開源硬件項目中培養學生信息技術素養

蘭穎

摘要：如何在開源硬件項目中培養學生的信息學科素養，成為當前信息技術教學迫切需要解決的問題。筆者從開源硬件項目設計課程入手，在教學實踐中提煉培養學生信息意識、計算思維、創新能力和信息社會責任的策略及方法，從而培養學生的信息技術核心素養。

關鍵詞：核心素養? ?信息意識? ?計算思維? ?創新能力? ?信息社會責任

隨著創客教育、STEAM教育等新教育模式的應用，著力提升學生的信息技術核心素養、促進學生的全面發展成為信息技術學科的重要目標。基于此，高中信息技術新課標中設立了“開源硬件項目設計”選擇性必修模塊，以引導學生創新，提高學生動手實踐的水平。如何在開源硬件項目的實際教學中培養學生的信息素養成為教師探究的重點。

經課堂實踐觀察和現狀調查發現，目前很多中小學也在逐漸開設類似“開源硬件項目設計”模塊的課程，但由于教學方法比較陳舊，教師缺乏經驗，缺乏指導，課程往往成為教師演示和學生模擬的操練課，學生并未完成真正意義上的探究學習，這不僅與“開源硬件項目設計”模塊的培養理念不符，也不能真正提高學生的信息學科素養。由此特別需要科學的方法和策略對高中信息技術教師開展“開源硬件項目設計”模塊教學進行引導。因此，結合本校開源硬件校本課程教學，筆者開展了高中階段開源硬件項目培養學生信息學科素養的實踐研究工作，提出了以下幾項策略以提升學生信息技術核心素養。

一、讓學生認識開源硬件對信息技術創新的意義

信息意識可以簡單理解為對信息和信息技術的敏感度、價值判斷力及選擇信息技術解決問題的能力。

從信息的獲取、加工、管理等方面可以將信息意識劃分為信息需求意識、信息選擇意識、信息加工意識和信息管理意識。于是，在開源硬件項目設計過程中可以有以下幾種培養學生信息意識的策略：

（一）提供豐富的學習資源，培養信息需求及選擇意識

在項目設計的過程中，提供盡可能多的材料與信息資源，讓學生可以有目的地選擇需要的、合適的進行探究，培養學生的信息需求及選擇意識。

如在項目“智能晾衣架”的制作過程中，筆者給學生提供了若干材料：木頭、塑膠板、熱熔膠槍、電焊、膠棒、有機玻璃板、激光切割機、3D打印機等。學生能夠根據自己的設計構想有意識地選擇自己需要的材料及工具。

（二）創設需求情境，培養信息加工意識

為培養學生主動加工信息的意識，可以為學生創設發現問題、產生信息加工需求的情境，從而讓他們選擇合適的數字化工具對信息進行加工。

如在制作智能門鈴中，教師可以設置以下情境：門鈴是通過聲音通知有人來訪，如果主人聽力不太好，這樣的情況該怎么解決？此時，同學們會開發思維，設想各種解決問題的辦法。如有的同學選擇增加一個LED燈，有的同學設計增加舵機模塊。根據創設的情景，學生設計不同的方案進行信息加工，不僅選擇不同的硬件，也要選擇合適的編程軟件完成加工，從而實現自己的設計。通過創設不同的情境，激發學生信息加工的欲望，在設計不同的加工方案中提高他們的信息意識。

二、綜合運用多學科知識在項目實施過程中提升計算思維

計算思維是指運用計算機科學的基礎概念進行問題求解、系統設計以及人類行為理解的一系列思維活動。而開源硬件項目教育的理念恰恰是讓學生在綜合運用多學科知識進行作品的創意、設計、制作、測試、運行的過程中，形成以信息技術學科方法觀察事物和求解問題的能力，從而在作品完成的每個步驟中逐步提升計算思維，培養層次如下：

1.通過剖析作品實例，讓學生體驗完整的項目流程，從而能將一般流程應用于實際項目中;

2.引導學生分析事物特征，從而設計出符合事物特性的開源硬件作品，并且能有條理地安排作品各組成部分的功能及它們之間的關系;

3.鼓勵學生根據作品設計方案，選擇合適的材料、工具等實現數據的輸入、處理和輸出;

4.通過模塊化編程將邏輯結構表達出來，從而實現作品功能。

三、開放式作品設計過程中發展學生的創新能力

培養學生的創新能力，就要讓他們思想清晰、靈活和有獨創性，對新的以及不一樣的東西能保持接受的態度，并在行動上愿意去冒險，對于構想或事情的細節有審美和敏感的特質。所以我采用的策略如下：

1.讓學生以實例為依托學習新的知識，在學生掌握學習內容的基礎上，鼓勵他們進行創新性應用。如舵機的常規用途是操控設備，如機械臂、機器人行走、開門裝置等都要用到舵機，同學們都已經能夠熟練掌握，于是讓大家開動腦筋創設出舵機不一樣的用途？

在實例剖析的基礎上，設計一些開放性的任務，給予學生充分的想象與創新空間。在學生對開源硬件設備及arduino等資源能根據需求選擇與應用的基礎上，設置一些開放性的合作任務，讓學生組成小組共同協作完成。

課題：制作一個適用于老年人的智能裝置，為老年人生活提供方便。

學生充分發揮創意，制作出了不少好作品，如利用PVC板材切割、熱熔膠連接制作的智能輪椅，利用超聲波傳感器避障，利用舵機實現輪椅靠背放平變成床等。這些都是孩子們自己的創意，讓他們設計并實現創意，很好地培養了他們數字化學習與創新能力。

在小組協作完成設計作品的過程中，學生能夠評估常用的數字化工具與資源，根據需要合理選擇并能針對特定的學習任務，運用一定的數字化學習策略完成任務，創作作品，這正符合新課標對培養學生數字化學習與創新能力的要求。

四、交流評價過程中建立信息社會責任

對學生信息技術意識與能力的培養，最終要在社會實踐中得以體現，這樣才能更好地服務于社會。作為未來社會的接班人，中學生要樹立一種信息責任意識。所以在開源硬件項目學習的過程中，教師要引導學生明確信息素養形成過程中社會責任的內涵，學生在交流自己及他人作品時，也要從開源硬件等數字化工具對社會的促進作用和在社會發展中的不利因素等問題展開討論和進行評價，從而更有針對性地采取有效措施進行設計、創作、改進與完善，更好地促進自身能力發展與社會進步。

如在“建設你心目中的智慧校園”項目的交流評價中，無論是從節電、節水等節約能源方面設計的項目，還是從推進教學、管理效率，改善教室智能化環境等方面進行的設計，教師都要給予充分的肯定，要讓學生明確我們利用開源硬件可以解決實際問題，可以為學校的建設與發展貢獻自己的力量，從而樹立他們的信息社會責任感。

培養學生興趣，提升學生信息素養，為培養高素質后備力量而努力。但貫徹信息技術核心素養絕非一朝一夕之事，它的目標是致力于學生的終身發展。因此我們必須放眼未來，不斷改變教學理念、方法、策略、評價體系等，為培養學生發展核心素養注入源源不斷的力量。

（作者單位：江蘇省徐州高級中學）

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