智能設(shè)計社團教學(xué)的探索與實踐

張冬群

摘要：信息技術(shù)社團課程作為對信息技術(shù)課堂的補充、延伸和拓展，有利于學(xué)生綜合素養(yǎng)的培養(yǎng)。如何有效開展社團課程，并在信息技術(shù)社團課程教學(xué)中落實對學(xué)生核心素養(yǎng)的培養(yǎng)，是我們信息技術(shù)教師思考的方向。本文分析了在信息技術(shù)社團課中選擇智能設(shè)計的原因，以及智能設(shè)計教學(xué)在社團課中的探索與實踐。

關(guān)鍵詞：智能設(shè)計 社團教學(xué) 項目化學(xué)習(xí) 探索實踐

大數(shù)據(jù)時代的到來使得信息技術(shù)在人們的工作、學(xué)習(xí)和生活等方面的應(yīng)用越來越廣泛，信息技術(shù)核心素養(yǎng)的培養(yǎng)越來越重要，信息技術(shù)課程的重要性也越來越凸顯。信息技術(shù)學(xué)科的關(guān)鍵知識綜合素養(yǎng)包含信息意識、計算思維、數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新以及社會責(zé)任。信息技術(shù)知識素養(yǎng)的培養(yǎng)不僅體現(xiàn)在信息技術(shù)的課堂教學(xué)中，更需要體現(xiàn)在信息技術(shù)的拓展性課程如社團課中。

一、智能設(shè)計社團課程開課背景

（一）課程自身特點

本學(xué)期我開設(shè)的社團課程是智能設(shè)計，即在Arduino開源套件的基礎(chǔ)上使用可視化編程軟件Mixly來進行創(chuàng)意制作。Arduino是一款便捷靈活、方便上手的開源電子原型平臺，它能通過各種各樣的傳感器感知環(huán)境，并可以通過控制各種燈光和其他裝置來反饋、影響環(huán)境。Mixly擁有類似Scratch的圖像編程界面，讓編程就像搭積木一樣簡單。Arduino軟硬件在開源的策略上，實時生成代碼，通過USB接線與DIY硬件Arduino即時編譯通信。通過設(shè)計的Mixly程序與開源電子元件組成的創(chuàng)客作品，學(xué)生既可以表達創(chuàng)意，又可以動手動腦實踐創(chuàng)意，更能激發(fā)和吸引學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

（二）學(xué)校社團課程開設(shè)現(xiàn)狀

我校自2016年建校就堅持開設(shè)社團課程，并開發(fā)了專門的社團課程管理軟件。每學(xué)期包括信息技術(shù)社團在內(nèi)，開課的社團達到20多個，其中九年級不開設(shè)，七、八年級每周五下午開展社團課程。社團課開設(shè)實行選課制，由于學(xué)生年齡跨度不大，七、八年級學(xué)生可以混合選報社團，學(xué)生根據(jù)自己的興趣愛好在選課軟件上自由選擇社團。雖然社團學(xué)生的年齡不同，認(rèn)知水平不同，學(xué)習(xí)能力也不同，但他們大都對創(chuàng)意設(shè)計感興趣。

從學(xué)校社團課程開設(shè)現(xiàn)狀、社團學(xué)生結(jié)構(gòu)特點和課程自身特點綜合考慮，我們決定在信息技術(shù)社團課中涉及智能設(shè)計，在創(chuàng)意設(shè)計過程中逐漸培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維和創(chuàng)新思維。

二、基于項目式學(xué)習(xí)的社團教學(xué)探索與實踐

（一）善于發(fā)現(xiàn)問題，挖掘創(chuàng)新源動力

發(fā)現(xiàn)研究問題和收集研究問題是創(chuàng)客教育實施的基礎(chǔ)，需要教師和學(xué)生給予充分的重視。生活中從來不缺少問題，也不乏發(fā)現(xiàn)問題的眼睛，但缺少能隨時隨地記錄問題和收集問題的有心人，而這些問題往往能給我們提供創(chuàng)作的源動力。鑒于中學(xué)生的知識基礎(chǔ)相對薄弱，我建議學(xué)生從生活實際出發(fā)，從身邊的人、事著手觀察，去發(fā)現(xiàn)問題、收集問題并記錄問題。例如，班里有一個學(xué)生喜歡養(yǎng)植花草，種植花草可以改善環(huán)境，緩解壓力，放松心情，一舉多得。但照顧花草是一件極其麻煩的事，就連澆水都大有學(xué)問。不同的植物對濕度的需求不同，有的水澆多了會“淹死”，有的卻可以水培。于是他想著能不能設(shè)計一款智能澆水裝置，這樣可以更輕松有效地打理植物，讓我們及時知道植物缺不缺水，缺水到什么程度，該澆多少水合適。這就是從身邊實際出發(fā)發(fā)現(xiàn)問題，有解決問題的需求也就有了創(chuàng)新研究的源動力。

（二）集體討論問題，確定研究項目

學(xué)生們收集了許多研究問題，那選擇哪個問題進行研究呢？這決定著后續(xù)的研究能不能高效順利開展。若由教師指定，輕則學(xué)生會質(zhì)疑教師的選擇，對確定的研究問題產(chǎn)生排斥;重則可能導(dǎo)致學(xué)生失去對智能創(chuàng)作設(shè)計的興趣。拿出時間全班一起討論是必要的，也是值得的。

