基于項目式學習的“思創、做創、優創”教學實踐
——“開源硬件項目設計”模塊的教學

呂寶榮 天津外國語大學附屬河北外國語中學

劉麗穎 天津市河北區教師發展中心

● 模塊內容簡析

開源硬件項目設計模塊的教學內容是在普通高中開設的選擇性必修模塊。該模塊的具體教學內容包括開源硬件的特征、開源硬件項目的流程，以及基于開源硬件的作品設計與制作。在教學實踐中可以把知識的學習融入項目學習中，采用基于項目式學習的創客培養教學模型作為教學策略開展開源硬件的學習。

● 基于項目式學習的“思創、做創、優創”教學策略

1.開展項目式學習創客培養教學策略前的準備

（1）采用小組合作的形式

采用組間同質、組內異質的原則，將4人組成一個小組，在組內根據每個成員的特點進行分工（通過小組會議商討小組成員的分工并形成小組決議）。

①組長：負責整體協調和合理安排工作進度，要有執行力，要熟悉各成員的工作內容與進度，并能根據項目進程做出調整。

②組員一（設計師）：負責產品模型的功能與外觀設計。

③組員二（程序員)：負責產品功能的程序編寫和調試。

④組員三（營銷員）：負責項目產品的包裝與分享、展示、宣傳。

（2）創設真實的教學情境

教學情境應源于真實生活并與教學主題相關聯，在教學實踐過程中，學生對真實情境中的問題進行抽象與分析，并運用知識找到解決問題的方法。

2.基于項目式學習的創客教學策略

高中生對知識整體的邏輯架構還不具備掌控的能力，運用計算思維、產品思維去解決真實問題的能力還有待提高。這就需要教師在創客教育實施的過程中，通過項目式學習引領學生思考如何去“思創”（思考創新），怎樣去“做創”（制作創新），如何去“優創”（優化創新）。筆者經過多年的教學實踐摸索出了基于項目式學習的創客教學模型并在教學中取得良好的效果。

（1）確定項目主題及相關資源庫

教師根據課標要求、教學目標以及學業要求幫助小組確定項目主題。項目的主題不僅要適宜高中生的學習能力和特點，還要考慮學生完成項目的時長和實施可行度，且要盡可能使項目微型化。

因為項目式學習要求學生在大量信息基礎上進行自主學習、意義建構，所以，設計適宜的學習環境和豐富的學習資源與工具是必不可少的環節。開源硬件的學習環境主要包括計算機、開源硬件設備、網絡設備和數字化學習工具等；學習資源既包括課堂中開源硬件的學科知識，如開源硬件的特征、發展、常見的平臺等，也包括通過校園網、人人通等資源平臺獲得的相關知識。教師將課程資料通過多種渠道（QQ群、微信群等）傳遞給學生，幫助學生建立開源硬件學習資源庫。

（2）開展項目活動探究并形成項目方案（思創）

在確立項目主題后，學生在教師的輔導下利用資源庫對相關項目任務進行調查分析，從而提煉出項目的核心問題。教師要引導學生開展團隊合作，并進行合理分工，利用思維導圖等數字化工具進行項目需求分析、項目方案設計等，培養學生的問題分析能力。在制訂項目方案時，要明確解決問題的關鍵指標是什么，把它作為后期驗證方案是否達到預期設想的目標。

（3）搭建項目產品原型（做創）

學生在作品制作的過程中，需要通過資源庫學習，掌握開源硬件各模塊的相關知識，以小組合作的形式進行有效協作，運用掌握的知識根據項目方案組裝硬件、編寫代碼，完成實際產品原型的搭建。

（4）測試產品模型的功能（做創）

這一環節要對產品原型進行測試，以達到項目主題所要實現的功能。根據項目式學習創客教學模型第二步中設定的關鍵指標進行性能測試，如果達到關鍵指標就進入下一步，如果沒能實現功能，則返回第二步修改方案，直到達到關鍵指標所約定的性能。這一環節，學生在不斷試錯中發現問題、探索問題并解決問題，學生要進行獨立思考，還要用科學的方法進行排查，同時也需要查閱大量的資料，學習新知識，提升個人解決問題的能力。在項目學習中，教師要轉換角色，從引領者轉變為項目的參與者、協調者和指導者，要在關鍵問題上給予學生點撥和啟發，引導學生給出解決問題的途徑。

