創意智造作品的“感應式消毒液擠出機”項目式課程設計

孫學濤

〔摘? ? 要〕? ? 為落實2022年版《義務教育信息科技課程標準》提出的面向全體學生、聚焦核心素養、突出跨學科探究實踐的要求，可讓學生設計制作創意智造作品，學生采用小組合作方式，綜合運用多學科知識，動手實踐。經過軟件編程、實物搭建、功能調試、展示評價等流程，創意創造出解決生活實際問題的具有一定功能的實物作品，能切實落實課程標準要求。“感應式消毒液擠出機”使用項目式課程設計方案模板和學歷案工具，按照驅動問題、學習目標、活動實施方案、項目效果評價四個方面進行項目化課程設計和實施，能提升學生創、智、造能力和信息素養、探索實踐能力，促進信息科技與跨學科知識的融合創新應用，落實核心素養的培養，促進學生德智體美勞全面發展。

〔關鍵詞〕? ? 創意智造；項目式課程；設計

〔中圖分類號〕? G424? ? ? ? ? ? ? ?〔文獻標識碼〕? A? ? ? ? 〔文章編號〕? 1674-6317? （2023）? 09-0058-03

2022年版《義務教育信息科技課程標準》明確指出信息科技課程的育人目標和導向，要聚焦核心素養、強化學科實踐，探索跨學科主題學習，增強學生解決問題的能力，培養學生信息科技素養，促進數字素養與技能的提升。創新實踐是實現核心素養的重要途徑。創意智造作品項目式課程設計和實施就是針對現實生活中的具體問題開展探究和實踐，采用問題驅動方式，通過電腦編程、硬件搭建、造型設計等實踐，做中學，學做結合，融合多學科知識并運用信息科技解決實際問題的方法和過程，創作出具有創新性、智能性的實物作品。學生參與到從開始的創新創意生成到動手實踐制作直到最終的成果作品和展示評價的整個過程，使每一位參與的學生都能得到成長，享受學習成果的快樂，在不斷經歷動腦思考、動手實踐中，潛移默化地提升創新能力和實踐能力，促進核心素養的養成。

一、創意智造作品項目式課程設計

創意智造的項目式課程，主要是讓學生以小組合作的方式，對現實生活中的問題或者主題項目，進行主動探索和持續探究。運用人工智能技術和多學科知識，動手動腦探索解決問題的方案，進行項目作品的設計與制作，最后以具體實物的方式呈現，實現對項目問題的解決。為利于創意智造項目式課程的開展，可以設計使用項目式課程設計模板，按照驅動問題、學習目標、活動實施方案、項目效果評價四個方面進行課程設計。

（一）驅動問題設計

項目式課程是通過問題驅動引導學生進行探究，通過觀察，發現和思考日常生活中的需要點、關鍵點，發現問題，作為驅動問題。“感應式消毒液擠出機”的驅動問題就是在新冠疫情核酸檢測時發現的：醫生采集完一個核酸樣本就要按一下酒精凝膠進行手消毒，學生日常洗手消毒時，也是按下消毒液的自吸按鈕才能擠出消毒液。而按壓之前手是沒有消毒的，是不衛生的，經過多次和多人的按壓，容易造成交叉感染。所以驅動問題就是：設計制作一款不用手按壓的無接觸的“感應式消毒液擠出機”。

確定驅動性問題就確定了項目式課程的研究內容，然后圍繞驅動性問題進行思考、探索研究，搭建作品項目與知識之間的橋梁，產生持續探索的興趣，激發學習的內在動力。激勵學生積極自覺地尋找問題的解決方案、準備知識和素材，構建和共享作品成果，在解決問題中促進知識的遷移，實現深度學習。

