徐毅 廣東省深圳市光明區(qū)光明小學

陳陸 廣東省深圳市光明區(qū)龍豪小學

《義務(wù)教育信息科技課程標準（2022年版）》（以下簡稱“新課標”）指出，信息科技課程旨在培養(yǎng)學生科學精神和科技倫理，提升數(shù)字素養(yǎng)與技能，倡導以真實問題或項目為驅(qū)動，引導學生經(jīng)歷計算思維和數(shù)字化工具應(yīng)用過程，鼓勵“做中學”“用中學”“創(chuàng)中學”，凸顯學生的主體性。[1]而在眾多被認為能夠培養(yǎng)學生學科素養(yǎng)的教學方式中，項目式學習以其真實性、實踐性、主體性、持續(xù)性、遷移性等特征受廣大一線教師青睞。而以真實情境中的真實問題為切入點，開展大單元主題活動可以幫助學生提升數(shù)字素養(yǎng)和創(chuàng)新應(yīng)用能力。[2]

●項目設(shè)計

1.項目背景

新課標將該學科的課程內(nèi)容按照年級劃分為9個模塊，而小學六年級對應(yīng)的學習內(nèi)容是過程與控制，本部分內(nèi)容的學習旨在讓學生認識到過程與控制廣泛存在于日常生活中，知道反饋、環(huán)路、優(yōu)化等概念，針對簡單的過程與控制系統(tǒng)，可以借助編程來加以驗證。

“隧道智能排水系統(tǒng)”項目以真實情境中的隧道或地下車庫等低洼處排水為切入點，借助開源硬件設(shè)備和圖形化編程軟件，讓學生在設(shè)計和制作作品的過程中，理解過程與控制的原理，了解其特征，掌握計算機解決問題的手段，感受和認知信息科技對生活的影響和價值。同時，通過項目化的學習，讓學生在實踐中提升數(shù)字素養(yǎng)和科學精神，增強合作探究、知識遷移、創(chuàng)新應(yīng)用等高階思維能力。

2.學情分析

該項目的實施對象是學校人工智能社團的學生，以六年級學生為主。該年齡段的學生思維正處于形式運算階段，有一定的邏輯思維能力和數(shù)字化學習能力，善于思考，喜歡“做中學”。他們掌握了程序算法和圖形化編程的部分知識，但是利用開源硬件設(shè)備和圖像化編程軟件并結(jié)合數(shù)字化的學習工具完成一項創(chuàng)客類作品的設(shè)計和制作還存在一定的困難。此外，他們對控制系統(tǒng)還缺少一定的認知。

3.內(nèi)容設(shè)計

本單元對應(yīng)的是六年級“過程與控制”模塊，按照項目式學習的實施流程，該項目主要包括確定問題、設(shè)計方案、解決問題、展示評價四個環(huán)節(jié)。

（1）確定問題。分析隧道智能排水系統(tǒng)的功能需求，包括哪幾個模塊、作品最終要呈現(xiàn)出怎樣的效果。

（2）方案設(shè)計。針對提出的問題，科學制訂有效的實施方案。該項目的方案主要包括七個環(huán)節(jié)：確定問題—選擇工具—確定技術(shù)—設(shè)計模型—編寫程序—調(diào)試反饋—作品展示。