還是以智能澆水裝置為例。這位同學(xué)發(fā)現(xiàn)、記錄并提出了問題，學(xué)生在小組內(nèi)集體討論。首先進行需求分析，看看土壤濕度監(jiān)測是否符合人們的需求。再進行可行性分析，我們能否實現(xiàn)預(yù)期需求，該如何實現(xiàn)。經(jīng)過思考和討論學(xué)生明確濕度傳感器可以實時獲取土壤濕度數(shù)據(jù)并返回給控制系統(tǒng)，那設(shè)想的裝置功能就能實現(xiàn)。學(xué)生制訂了一個初步方案：利用土壤濕度傳感器將采集到的數(shù)據(jù)反饋給UNO控制器進行分析判斷，并將結(jié)果通過RGB燈顯示出來。如果RGB燈為綠色，則反饋花草不需要澆水;如果RGB燈為黃色，則反饋花草有點缺水，需要少量補水;如果RGB燈為紅色，則反饋花草嚴(yán)重缺水，必須立即澆水。那用到的功能模塊就包括UNO板子、土壤濕度傳感器模塊、RGB燈，以及USB數(shù)據(jù)線和杜邦線等一些輔助設(shè)備。明確方案后，完成創(chuàng)意表填寫，闡述創(chuàng)意由來、創(chuàng)新點、結(jié)構(gòu)圖，以及程序設(shè)計流程圖。

教師巡視查看每個小組創(chuàng)意規(guī)劃表的填寫情況，查看學(xué)生是否積極有效填寫，做到心中有數(shù)，并鼓勵他們創(chuàng)新。

（三）明確分配任務(wù)，實踐優(yōu)化方案

學(xué)生填寫好規(guī)劃創(chuàng)意表后，依據(jù)創(chuàng)意表進行實踐。在創(chuàng)作的過程中如果是小項目，單個人能完成的，鼓勵小組內(nèi)所有同學(xué)都操作;如果項目較為復(fù)雜，則進行組內(nèi)分工，明確各個組員的任務(wù)，確保所有學(xué)生都參與到項目設(shè)計中。通常由一名學(xué)生負(fù)責(zé)開源系統(tǒng)硬件搭建，一名學(xué)生負(fù)責(zé)設(shè)計流程圖，一名學(xué)生負(fù)責(zé)編寫程序，其他學(xué)生負(fù)責(zé)在旁協(xié)助理清思路。對于同一個問題，在思考的過程中大家必然會有不同的解決方案，教師就可以讓他們一個個地來分享自己的思路與方案。學(xué)生敘述的過程中，教師在旁邊聆聽，當(dāng)出現(xiàn)問題時，教師就可以提出疑問，讓學(xué)生拓展思路，自查思路誤區(qū)。如“自動澆水裝置”可以根據(jù)氣候和不同植物的最適宜濕度值設(shè)定不同的閾值范圍;發(fā)現(xiàn)植物缺水時既可以用指示燈來提示，也可以通過蜂鳴器鳴聲來進行提示。

大膽放手，以學(xué)生為主體，讓學(xué)生按他們自己的創(chuàng)意創(chuàng)作自己的智能設(shè)計作品，培養(yǎng)學(xué)生數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新素養(yǎng)和計算思維。

（四）分享交流方案，拓展提升能力

作品分享是智能設(shè)計社團教學(xué)重要的一個環(huán)節(jié)，我們在社團課教學(xué)中非常注重交流和分享。學(xué)生在分享作品、分享創(chuàng)意、分享技術(shù)、分享問題的過程中互相學(xué)習(xí)，取長補短，共同成長。我們鼓勵學(xué)生參加各類比賽，開設(shè)校園集市展，將項目作品上傳至線上創(chuàng)客空間，用不同的方式和更多的人分享交流，讓學(xué)生更有成就感，更有信心進一步創(chuàng)作。

三、社團教學(xué)中核心素養(yǎng)的培養(yǎng)

我們以智能設(shè)計為載體，在學(xué)校社團課程實踐中落實對學(xué)生核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。學(xué)生聯(lián)系實際生活發(fā)現(xiàn)問題、思考問題，培養(yǎng)了信息意識，形成計算思維，懂得使用信息技術(shù)主動獲取知識、解決問題。創(chuàng)意設(shè)計的過程中提高了學(xué)生計算思維和邏輯能力，學(xué)生會用各種數(shù)字作品來表達自己的想法和創(chuàng)意。在項目化合作實踐過程中，更好地鍛煉了學(xué)生的溝通交流能力、協(xié)作能力，遇到問題時懂得如何借助工具與資源去創(chuàng)造性解決問題。在設(shè)計實踐中，學(xué)生會發(fā)現(xiàn)自己的知識盲區(qū)，夯實基礎(chǔ)，在自學(xué)、實踐、探索中綜合能力不斷得到提升。

參考文獻：

[1]陳月清.信息技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)的框架與內(nèi)涵[J].創(chuàng)新時代，2018（2）：90-91.

[2]任媛媛，劉楊，李高峰.例談美國STEM課程的目標(biāo)、導(dǎo)入及活動過程[J].中學(xué)物理教學(xué)參考，2017（17）：57-59.

[3]王浩.創(chuàng)客教育實踐對初中信息素養(yǎng)教育內(nèi)容的啟示[J].求知導(dǎo)刊，2020（27）：63-64.

責(zé)任編輯：唐丹丹

3526501908262