（二）學習目標設計

確定了驅動性問題，就有了學習目標。目標的設計要包括：學生要學習哪些知識？有哪些收獲？對學生的學科素養有哪些提升？不但要關注最終的作品成果，還要關注探究實施的過程。目標設計時，可以把大問題拆分成多個子問題，也就是將大目標拆分成多個子目標。設計子問題以促進驅動性問題的探究，每個子問題都要設計好探究的問題、活動的內容、預期的成果以及需要的資源。圍繞“感應式消毒液擠出機”驅動性問題的解決，需要運用Arduino核心板和擴展板，采用編程，使用人體傳感器感應到需要消毒的人手，感應到的信號傳導給核心板，指揮水泵抽取消毒液，通過管道流到人手處進行消毒，從而實現不用手按的無接觸式自動抽取消毒液消毒的感應式消毒。為解決大問題，可以將其分解為四個子問題：一是硬件的采用，主控板采用Arduino Uno，采用人體傳感器、水泵及驅動模塊；二是編程采用Scratch圖形化編程進行上傳和運行調試；三是組裝作品的整體設計，分為盒子底座、管道、消毒液瓶子、線路連接等；四是解決遇到的難題。如何調試水泵轉速大小來控制消毒液流出速度？如何解決人體傳感器的感應范圍及靈敏度？四個子問題都要設置目標任務，小組內成員可以分工分別按目標任務去完成，有設計的、有制作的、有展示評價的。通過目標任務的設計，使學生知道實現學習的目標及要求，各自分工，各自努力，又互相協作，能有效地對子問題一個一個解決，由問題轉化為行動，為最終解決大問題提供策略和支持。

（三）活動實施方案設計

項目式學習，不光是讓學生完成活動，做出作品，而且要讓學生經歷整個學習實踐過程。項目活動的實施是通過小組分工合作解決驅動性問題，根據探究活動的內容，尋找項目實施所需的資源和材料、技術，進行制作和改進等。每個學生都參與到各個階段，解決每個子問題，實現預期成果。

準備材料：列舉并準備項目作品需要的材料，做好項目實施的準備工作，做到有備無患。“感應式消毒液擠出機”的準備材料有：Arduino核心板和擴展板及連接杜邦線；人體傳感器和水泵連同驅動板、電源；自制泡沫板或激光雕刻底座盒子；帶蓋消毒液瓶子以及PVC塑料管。編程軟件采用Scratch圖形化編程軟件等。

制作過程：先設計好項目圖紙或示意圖，按照步驟進行硬件連接、編程程序、運行調試、優化改進等，直到完成項目作品的制作。“感應式消毒液擠出機”制作分為四個階段：A.智能硬件搭建，安裝好Arduino核心板和擴展板并連接水泵電機與電機驅動模塊及人體傳感器；B.使用Scratch編程軟件編程設計及調試；C.制作底座盒，改裝消毒液瓶并制作擠出液管道；D.組裝“感應式消毒液擠出機”并調試和改進。根據四個階段，再具體把操作過程進行細化、分工、制作。

（四）項目效果評價設計

完成任務和作品后，要進行成果展示和評價。展示項目作品的功能，為實現功能需要用到的軟硬件、材料，運用哪些知識、技術，如何進行人員分工、搜集數據和分析數據。可以按照實施前、實施中、實施后的階段順序展示整個項目過程。不但要展示使用的方法，而且要展示亮點功能，還要說明遇到的困難和解決方法。如，為方便加液及確保酒精類消毒液不揮發，消毒液瓶子采用頂部加入消毒液并帶有密封蓋；為控制消毒液合適流量，通過軟件編程控制水泵工作時間速度，并在管道上加控制閥控制消毒液流量。

展示時可以分小組進行，各成員介紹展示，其他小組成員對作品進行質疑詢問，包括學習態度、活動參與、項目改進和技能掌握及技術革新等方面，從而發現問題并找出改進思路，實現目標要求。可以設計使用評價量表，從規范性、創新性、藝術性、技術性、團隊展示與協作、信息素養創新能力提升及作品效果等方面，進行評價。設置相應的比例分值，以表格形式呈現，學生按照評價量表標準改進作品，也可以對作品進行自我評價。

