基于PBL模式的高中技術（科創類）課程探索

閔慜

摘要：本文以教科版高中信息技術必修2《信息系統與社會》第2單元“信息系統的集成”為藍本，通過高中信息技術課程與通用技術課程相關內容的融合，設計了基于PBL模式的“無人駕駛智能小車”綜合項目的實施指南，引導學生在實際項目中感知程序語言中分支、循環結構的作用，體驗信息系統中數據的獲取、處理、測試等過程，提高了學生綜合思維能力和科技創新素養。

關鍵詞：PBL項目式學習；信息系統；無人駕駛智能小車；分支、循環結構

中圖分類號：G434? 文獻標識碼：A? 論文編號：1674-2117（2024）02-0038-03

根據《普通高中信息技術課程標準（2017年版）》的精神，教科版高中信息技術教材、通用技術教材充分融合了PBL模式的理念，將學科知識融合到具體的項目或實際問題中，讓學生在解決實際項目或問題中習得知識與技能。為更好地培養學生的創新精神和科技素養，筆者融合所在學校的科創教育軟硬件資源，基于學生學習特點，以教科版高中信息技術必修2《信息系統與社會》第2單元“信息系統的集成”為藍本，結合通用技術課程中《機器人設計與制作》的相關內容，以信息技術程序教學中綜合使用分支、循環結構的課型為研究主體，構建了以“智能信息系統”為主題的校本課程，為學生提供了更具針對性和實用性的學習體驗，為其綜合素養和科技創新能力的提升奠定了堅實的基礎。

尋求課程要點融合，探尋軟硬件有機整合

在教科版高中信息技術必修2《信息系統與社會》第2單元“信息系統的集成”中的“2.4 基于物聯網的信息系統”和“2.6 小型信息系統的組建”中均介紹了常見的傳感器以及傳感器在信息系統中的作用，然而傳感器的使用及傳感器中數據的獲取與處理需結合實際的信息系統，即只有通過信息系統產生的具體反饋，才能幫助學生更好地理解傳感器的作用以及數據處理的過程。但教材中相關知識的介紹相對比較簡單，學生無法具象感知信息系統的組建及工作的流程。

因此，筆者以信息技術教材中的“無人駕駛汽車”內容為切入口，結合所在學校現有的WeeeMake探索機器人、基于Arduino平臺的YahBoom探測車等軟硬件資源，融合信息技術課程中分支、循環結構程序思想，探尋以“無人駕駛智能小車”為模型的校本課程模塊。該模塊主要研究無人駕駛智能小車系統硬件的搭建、小車動力系統參數的設置、紅外線控制系統、智能巡線系統、超聲波避障系統等功能的組建與調試。“無人駕駛智能小車”項目融合學校現有的軟硬件資源，結合PBL模式的一般框架，融入編程思想，讓學生在軟硬件資源有機結合中，具象地感知信息系統的概念、組建與調試過程，充分調動學生主動學習的積極性，培養學生的創新精神和科技素養。

發揮PBL模式特點，優化教學一般流程

項目式學習通過解決實際項目或問題，使學生能夠將理論知識應用于實踐。本課程以“無人駕駛智能小車”為總項目，以“探尋動力系統—讓智能小車動起來”“探究分支條件下智能小車巡線功能”“組建小車超聲波自主避障系統”等為子項目，通過多節課的自主體驗與練習，讓學生完成總項目的搭建、編譯與調試，在項目中感知信息的收集、操作、存儲與傳播過程，感受各類傳感器在信息系統中的作用。項目基于PBL模式實施指南開展，從而幫助學生更好地明晰項目要求，了解項目實施的流程，助力各類子項目的達成。下面，筆者以“探究分支條件下智能小車巡線功能”為例進行綜合闡述。

1.設計項目實施指南，明晰項目執行要求（如右表）

2.項目效果實時反饋，優化程序參數調試

通過項目步驟的提示及學習支架的輔助，學生完成智能小車巡線程序的設置。巡線程序的設置既可以通過WeeeCode軟件中積木程序模塊完成搭建，也可以通過程序語句直接編譯。學生可以根據自身的學習水平進行選擇。兩種程序編碼模式的選擇以及循環結構的加入如下頁圖1所示。

在程序編譯完成后，學生將程序上傳至智能小車，并將智能小車置于指定地圖上進行測試，在測試過程中發現如下問題：①智能小車并未按指定路線運行；②智能小車在過彎道時容易超出指定線路。因項目二中僅讓學生設置了分支結構，并沒有設置循環結構，學生會認為在分支設置好后，智能小車就會反復讀取數據，但通過直觀現象（智能小車僅讀取了第一次測試狀態的數據，并一直以第一次獲得的數據狀態運行），學生發現智能小車并未按照他們理想的狀態運行，由此思考問題原因并重新調整程序（巡線傳感器在獲取數值信息后進行分支結構的判斷是單次的，如果要反復獲取數據并進行判斷，需要在分支結構外再加上循環結構，才能實現傳感器接收到數值的反復讀取及判斷，從而讓智能小車在運行過程中不斷地調整狀態）。學生通過對代碼的不斷調整及優化，深入理解分支結構中條件的判斷、循環結構中數據反復讀取的意義，更好地實現其程序編譯、問題分析、合作探討等核心素養的提升。

搭建同類型學習支架，實現不同功能項目遷移

結合對智能小車前進、左轉、右轉等動力參數的設置以及智能小車巡線功能項目的體驗，并且在前期學習支架、微課介紹等輔助手段的助力下，學生對無人駕駛智能小車的結構及運行方式逐漸熟悉，這對智能小車其他功能系統的組建、程序編譯和調試方面起到了很好的知識遷移作用。例如，學生在體驗智能小車的超聲波避障功能時，能夠在前期學習支架以及相關知識遷移的基礎上，快速地掌握超聲波模塊的搭建。超聲波模塊的程序編譯與巡線功能類似（如圖2），主要由多分支結構感知物體與障礙物之間的距離—當測得距離大于指定距離時，智能小車前進；當測得距離小于指定距離時，說明有障礙物出現，智能小車停止或者可以讓智能小車左轉后再次測距。在相似的分支結構中，不同的是分支判斷的條件變成了智能小車與障礙物之間的距離。智能小車通過超聲波測距傳感器不斷地接收與障礙物之間的距離數據，在進行距離判斷后，調整動力方向。這樣的模式依然是一種分支、循環結構。因此，學生通過典型的項目的學習，能在相同類型不同功能的分支、循環結構模型的項目上產生知識的遷移，從而進一步探索智能小車的不同功能，完成整體項目的構建。

無人駕駛智能小車是一個集成性比較高的信息系統，它包含了很多有趣的功能模塊，而很多功能模塊均需使用程序中的分支、循環結構。通過PBL模式建立智能小車總項目，利用多節信息技術課或者信息類校本課程開展教學，能幫助學生建立整體項目概念，在學習支架和知識遷移的基礎上，提高學生完成項目的綜合技能，使其直觀感受程序的編譯、數據的獲取與反饋、問題的發現與解決的過程，更好地培養學生自主探究意識、綜合思維能力，提升其科技創新素養。

參考文獻：

[1]中華人民共和國教育部.普通高中信息技術課程標準（2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2018.

[2]劉曉玉.面向計算思維培養的中學信息技術PBL教學模式研究[J].中國信息技術教育，2018（01）：34-36.

本文為蘇州市教育科學“十四五”規劃2021年度立項課題“PBL模式下高中科創技術類校本課程的研究”（2021/LX/02/233/04）的研究成果。