（3）解決問題。問題解決環(huán)節(jié)也是方案實施的過程，主要包括作品模型設(shè)計與制作、編寫程序驗證、調(diào)試反饋優(yōu)化。

（4）展示評價。學生展示小組作品，小組之間相互評價，根據(jù)評價進行后續(xù)的修改和完善。

其具體學習內(nèi)容和課時安排如表1所示。

表1 《隧道智能排水系統(tǒng)》學習內(nèi)容

4.目標設(shè)計

過程與控制對于六年級的學生來說是比較抽象難懂的術(shù)語，按照新課標要求，教師在講授的過程中要從學生身邊的控制系統(tǒng)入手，采用項目式學習，通過自主探究和協(xié)作學習，激發(fā)學生的學習興趣，使其了解過程與控制的原理和特征，并能夠用計算機編程完成驗證。因此，本項目的最終目標是學生通過制作“隧道智能排水系統(tǒng)”，理解系統(tǒng)實現(xiàn)過程與控制原理，感受信息科技的魅力。具體目標如下：①通過確定作品功能，初步了解過程與控制可以抽象為“輸入—計算—輸出”三個典型環(huán)節(jié)；一個系統(tǒng)可以劃分為幾個模塊，并能夠?qū)⑺鼈儦w納出來；②通過計算機編程實現(xiàn)過程與控制，并理解閾值、開關(guān)量和連續(xù)量的概念，了解連續(xù)量可以經(jīng)由閾值判斷形成開關(guān)量。③通過項目學習，提升計算思維、數(shù)字化學習與創(chuàng)新等學科素養(yǎng)，感受信息科技對生活的影響和價值。

●項目實施

1.問題確定

近年來，因為暴雨導致下水道、車庫等低洼處被淹的事件屢見不鮮，那么，能否利用所學知識制作一款模擬的智能排水裝置呢？根據(jù)自己的理解并結(jié)合生活中的智能設(shè)備，想一想這樣的裝置應(yīng)該包含哪些功能？

從學生身邊的現(xiàn)象入手，可以更好地幫助學生把握作品的功能。例如，開車進出小區(qū)，當攝像頭識別到車牌時，道閘就會自動抬起；在樓道的聲控燈系統(tǒng)中，當聲音達到一定程度時，樓道燈就會亮等。根據(jù)這些現(xiàn)象并結(jié)合學生的生活經(jīng)驗引導學生思考該作品的最終效果應(yīng)該包括哪些，各小組借助思維導圖工具形成功能方案并進行匯報交流，形成最終方案。如圖1所示，教師可以通過對作品功能的講解讓學生明白過程與控制系統(tǒng)在生活中廣泛存在而且可以劃分為幾個模塊。

圖1 “隧道智能排水系統(tǒng)”功能

2.方案設(shè)計

對于創(chuàng)客類項目的設(shè)計與開發(fā)，在系統(tǒng)功能確定以后，教師不要急于要求學生編寫程序，而是要幫助學生確定開源的硬件設(shè)備和圖形化的編程工具，理清模塊與模塊以及輸入量和輸出量之間的邏輯關(guān)系，并借助數(shù)字化學習工具描述項目所需技術(shù)種類和技術(shù)實現(xiàn)過程。

本單元主題在實施過程中所用的開源硬件是掌控板，而對于開發(fā)軟件，不同的學生有不同的選擇。在技術(shù)工具確定以后還需要讓學生理清技術(shù)實現(xiàn)的路徑，這也是培養(yǎng)學生計算思維的重要環(huán)節(jié)，通過這一環(huán)節(jié)不僅可以幫助學生了解閾值、開關(guān)量和連續(xù)量的概念，為后續(xù)的編程驗證打下良好的基礎(chǔ)，更重要的是提升了學生的計算思維能力?！八淼乐悄芘潘到y(tǒng)”的技術(shù)實現(xiàn)路徑如圖2所示。

圖2 “隧道智能排水系統(tǒng)”技術(shù)實現(xiàn)路徑

3.創(chuàng)作作品

該部分包括模型設(shè)計與制作、siot物聯(lián)網(wǎng)平臺的搭建、掌控板編程以及Appinventor編程四個方面的內(nèi)容，共14個課時。

模型的結(jié)構(gòu)主要根據(jù)功能進行設(shè)計，用到的軟件為CorelDraw軟件，設(shè)計完成以后在教師的指導下利用激光切割技術(shù)完成切割和組裝；對掌控板的編程主要利用Mind＋和mPhyton軟件；而搭建siot物聯(lián)網(wǎng)平臺和Appinventor編程是比較新的知識。

