塌房屋430多萬間，經(jīng)濟(jì)損失1500多億元。）

師為什么在日常生活中“溫柔”的水會變得如此可怕？

（學(xué)生小組討論，教師總結(jié)學(xué)生的回答，得出“水失去了控制”這個結(jié)論。）

師生活中我們有一種常見的控制水的設(shè)施，是什么？

生水庫。

師那水庫是怎么控制水的呢？

（學(xué)生討論水庫的作用和原理。）

師同學(xué)們討論得非常熱烈，說得也很有道理！（課件播放水庫開閘、關(guān)閘的動畫）水庫可以通過開、關(guān)閘門來控制水。可是，之前的視頻中也有水庫啊，為什么沒起作用呢？

生水庫崩塌了。

師請同學(xué)們思考一下，水庫潰壩的主要原因是什么？

生沒能及時開閘泄洪。

師為什么沒能及時開閘泄洪？

生因為當(dāng)時是晚上，沒能及時發(fā)出警報。

（二）合作探究，巧妙解疑

師所以，難點(diǎn)在于如何及時發(fā)出警報。同學(xué)們能不能開動聰明的小腦袋瓜，在小組內(nèi)討論一下，想一個好辦法來實現(xiàn)自動報警與泄洪呢？

（學(xué)生小組討論。）

生在警戒水位線下方開一個排水口，利用浮球、浮板。

……

師剛才同學(xué)們想到的方案大多利用的是機(jī)械原理。能不能用我們認(rèn)識的傳感器設(shè)計一個智能裝置，讓它來自主探測水位高度，并判斷水位是否接近警戒水位，根據(jù)水位控制警報和閘門的開啟與關(guān)閉呢？

生可以。

師那我們可以用什么傳感器呢？有什么傳感器可以測量距離呢？

生超聲波傳感器。

師好，那我們就來試試用超聲波傳感器測量距離，控制水位。超聲波傳感器又是如何測量距離的呢？

生發(fā)射一道超聲波，根據(jù)超聲波碰到水面返回的時間，就可以計算出到水面的距離。

師很好，現(xiàn)在我們用超聲波傳感器測量水位。（出示超聲波模塊圖標(biāo)）那用什么來發(fā)出警報呢？

生蜂鳴器、報警燈。

師（出示蜂鳴器、LED燈模塊圖標(biāo)）用什么來控制閘門的開啟和關(guān)閉呢？

生馬達(dá)、舵機(jī)。

師（出示舵機(jī)模塊圖標(biāo)）還需要什么來指揮這些模塊運(yùn)行呢？

生主控板。

師（出示主控板模塊圖標(biāo)）有了這些模塊，我們能畫出設(shè)計圖，將它們安裝在合適的位置嗎？

生可以。

師好，請各小組拿出學(xué)案，閱讀“項目一”中的資料，組內(nèi)合作完成水庫智能報警泄洪裝置的設(shè)計圖。

（學(xué)生小組合作畫設(shè)計圖，教師巡視指導(dǎo)。）

師好，有不少小組已經(jīng)完成了自己的設(shè)計。哪一組愿意和大家分享你們的設(shè)計？

（學(xué)生展示。）

師好，讓我們一起來看看這組同學(xué)的設(shè)計，其他小組的同學(xué)幫忙找找有哪些地方需要優(yōu)化。

（師生一起就超聲波傳感器安裝的位置、面向的方向，舵機(jī)安裝的位置，報警器和主板安裝的位置等是否合理展開討論。）

（三）結(jié)合圖紙，完成搭建

師現(xiàn)在設(shè)計圖已經(jīng)完成了，請各小組閱讀學(xué)案上“項目二”中的資料，根據(jù)你們的設(shè)計圖，利用樂高積木塊和其他工具將各種模塊安裝到水庫模型上。

（學(xué)生小組合作完成拼搭，教師巡視指導(dǎo)。）

師老師發(fā)現(xiàn)有不少小組已經(jīng)完成了搭建，哪一組愿意來展示一下你們的作品？（指向一組）這組同學(xué)熱情很高漲，就請你們來展示吧。請其他小組仔細(xì)觀察，看看他們的作品有沒有什么可以改進(jìn)的地方？