二、創意智造學歷案設計

項目式課程設計，不但要完成項目作品的設計，還要把項目作品具體轉化為可學習的課程。采用學歷案進行設計項目課程有效實用。學歷案是體現學生為學習主體，是學生親自參與項目經歷學習的方案，要呈現學生在項目過程中的問題設計、目標任務、制作實施、展示評價等全過程。設計學歷案可以包含六大要素。

學習主題，即驅動問題。創設實際生活中一個大任務或大問題，確定學習主題，以激發學生學習的興趣和內驅力。“感應式消毒液擠出機”就是來自日常疫情防控中的實際問題，設計制作一個“感應式消毒液擠出機”就是項目作品主題，圍繞這個主題一步步地設計制作。

學習目標。大問題細化為子問題，大目標劃分為子目標，即項目的學習目標。可以從科學、技術、工程、數學等方面進行STEM的目標設計。針對“感應式消毒液擠出機”，共劃分了四個子問題，每個子問題都明確一個具體目標任務，確定學生要完成的任務。

資源和知識、材料準備。根據目標，明確完成任務需要的知識和資源，為項目的開展做好儲備，為后續探究打好資源和知識基礎，并提升資源和知識的應用進階，為項目的后續開展提供保障。

制作過程。每課時一般安排2～ 4個任務，體現進階性、結構化與實踐性。隨著一個個任務的完成，也就逐步完成學習過程；每個任務完成后要做好記錄，每個步驟的制作都有詳細說明。掌握一個原則，就是讓不會做的人看到說明也能看得懂，看完也能學著做。

調試與展示評價。根據子問題的目標，完成作品后，要進行調試編程程序運行和各硬件的配合工作，測試作品實現的功能能否實現預期目的，介紹和展示作品的使用方法和亮點功能等。展示“感應式消毒液擠出機”作品和使用方法時，要體現作品的亮點：采用充電寶供電方便攜帶；使用帶蓋密封瓶子方便加消毒液和防止揮發；用手經過人體傳感器即可啟動水泵泵出消毒液，進行手部消毒，避免用手按壓，實現無接觸感應式消毒液擠出的效果。讓學生、教師質疑和詢問、小組間互相評價、師生間互相探討，依據評價量表賦分評比、評獎。這既是對項目作品的肯定，也是項目作品的目標實現程度與信息素養提升的評價，更是對制作項目作品的激勵，為學生后續的持續性探究提供動力。

學后反思。對遇到的困難問題如何解決，對技術瓶頸的處理方法以及收獲進行反思，對作品提出改進思路，便于項目作品的迭代升級。這個環節也是提煉收獲、提升核心素養的重要步驟。“感應式消毒液擠出機”的改進方案是：為避免傳感器受外界干擾誤操作和感應準確，在傳感器外圍加裝遮蓋套，只接受來自底部的小范圍移動信號，提高感應準確度，并提出外觀改進，設計一個全包圍的盒子，只露出人體感應傳感器和消毒液擠出噴頭，外形美觀，使用方便。

三、結語

創意智造項目式課程的設計是項目實施的保障。項目實施后運用學歷案生成項目課程，根據新課標要求，圍繞核心素養目標，設計相應的學歷案，實現對核心知識的再建構和思維遷移。通過項目課程設計和學歷案設計，讓學生經歷從想法生成到作品制作的整個過程，不斷培養學生的創新思維、設計思維和編程能力、動手能力、團結協作能力。通過創意智造項目課程的設計和實施能真正落實跨學科融合創新，提升動手和實踐能力，培養學生的整合性和創造性，促進學生核心素養提升和全面發展。

參考文獻

[1]祝智庭，雒亮.從創客運動到創意智造：培植眾創文化[J] 電化教育研究，2015（7）：5-13.

[2]夏雪梅.項目化學習設計[M]北京：教育科學出版社，2018.