“智能家居”項目化學(xué)習(xí)的理論與實踐

姜琦琦 胡爽

項目化學(xué)習(xí)（PBL）是一種以學(xué)生為中心的教學(xué)模式，以真實的項目為任務(wù)，促進(jìn)學(xué)生通過學(xué)習(xí)、研究問題、得出結(jié)論來獲得知識和技能。項目式學(xué)習(xí)可以使學(xué)生主動發(fā)現(xiàn)、應(yīng)對現(xiàn)實世界的問題和挑戰(zhàn)。我校在2019年下學(xué)期，采用了項目化學(xué)習(xí)的方式對四年級的全體學(xué)生進(jìn)行了教學(xué)。

一、項目化學(xué)習(xí)的理論依據(jù)

（一）建構(gòu)主義理論

最早提出建構(gòu)主義的是瑞士心理學(xué)家皮亞杰，他認(rèn)為人的認(rèn)知發(fā)展依靠內(nèi)因與外因的相互作用，在個人能力與周圍環(huán)境相互作用中，逐步“建構(gòu)”關(guān)于外部世界的知識，使自身認(rèn)知結(jié)構(gòu)得到發(fā)展。在我們的項目化學(xué)習(xí)中，學(xué)生將頭腦中原有的對智能設(shè)備的認(rèn)識與課堂上新授的智能電路的知識進(jìn)行整合，不斷將新知識納入到自己原有的知識體系中。

（二）實用主義教育理論

杜威的實用主義教育理論提出“三中心論”，即以經(jīng)驗為中心、以兒童為中心、以活動為中心。他倡導(dǎo)將學(xué)習(xí)置于日常生活之中，他認(rèn)為，學(xué)習(xí)是積累經(jīng)驗的過程，因此主張“l(fā)earning by doing”，從實踐中學(xué)習(xí)，通過實踐獲得知識。我們的項目化學(xué)習(xí)正是秉承這一核心理論，學(xué)生每節(jié)課都會通過活動獲得新知識。

（三）發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)理論

美國著名教育家布魯納提出了發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)理論。他認(rèn)為，教學(xué)過程就是教師引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)的過程，學(xué)習(xí)就是依靠發(fā)現(xiàn)。教師的作用在于創(chuàng)設(shè)研究問題的情境，比如“倉庫最近頻繁失竊，請設(shè)計一個報警器，當(dāng)有聲音或有人經(jīng)過時報警器報警。”讓學(xué)生從解決問題的角度出發(fā)，既能激發(fā)學(xué)生探索的好奇心，也能增強(qiáng)社會責(zé)任感，減少對教師的依賴，從而提高學(xué)習(xí)的主動性。

二、項目化學(xué)習(xí)與傳統(tǒng)課堂教學(xué)相比的優(yōu)勢

在實施的過程中，我們發(fā)現(xiàn)項目化學(xué)習(xí)與傳統(tǒng)課堂教學(xué)相比具有很大的優(yōu)勢。

（一）實現(xiàn)學(xué)科之間的整合

課程內(nèi)容上，傳統(tǒng)教學(xué)中學(xué)生學(xué)到的知識都是課本上固定不變的或者教師課前設(shè)計好的。項目化學(xué)習(xí)在課程內(nèi)容上更注重學(xué)科之間的關(guān)聯(lián)，更能實現(xiàn)學(xué)科之間的整合;學(xué)生在項目化學(xué)習(xí)中學(xué)習(xí)到的知識是與實際相聯(lián)系的、有思維深度的，學(xué)習(xí)的過程是一體的、完整的;項目化學(xué)習(xí)中只是給學(xué)生一個學(xué)習(xí)的主題和范圍，學(xué)生需要查閱大量的信息和資料，從中篩選出可用的知識，在這個過程中鍛煉了學(xué)生提取信息、篩選信息和整合信息的能力。

（二）打破了傳統(tǒng)課堂教與學(xué)的格局

師生關(guān)系上，項目化學(xué)習(xí)打破了傳統(tǒng)教學(xué)中教師是領(lǐng)導(dǎo)者的格局，教師更像是教學(xué)資源的提供者和課堂活動的參與者。在學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生需要篩選學(xué)習(xí)內(nèi)容、自選器材設(shè)計作品、自創(chuàng)情景進(jìn)行小組展示，充分調(diào)動了學(xué)生的自主性。教師每節(jié)課都能從學(xué)生的展示中收獲到新的知識，實現(xiàn)師生共同進(jìn)步。

（三）評價貫穿學(xué)習(xí)過程

評價方式上，項目化學(xué)習(xí)與傳統(tǒng)教學(xué)不同，傳統(tǒng)教學(xué)更注重評價學(xué)生最終學(xué)習(xí)成果，而項目化學(xué)習(xí)更注重評價學(xué)生的學(xué)習(xí)過程。項目化學(xué)習(xí)在每一個階段都會對學(xué)生們進(jìn)行評價：啟動階段主要評價學(xué)生的閱讀能力、收集信息能力和交流展示能力;操作階段主要評價學(xué)生的動手操作能力、審美能力和領(lǐng)導(dǎo)能力;展示階段主要評價學(xué)生的寫作能力、語言表達(dá)能力和合作能力。項目化學(xué)習(xí)中評價貫穿了整個學(xué)習(xí)過程。

