項目學習理念下Arduino與3D打印融合的教學實施

郭江浩　于松軍　傅師睿　張乾

【摘 要】本文從項目學習理念出發，提出將Arduino應用與3D打印融合進行教學實踐，實現3D打印作品的智能化轉變，并通過具體項目的選擇、設計、實施，來驗證其可行性。

【關鍵詞】項目學習;Arduino;3D打印

一、問題的提出

當前，3D打印教學在中小學廣泛開展，學校以社團和興趣小組的形式開展3D打印的教學實踐。在研究的層面，主要體現在3D打印與學科融合的研究，校本課程開發的研究等，在實踐層面，主要是引導學生設計、打印一些簡單的模型。這些固然能夠讓學生學習3D建模、3D打印，但是，目前社會已經迎來人工智能時代，智能化已經成為創客技術的主流。實現3D打印作品的智能化，不僅能夠使作品發揮更大的實用價值，更能讓學生學習和接觸到更多的創客技術，提升信息化創新素養。

二、核心概念概述

（一）項目學習

項目學習主要是指學生們圍繞一個主題或者項目，通過合作開展學習、研究、分析、創作、展示、評價等學習活動。[1]具體說，項目學習就是由選定項目、制定計劃、活動探究、作品制作、成果交流與評價幾部分組成。

（二）Ardunio

Arduino是一款方便、智能的開源電子硬件項目。它包含硬件（Arduino電路板）和軟件件（Mind+），通過連接各種傳感器和功能模塊，借助PC上的軟件進行可視化編程，實現智能的感知、識別、處理等功能功能。[2]

三、基于Ardunio的“3D打印智能課程表”項目學習案例

（一）選定項目

課程表是學生在校學習的進程安排表，初中學生對課程表非常熟悉，因此，選定“智能化課程表”作為3D打印智能化課程的一個項目。智能化課程表放在教室學生的旁邊，能夠按時提醒學生每節課的課程，使學生能夠在課前快速預習下節課的內容。

智能化課程表主要由兩部分組成，一部分是課程表的外部模型和框架，這一部分涉及到3D打印的建模與打印;另一部分是課程表的核心，借助Arduino開源平臺實現智能控制。

（二）制定計劃

學生要學會制作智能課程表，需要掌握3D建模與打印技術以及Arduino的編程技術，了解智能課程表的結構組成，分析各部分之間的關系，了解傳感器的功能與連接方法，理解其工作原理，設計出制作流程，還需要教師引導學生進行系統化探究學習設計。

（三）活動探究

依據智能課程表的功能，進行探究活動的設計，根據“建立小組-提出問題-引導學生假設和猜想-團隊合作-探究與設計-實驗與分析-可行性評估-展示成果”流程進行活動的探究。

探究活動1：探究智能課程表所需的主板、傳感器，以及傳感器的連線方法、編程方法，參數設置等。

探究活動2：探究智能課程表模型外觀、大小，及3D建模方法等。

通過兩個探究活動，得出智能課程表所需主板、傳感器，以及傳感器的連線方法、編程方法、參數設置、模型的設計草圖、建模方法等，得出了智能課程表的制作流程、調試方法。

（四）作品制作

兩組學生通過多次探究，分別探究出了合理、高效的智能課程表制作流程和調試方法，制作出智能課程表的流程。在調試過程中，學生運用時鐘控制器對顯示屏和功放喇叭的控制進行分析研究，總結出智能課程表控制系統的原理。

（五）活動評價

智能課程表項目采用過程性評價和總結性評價相結合的評價方案。過程性評價包含對學習態度及組織合作、搜集信息、發現問題、解決問題、創新創造、反思總結等能力評價。過程性評價在整個評價中占據大部分位置。總結性評價包含作品質量和功能目標兩部分，以提高學生成就感為基礎，提高學生學習的積極性為重點。

四、總結與反思

（一）項目選擇立足于興趣化、生活化、合作化

興趣是最好的老師。項目具有趣味性可以調動學生的積極性、主動性，這是完成項目的先決條件。只有服務于生活的項目才是有價值的項目，選擇的項目只有源于生活，又服務于生活，才能讓學生體驗創造價值的樂趣。在制作過程中合理地對組內人員進行分工，分工注重發揮學生個體特長優勢，這樣能夠提升學生綜合創新能力和合作探究能力。

（二）學生為主、教師為輔動態調控進程

計劃的制訂是智能課程表項目成敗的關鍵因素。在學生合作進行方案制定前，教師要對智能課程表項目進行知識梳理，對項目進行合理分解，讓學生對項目問題有深入認識，有針對性地制定計劃。學生在進行計劃的制訂時，教師要給予指導，指導并不是代替，而是遞進式地逐步引導學生完成。計劃制訂后教師要進行反饋、評價、引導，并及時調整計劃方案。在計劃實施時，指導學生分解任務，采用分工與協作并行解決出現的問題。

（三）加強活動探究的過程管理

活動探究是學生學的核心環節，通過探究能夠提高學生的思考、動手、創新能力。活動之前教師要對活動的目標有清晰的認識，對出現的問題進行預測，對活動的流程進行優化。加強活動探究的過程管理，包括小組的建立、問題的指導、團隊的溝通、作品的設計等;并對實踐活動的質量進行監控，使得整個活動在可控的范圍內。在調試環節指導學生進行迭代的調試方法，使作品調試到最優狀態。

（四）科學的、綜合的實踐活動評價

“智能課程表項目”采用過程性評價和終結性評價相結合。過程性評價采用維度評價，在評價形式上采用教師評價、小組評價和自評的方式;制作綜合性的評價量表有利于學生對學習目標的理解，也對實踐的過程更加重視;依據評價量表的標準能夠對作品進行不斷完善，提高作品的質量。

參考文獻：

[1]黃純國，殷常鴻.信息技術環境下的項目學習研究[J].中國電化教育，2007（05）.

[2]劉偉，莊達民，柳忠起.人機界面設計[M].北京：北京郵電大學出版社，2011.