學生通過計算機編程并驗證自己的想法，可以更好地理解過程與控制的核心概念和實現(xiàn)原理，這對歸納和總結(jié)出生活中過程與控制系統(tǒng)的“輸入—計算—輸出”典型環(huán)節(jié)有非常大的幫助。例如，本項目中雨水的增加為輸入，掌控板通過程序運算判斷水位是否達到了設(shè)置的閾值，如果達到了閘機關(guān)閉，車輛禁止通行，舵機開始抽水工作，而水位傳感器則將水位數(shù)據(jù)實時傳送給掌控板，當水位再次低于設(shè)置的閾值時，則閘機打開，車輛通行，抽水機停止抽水，其中執(zhí)行器的工作即為系統(tǒng)的輸出。此外，通過移動端發(fā)出抽水和查看水位的過程也可以歸納為“輸入—計算—輸出”三個典型環(huán)節(jié)。因此，利用數(shù)字化編程工具編寫程序不僅可以增強學生對數(shù)字化工具的使用能力，而且可以提升學生的計算思維能力和創(chuàng)新應(yīng)用能力。

4.方案優(yōu)化

程序調(diào)試是設(shè)計開發(fā)類項目中的重要一環(huán)，也是優(yōu)化方案的必經(jīng)之路。程序調(diào)試可以幫助學生借助邏輯運算和編程實現(xiàn)對控制器的過程控制，通過實驗加以驗證和深入學習，在優(yōu)化作品的同時加深對計算機實現(xiàn)過程與控制的理解，提升發(fā)現(xiàn)問題、思考問題、解決問題的高階思維能力。例如，有的小組在實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)和WIFI鏈接成功以后，MP3模塊播報鏈接成功的語音提示，但是經(jīng)過測試以后發(fā)現(xiàn)Mind＋軟件無法實現(xiàn)，而用mPhyton編程軟件則可以成功實現(xiàn)。

5.交流反饋

每一小組派一名代表對本組的作品進行分享和講解，分享完成以后，由其他組成員對該作品進行點評，說出優(yōu)缺點和改進之處。通過此環(huán)節(jié)，筆者發(fā)現(xiàn)六年級的學生樂意分享自己的作品，并能夠清晰地表達自己的想法，而且有部分小組在原有的功能基礎(chǔ)上還增加了其他效果，如在水位達到設(shè)定的閾值以后添加警報提示功能，將物聯(lián)網(wǎng)和WIFI連接后設(shè)置語音提示功能等。

6.評價總結(jié)

項目式學習主要采用過程性評價和總結(jié)性評價相結(jié)合的方式。過程性評價主要從學生學習態(tài)度、小組合作、個人貢獻、課堂表現(xiàn)方面進行評價，而總結(jié)性評價則包括作品效果以及知識技能兩個維度。此外，對學生的學習效果的評價主要以自評和師評相結(jié)合的方式進行，自評為主，師評為輔。具體的評價內(nèi)容如表2所示。

表2 “隧道智能排水系統(tǒng)”評價表

●項目總結(jié)

本次項目式學習歷時6周，從學生的參與程度和最終的作品效果來看，絕大多數(shù)學生都參與到項目過程中并能夠?qū)崿F(xiàn)作品效果。

●結(jié)語

自新課標頒布以來，一線信息科技教育工作者都在探索如何落地實施新課標中的教學內(nèi)容，而源自美國教育家杜威的“做中學”教育理論的項目式學習強調(diào)從真實的問題情境入手，引導學生以小組協(xié)作的方式探究并解決真實的、劣構(gòu)的問題，從而幫助學生完成知識遷移和素養(yǎng)提升。[3]新課標中的“教學建議”環(huán)節(jié)也提倡采用項目式學習的方式開展教學實踐。因此，項目式學習是實現(xiàn)課堂深度學習、提升學生高階思維能力的最佳路徑。本項目的實施對象是有一定認知基礎(chǔ)的社團學生，實施效果良好，而在今后的常態(tài)課中的實施效果還不得而知，所以還需進行進一步的實踐探索。