三、“智能家居”項目化學(xué)習(xí)的特點

（一）以問題為導(dǎo)向

現(xiàn)在家用智能設(shè)備已十分普及，比如人體感應(yīng)小夜燈、指紋門鎖、聲控光控?zé)簟⒆詣痈袘?yīng)門、煙霧報警器等。雖然這些設(shè)備就在我們身邊，但它們的內(nèi)部構(gòu)造是怎樣的？能否為自己量身定制一套智能家居系統(tǒng)？基于問題，我們利用本校擁有比特實驗室的優(yōu)勢，開展了智能家居項目學(xué)習(xí)。為解決問題而學(xué)習(xí)知識，又將學(xué)到的知識應(yīng)用到問題，讓學(xué)生體會到學(xué)有所用，學(xué)以致用。

（二）以項目為依托

所有的知識都以“智能家居”這個項目為依托。在項目中，學(xué)生將智能的比特元件與科學(xué)教材電學(xué)知識相結(jié)合，比特實驗室為我們提供了這些設(shè)備的智能元件：人體感應(yīng)開關(guān)、聲控開關(guān)、光控開關(guān)、煙霧感應(yīng)器等。教師不僅完成了基本電學(xué)知識的教學(xué)，同時還讓學(xué)生開拓了眼界，將所學(xué)知識與現(xiàn)實的科技生活相接軌，充分激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

（三）以跨學(xué)科為學(xué)習(xí)方式

智能家居項目涉及多學(xué)科、多領(lǐng)域的知識，能鍛煉學(xué)生多種能力。例如通過連接電路鍛煉了學(xué)生們動手操作的能力，為作品編寫說明書提升了學(xué)生們的寫作能力，為作品設(shè)計精美的外殼提升了學(xué)生們的審美能力等。對學(xué)生各個學(xué)科的能力都有提高。

（四）以小組為單位

我們將學(xué)生們劃分為6個小組，并進(jìn)行了合理的分工。在整個過程中，學(xué)生們以小組為單位，按自己的設(shè)想一步步完成作品，真正實現(xiàn)了自主學(xué)習(xí)和小組合作。

四、“智能家居”項目化學(xué)習(xí)的實施階段

“智能家居”項目化學(xué)習(xí)分為四個階段。

（一）項目啟動階段

通過教師的講解，學(xué)生了解到人工控制時代、自動控制時代和人工智能時代每一個時代的特點。例如，人工控制時代以人力為主要勞動力，自動控制是在人工設(shè)定和監(jiān)控的情況下用機(jī)械代替人力勞動，而人工智能是指讓機(jī)器擁有像人類一樣的思考能力，對人的意識、思維進(jìn)行模擬。為了讓學(xué)生加深理解，我們讓學(xué)生寫下自己的思考和暢想。比如在時代轉(zhuǎn)換的過程中，我們的生活發(fā)生了怎樣的的變化？未來我們的生活會變成什么樣？結(jié)合語文學(xué)科，讓學(xué)生寫下之后進(jìn)行作文評比。

（二）知識技能儲備階段

我們讓學(xué)生懂得，想要創(chuàng)造智能設(shè)備，學(xué)習(xí)電學(xué)基礎(chǔ)知識、鍛煉連接電路的基本技能是十分必要的。生活中我們接觸到的智能設(shè)備，無論內(nèi)部結(jié)構(gòu)多么復(fù)雜，其實都是由一些基本的電學(xué)元件組合而成。學(xué)生進(jìn)行了摩擦起電實驗，學(xué)習(xí)了兩種電荷和電荷間的相互作用，知道了電荷的定向移動會形成電流，電流會使小燈泡、小風(fēng)扇和蜂鳴器等用電器工作等。在實驗技能上，學(xué)生學(xué)習(xí)了電路的兩種連接方式：串聯(lián)和并聯(lián)，以及串并聯(lián)電路中用電器工作時的特點，還能根據(jù)實物圖畫出簡單的電路圖。這些知識與技能不僅是初中學(xué)好電學(xué)的基礎(chǔ)，同時也是我們“智能家居”項目式學(xué)習(xí)的基本操作，為學(xué)生后續(xù)設(shè)計智能電路做好鋪墊。