（學(xué)生展示，師生討論各個模塊安裝位置是否合理。）

（四）結(jié)合實際，設(shè)計程序

師現(xiàn)在各組同學(xué)已經(jīng)將自己設(shè)計的報警泄洪裝置安裝在水庫模型上了，這個裝置開始發(fā)揮作用了嗎？

生沒有。

師為什么？

生還沒有編寫程序。

師那你們又準(zhǔn)備如何設(shè)計相應(yīng)的程序呢？這一程序要控制各個模塊做什么？老師這里有一張表格，先請同學(xué)們思考一下該如何填寫。

（學(xué)生討論填寫表格，得到下頁表1。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步討論得到編程的流程圖，如下頁圖1所示。）

（五）總結(jié)回顧，品味收獲

師今天，通過同學(xué)們的積極思考和合作探究，我們完成了“水位報警智能泄洪裝置”項目的圖紙設(shè)計與模型搭建，最后還完成了智能程序的流程設(shè)計，也就是經(jīng)歷了“提出問題、討論與交流、思考解決問題的策略、分析策略的實施和正式實施策略、進(jìn)行項目展示和評估”的過程。老師為你們感到驕傲，并希望同學(xué)們在今后的學(xué)習(xí)中都能像今天這節(jié)課一樣，善于思考、積極合作、勇于探究，去解決一項又一項任務(wù)，攻克一個又一個困難。

三、實踐反思

本次信息技術(shù)學(xué)科項目化教學(xué)的實踐成效顯著：

首先，學(xué)生成功利用樂高積木塊和其他工具制作了各種模塊并安裝到水庫模型上，有自己想象的模型，也有根據(jù)生活實際制作的水庫模型。其次，學(xué)生通過迭代解決設(shè)計過程中的問題，不斷鞏固知識、完善認(rèn)知結(jié)構(gòu)。學(xué)生知道了如何制作水庫和各種模塊，知道了水庫中的閥門如何利用超聲波傳感器測量水位來發(fā)出警報。學(xué)生積極參與制作和設(shè)計活動，充分發(fā)揮自己的想象力。學(xué)生在不斷地提問、思考、設(shè)計、制作、改進(jìn)的過程中，充分感受到了程序設(shè)計的魅力。學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題，并在不斷分析問題、改進(jìn)解決方案的過程中，充分鍛煉了自己的探究與設(shè)計的意識和能力。在設(shè)計制作結(jié)束后，大多數(shù)學(xué)生都認(rèn)識到，利用樂高積木塊和其他工具制作各種模塊是一個復(fù)雜的工程，編程后的安裝更是一項富有挑戰(zhàn)性的活動，模型的設(shè)計和安裝受技能、工具及材料等多方面因素的制約。在團(tuán)隊設(shè)計過程中，學(xué)生增強(qiáng)了團(tuán)隊合作與交流的能力，能主動尋求他人的支援，并積極幫助他人，尊重他人的勞動成果，樂于和他人分享自己的觀點(diǎn)、經(jīng)驗和制作成果。

本次實踐主要有以下兩個方面的創(chuàng)新之處：

整合學(xué)科教學(xué)。本次教學(xué)設(shè)計充分借鑒了STEM教育的理念，將數(shù)學(xué)計算、工程技術(shù)融入信息技術(shù)學(xué)習(xí)活動中。其中，運(yùn)用到的知識不僅包含信息技術(shù)的編程模塊與水庫閥門的安裝等相關(guān)知識，還涉及比例換算、材料選擇、結(jié)構(gòu)制作等跨學(xué)科知識，讓學(xué)生通過豐富的設(shè)計和制作活動進(jìn)行項目化學(xué)習(xí)。這樣的學(xué)習(xí)活動，充分鍛煉了學(xué)生的學(xué)科整合學(xué)習(xí)能力。

