基于项目式学习的中学创客教育活动设计与实践

基于项目式学习的中学创客教育活动设计与实践创客教育是一种基于真实情境开展的创新性教育，它以开放、创新、实践、合作、共享为教育理念，倡导造物，鼓励学生进行创造和分享，在实践过程中学习到多学科的知识，并提高学生问题分析与解决问题能力、合作交流能力以及创新能力。目前，创客教育通常采用项目式学习的方式，让学生在真实问题情境中探究学习，在完成项目的过程中获得知识技能，同时，在发现问题、分析问题、动手解决问题的过程中逐步形成核心素养。下面，笔者以Arduino“行人过街智能交通灯”项目为例，阐述创客教育理念下项目式学习活动的开展过程。确定项目主题真實情境下的问题涉及多学科知识，将真实问题作为项目式学习的出发点，有利于引导学生分析问题、解决问题以及反思问题，以此促进学生问题解决能力发展。笔者所在学校门前的马路刚和其他马路连接不久，还没有安装红绿灯，学生上下学过马路时存在一定的安全隐患。因此，需要设计制作一组交通灯，既保证行人和车辆的安全，也可协调行人和车辆的矛盾，提高道路的利用率和车辆的通行率。基于现实需求，学生决定利用在创客课程中学到的知识，制作一组行人过街智能交通灯。项目需求分析需求分析是项目实施的基础，其主要目标是明确项目要满足的功能要求和技术要求，这也是实施项目成败的关键。在明确了项目主题后，教师引导学生进行需求分析，梳理要解决的具体问题，明确最终要达到的功能。学生通过实地调查，测量了马路的宽度，测算了走路通过马路一般需要的时间;选择固定时间段分别统计了在十分钟内两个方向的机动车数量和行人数量;通过采访，明确了项目需要具有的功能。学生在调查分析的基础上，结合自己的生活经验或者通过网络搜索了解现有红绿灯控制方式的优缺点，并结合本校路口的人流量特点，选择采用行人过街智能交通红绿灯。基于调查结果，学生明确了智能红绿灯需要具有的功能，如下图所示。设计项目方案在明确了项目需求后，师生围绕项目主题，共同制订评价标准，以指导学生的创作活动，达到“以评促学”的效果。让学生从个体的角度出发制订评价标准，可以充分调动学生的积极性，将标准内化指导学生的创作。项目式学习是以小组为单位开展的，教师按照组内异质、组间同质的原则来划分，保证小组内的成员能力互补，组间平等竞争。各小组根据项目需求分析和评价标准，进行项目方案的设计，包括项目的子功能、时间规划等。在方案设计上，学生需要综合运用多学科的知识，通过与小组成员交流沟通，对项目方案不断进行完善。各小组成员首先需要了解红绿灯的设置和安装规范。学生在教师的引导下自主学习，通过网络查找红绿灯设置方面的材料。学生在遵循规范的基础上，通过头脑风暴的形式开展创意碰撞，对照项目需求分析，寻求技术解决方案，并提取出项目中需要使用的电子元件，确定使用方法。学生制作的行人过街智能交通灯项目方案如下表所示。实施项目方案各小组根据本组的设计解决方案，分工协作，按照电路设计、硬件搭建、程序编写、系统调试四个环节，完成行人过街智能交通灯项目，将最初的创意转变成现实的作品。学生首先根据项目功能需要，提取需要用到的电子元器件，并根据功能逻辑绘制程序框图。学生运用流程图绘制红绿灯的功能逻辑，这属于编程的核心，也是项目中的难点，遇到问题时，可以组内讨论，或寻求老师的帮助，这一阶段可以有效锻炼学生的计算思维能力。在硬件搭建阶段，学生通过网络查找资料等方式确定每种电子元器件的连接方式，了解每种元器件的工作特性。学生在了解了每种元器件代码后，需要将使用的元器件的所有代码在Mixly软件中根据流程图进行组合，通过循环结构、判断结构、顺序结构控制程序的逻辑功能实现。将程序根据代码编写规范写好后，对红绿灯的功能进行测试，检测其是否达到需求，并对存在的问题进行改正。项目展示与评价项目展示交流环节是项目实施中的重要一环。各组学生将自己制作的智能交通灯进行展示，分享制作经验和遇到的难题，通过分享，锻炼学生的表达能力。各组学生根据师生制订的评价标准相互评价，提出建议。各小组根据意见进行改进。教师对整个项目过程进行评价，并引导学生进一步完善智能交通灯的功能，以使其更加智能，更具有推广和应用价值。目前，项目中使用的主控板是nano板，无法做到根据具体的时间设置人行道红绿灯的时长，这是本项目下一步需要完善的地方。整体上，本项目紧贴现实生活，让学生在真实的问题情境中发现问