（5）優化方案，改進產品模型（優創）

教師在此階段要啟發和引導學生對產品進行優化、改進。這一環節與上述四個環節是一個循環的過程，學生通常會在教師的引導下回到產品開發階段，對不滿意的部分進行修正或優化，直至得到相對滿意的產品原型。

（6）總結經驗，提升能力（優創）

這一環節通常讓學生以小組為單位，采用路演的形式，在對產品原型進行包裝的基礎上與全班進行分享和交流。教師要介紹路演的流程和規則，鼓勵學生主動、積極地進行展示和交流，幫助學生總結經驗、規劃知識、提升能力。

● 基于項目式學習的創客教學策略在教學中的實踐

下面，筆者以人教-中圖版普通高中信息技術《選擇性必修6 開源硬件項目設計》第四單元“開源硬件項目制作”為例，具體闡釋基于項目式學習的創客教學模型的實踐應用。

1.確定項目主題及相關資源庫

本章圍繞“智造美好生活”主題開展項目學習。①教師根據課標要求，按照創客教學模型第一環節內容，搭建課程所需要的學習環境和學習資源庫。②依據學生各自特長，按照組間同質、組內異質的原則進行分組。各組學生通過討論提出小組的項目主題，并確定小組成員各自需要完成的任務。

2.開展項目活動探究并形成項目方案

以“智能藥盒”小組為例，該組學生通過討論家中老人日常行為發現“銀發一族”經常會忘記按時吃藥。于是該組學生提出將“制作一個提醒老人吃藥的智能藥盒”作為項目主題。

學生在教師的輔導下，利用教師提供的資源庫以及數字化工具對該項目進行了深入分析。初步確定要實現如下功能：每天早、中、晚設定鬧鐘，提醒老人吃藥。如果老人打開藥盒吃藥，鬧鐘不再響，如果老人沒有吃藥，兩分鐘后鬧鐘會再次響起，并且藥盒上會亮起紅色LED燈，如此往復直到老人打開藥盒吃藥。

學生通過查找資源庫資料，并向教師咨詢相關編程控制硬件問題后，提出利用虛谷號的主控制器和擴展板以及LED燈、傾斜傳感器來實現所需功能。最后，小組所有成員對項目的目標和實施過程達成共識，并形成具體的項目方案。

3.搭建項目產品原型

①放置定時器（根據設定的時間由蜂鳴器發聲且紅色LED燈亮起提醒老人吃藥）。②放置控制板。在盒蓋上放置傾斜傳感器，通過打開盒蓋的動作，使得傳感器數據產生變化，并反饋到蜂鳴器和LED燈上（如果沒吃藥亮紅燈，蜂鳴器發出聲音）。③編寫控制程序代碼，完成產品原型的搭建（如圖1）。

4.測試產品模型的功能

學生將智能藥盒產品模型的功能對照解決方案中設置的關鍵指標，反復進行測試，達到預期后，確認實現了智能藥盒產品模型的功能，完成助老服務項目的搭建。

5.優化方案，改進產品模型

在學生進行路演的過程中，其他組的同學提出了問題：如果老人打開藥盒但沒有拿走藥片，傾斜傳感器就起不到作用了。為了解決這一問題，學生在藥盒下方放了壓力傳感器（老人拿走藥片，壓力傳感器就會有數據變化），如圖2所示。

在教師的引導下，學生對方案進行進一步優化。學生給藥盒添加了不同顏色的燈，用來表示有藥片、無藥片的情況，紅燈表示有沒吃的藥片，綠燈表示藥片已被老人拿走吃掉。如果老人過了1小時還沒有吃藥，就通過老人的手環給他的子女發信息，告知老人的異常情況。

6.總結經驗，提升能力

在這一環節中，教師要求各項目組完成項目研究報告的撰寫，并以小組為單位進行展示匯報。在報告中讓學生回顧本次創造實踐活動的過程，梳理學科知識，總結經驗教訓。在展示匯報中，學生按照教師公布的路演規則和流程分享項目規劃的過程、分工情況、遇到的問題、解決的方案等。教師鼓勵學生課后將項目成果發布到開源社區，與互聯網上的創客們分享與交流。在交流過程中，學生的核心素養得到了提升，創新能力得到了提高。

● 結語

基于開源硬件的學習，不僅能促進學生創新能力、實踐能力的提升，還為學生后續的學習提供了寶貴的經驗。這門課程是信息技術課程創新性和豐滿性的有益補充，同時它對教師的專業發展也起到了積極的促進作用。