（三）實際操作階段

學(xué)生進(jìn)入比特實驗室，正式接觸智能元件——人體感應(yīng)開關(guān)、聲控開關(guān)、光控開關(guān)、語音模塊、報警器等。智能電路與基本電路的主要區(qū)別是開關(guān)能自動控制電路。在項目學(xué)習(xí)中，學(xué)生感受智能開關(guān)和用電器組合在一起能實現(xiàn)各種不同的功能。比如，將LED燈和光控開關(guān)串聯(lián)使用，當(dāng)用手將光控開關(guān)捂住，光控開關(guān)感受不到光時，LED燈自動亮起，將手移走，光控開關(guān)感受到光，LED燈自動熄滅;或者將語音模塊和人體感應(yīng)開關(guān)串聯(lián)使用，當(dāng)人體感應(yīng)開關(guān)感應(yīng)到人體，語音模塊可將自己錄制的語音播放。看到不同開關(guān)和用電器組合能實現(xiàn)各種功能，學(xué)生興奮極了。這時教師再啟發(fā)學(xué)生，這些簡單的設(shè)備可以應(yīng)用到哪些場景，學(xué)生們的思路就被打開了。當(dāng)熟悉智能元件的功能后，教師向?qū)W生們展示幾種生活中的場景，學(xué)生們需要根據(jù)場景的要求，選擇器材進(jìn)行設(shè)計并連接智能電路，將多個開關(guān)或者用電器并聯(lián)使用，就能實現(xiàn)更多的功能。

（四）創(chuàng)意設(shè)計階段

在熟練掌握連接電路的技能后，將學(xué)生們劃分為6個小組，每個小組分工合作，自選元件，展開充分的聯(lián)想自創(chuàng)情景設(shè)計一個全新的作品;還需要給核心元件設(shè)計精美的外殼，再以小組匯報的形式向大家介紹自己的成品。教師需要引導(dǎo)學(xué)生一步一步進(jìn)行，第一步：每個學(xué)生都要在紙上寫出所用的核心元件、能實現(xiàn)怎樣的功能、應(yīng)用到的場景和作品的名字;第二步：設(shè)計好作品后由小組成員投票評選出最佳設(shè)計，連接電路進(jìn)行產(chǎn)品調(diào)試。若無法實現(xiàn)功能，則需要改進(jìn)或及時更換作品;第三步：根據(jù)產(chǎn)品的功能和設(shè)計目的，制作精美的外殼（由比特實驗室提供），外殼配色要漂亮、與作品主題相符并有足夠的空間容納核心元件。第四步：以小組為單位展示作品，學(xué)生在展示時創(chuàng)新的加入了情景劇表演，每一名成員都參與其中，將作品展示得更加完整、更加吸引人。在項目式學(xué)習(xí)的過程中，學(xué)生不僅獲得了科學(xué)知識，還通過日記的方式記錄下了自己對待科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真的態(tài)度。

四、“智能家居”項目化學(xué)習(xí)的反思

我們的“智能家居”項目化學(xué)習(xí)，還屬于一個半開放式的項目化學(xué)習(xí)，反思整個階段，還有很多地方可以改進(jìn)。

（一）托寬信息的渠道

由于四年級的學(xué)生識別信息的能力有限、搜索方法也較單一，很難收集到大量有用的信息，所以在知識儲備階段教師采用了講授的方式。但課堂時間有限，學(xué)生獲得的信息也比較有限。可對這一階段進(jìn)行的改進(jìn)是，將計算機(jī)課程整合到項目學(xué)習(xí)中，讓專業(yè)的計算機(jī)老師教學(xué)生如何搜索信息，掌握搜索信息的多種途徑。這樣學(xué)生接收的知識范圍更廣，也更具個性化。

（二）開發(fā)教學(xué)資源

比特實驗室的器材十分豐富，除了在課上用到的基礎(chǔ)智能元件，還有一些更加高級的需要編程的智能元件，如溫度濕度傳感器、煙霧報警器、風(fēng)向儀等。這些元件對學(xué)生的編程能力要求更高，也更加具有挑戰(zhàn)性。若能將科學(xué)課和計算機(jī)編程課程融合，就能更好更充分地開發(fā)教學(xué)資源。

（三）整合多學(xué)科知識

在項目學(xué)習(xí)的第四階段，學(xué)生需要為作品設(shè)計精美的外殼，這一階段可以與美術(shù)課程整合，美術(shù)老師從專業(yè)的角度教學(xué)生如何搭配冷暖色，什么形狀的塑料片組合起來更加穩(wěn)固，如何將外形拼接得更加生動活潑等。

項目式學(xué)習(xí)從解決生活中的實際問題的出發(fā)，需要應(yīng)用各個學(xué)科的知識和技能，若將多學(xué)科整合之后進(jìn)行同一項目學(xué)習(xí)時，學(xué)生就能從各個方面重新建構(gòu)起網(wǎng)狀的知識體系，他們的思維才會真正被打開。

實施項目式學(xué)習(xí)可以提升學(xué)生的創(chuàng)新意識，激發(fā)了他們好奇心、求知欲，培養(yǎng)學(xué)生的質(zhì)疑精神，鼓勵學(xué)生大膽地想象和嘗試，從而獲得持續(xù)的、濃厚的學(xué)習(xí)興趣。也可以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維，學(xué)生在與小組其他成員的思維碰撞中突破思維定式，把發(fā)散思維和聚合思維有機(jī)結(jié)合，從而獲得創(chuàng)新方法，逐步培養(yǎng)創(chuàng)新精神。實施項目式學(xué)習(xí)對當(dāng)下鼓勵培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的理念具有深遠(yuǎn)的意義。

（責(zé)任編輯：李迪亞）