以項目為導(dǎo)向。基于整合教學(xué)的需要，本次教學(xué)設(shè)計融入了項目化教學(xué)的理念：從大問題（項目問題）出發(fā)，讓學(xué)生根據(jù)大問題延伸思考多個小問題。這種大問題套小問題的模式，能讓學(xué)生通過一步步解決小問題而獲得有用的知識和技能，從而為最終解決大問題做有力的鋪墊。在不同的環(huán)節(jié)中，教師還設(shè)計了多個富有挑戰(zhàn)性的問題，讓學(xué)生運(yùn)用剛學(xué)過的知識進(jìn)行設(shè)計、制作。最后，學(xué)生小組以產(chǎn)品的形式呈現(xiàn)學(xué)習(xí)成果，將知識與操作充分結(jié)合在一起。

當(dāng)然，本次實踐仍然存在一些有待改進(jìn)的地方：

評價方式不夠豐富。除了成果展示外，還可以設(shè)置其他評價方式，如針對個人的評價方式，可以有項目日志、個人經(jīng)歷短文等;針對團(tuán)隊的評價方式，可以有團(tuán)隊成員相互評價、多媒體研究報告等。這些評價方式不但可以用在總結(jié)性評價中，還可以用在探究活動的過程中，隨時隨地引導(dǎo)學(xué)生反思，并不斷給予學(xué)生反饋。

“探究味”不足。本次實踐主要偏向于設(shè)計與制作活動，缺少一定的探究活動。在以后的實踐中，我們可以從課程標(biāo)準(zhǔn)中發(fā)掘、從生活實際中開拓，找到既能增強(qiáng)學(xué)生自主探究能力，又具有一定社會影響的探究素材，進(jìn)而根據(jù)教學(xué)內(nèi)容設(shè)計能改善現(xiàn)狀或使人受益的探究活動。

部分學(xué)生對項目化教學(xué)不適應(yīng)。盡管項目化教學(xué)這種教學(xué)方式頗受學(xué)生歡迎，但學(xué)生仍表現(xiàn)出諸多不適應(yīng)：不少學(xué)生還習(xí)慣于傳統(tǒng)“教師講、學(xué)生聽”的教學(xué)方法，主體意識不強(qiáng)，主動去“做”的能動性不夠;部分學(xué)生對項目化教學(xué)缺少必要的心理準(zhǔn)備和角色認(rèn)同;部分學(xué)生對小組或個人完成工作任務(wù)一時難以適應(yīng)，感嘆課前要調(diào)查分析、上網(wǎng)查找資料等，課上完成項目的時間偏緊;部分學(xué)生的動手操作能力弱，因而課上小組內(nèi)學(xué)生任務(wù)完成的質(zhì)量有高有低，形成兩極分化現(xiàn)象。

任何一種教學(xué)模式都有其優(yōu)點(diǎn)和不足，我們不能過分夸大項目化教學(xué)的作用，把項目化教學(xué)看作適用于一切課程改革的“放之四海而皆準(zhǔn)”的真理。我們需要通過實事求是的實踐，發(fā)現(xiàn)信息技術(shù)項目化教學(xué)的價值與問題，不斷地從理論依據(jù)、知識結(jié)構(gòu)、教學(xué)評價等各方面加以完善。

參考文獻(xiàn)：

[1] 夏雪梅.從設(shè)計教學(xué)法到項目化學(xué)習(xí)：百年變遷重蹈覆轍還是涅槃重生？[J].中國教育學(xué)刊，2019（4）.

[2] 高玉萍.項目化教學(xué)課堂實施中存在的問題與對策[J].高等職業(yè)教育（天津職業(yè)大學(xué)學(xué)報），2009（5）.

[3] 何克抗.建構(gòu)主義的教學(xué)模式、教學(xué)方法與教學(xué)設(shè)計[J].北京師范大學(xué)學(xué)報（社會科學(xué)版），1997（5）.

[4] 朱學(xué)慶.概念圖的知識及其研究綜述[J].上海教育科研，2002（10）.