基于微項目學習的信息科技實驗教學

摘要：微項目學習是以項目為載體，借助實驗教學法，提出問題、做出假設、開展實驗、得出結論、優化方案，促進了課堂有效學習的發生，是一種值得探索的初中信息科技課堂教學模式。本文以“老人跌倒報警腰帶”項目為例，闡述了微項目學習在初中信息科技課堂教學中的實施路徑，以及提高學生的實踐能力和計算思維等核心素養的方法。

關鍵詞：微項目學習；實驗教學；初中信息科技

中圖分類號：G434 文獻標識碼：A 論文編號：1674-2117（2024）19-0077-04

《義務教育信息科技課程標準（2022年版）》（以下簡稱“新課標”）要求：創新教學方式，以真實問題或項目驅動，引導學生經歷原理運用過程，提升問題解決能力；鼓勵“做中學”“用中學”“創中學”。[1]項目式學習是目前初中信息科技學科普遍使用的教學方式，但常見的項目式學習流程耗時較長，對于初中生來說，信息科技周課時一般都只有一節，很容易出現項目目標難以達成的情況。那么，如何從信息科技實踐應用出發，提升學生對基本概念和基本原理的理解，完成從知識到生活的遷移，培養學生的創新能力呢？

針對上述問題，筆者嘗試將學科知識與日常生活相聯系，結合生活中的真實問題，以微項目學習方式開展實驗教學，下面以“老人跌倒報警腰帶”項目為例，闡述基于微項目學習的信息科技實驗教學設計思路。

微項目學習的流程

微項目學習的核心是設計可行的驅動性任務。驅動性任務的設計要以信息科技學科知識的理解、應用以及遷徙為目標，體現信息科技核心素養，貼合真實社會情境，以解決日常生活中真實存在的痛點問題為基本要求，將抽象的難以理解的學科知識轉換成為一個個具體的微項目探究。以“老人跌倒報警腰帶”項目為例，采用微項目學習的課堂流程設計如下頁圖1所示。通過深入分析調研真實生活情境，立足生活實際問題，明確項目目標，針對真實問題，提出解決猜想，通過實驗探究，驗證解決猜想，將發現的問題進一步優化完善，最終實現項目的拓展與完善。

微項目學習模式下的實驗教學設計過程

1.設計背景

（1）教學內容分析

本課的內yoFholi1PBHNcD6y5NDFfA==容是根據初中信息技術八年級下冊第四單元活動2物聯網絡連萬物演化而來，對標初中信息科技實驗教學基本目錄中的物聯網實踐與探索模塊。為解決老人獨自居住或行動不便，不慎摔倒后難以及時就醫導致終身臥床或各種事故的社會痛點問題，依托為老人制作跌倒報警腰帶的項目目標，通過一系列的實驗探究，培養學生運用信息科技解決實際問題的能力。

（2）學生學情分析

本節課面向八年級無人機社團的學生開展，通過之前的學習，他們知道加速度傳感器，具備本節課程所需要的程序編寫以及硬件搭建能力，他們思維活躍，有很強的自主學習和實踐動手能力，具有強烈的探知欲和好奇心。

（3）課程教具準備

本節課所用到的教具有三軸加速度傳感器、Arduino主控板、OLED顯示屏、按鍵開關模塊以及掌控板。

（4）課程教學目標

①通過使用加速度傳感器實現跌倒檢測，了解傳感器的原理，感受物聯網給人們生活帶來的改變。

②通過增加傳感器的翻轉檢測，消除上下樓梯對傳感器檢測跌倒的影響，提高腰帶檢測跌倒的準確性，解決實際問題。

③通過選擇圖形、數字或數值范圍的方式顯示加速度，讓實驗數據可視化，探究信息科技支持數字化學習的新方法、新模式。

④合理使用技術，為老人制作跌倒報警腰帶，培養科學嚴謹的學習態度和關愛特殊群體的社會責任。

（5）課程教學重難點

重點：了解傳感器的原理，使用加速度傳感器實現跌倒檢測。

難點：探究跌倒檢測準確性的影響因素，完善跌倒報警腰帶的功能。

2.項目設計主題

大數據顯示，跌倒是我國傷害死亡位列第四的原因，而在65歲以上的老年人中則為首位，除了導致死亡外，跌倒還可能會導致嚴重的損傷甚至是殘疾，如髖骨骨折等。針對老人跌倒危害大這一問題，市場上各種產品應運而生，如居家跌倒報警器、跌倒報警手環、胸牌式跌倒救助器。經過市場調研，此類產品存在的問題是操作過于復雜不適用于老年人、檢測準確性低很容易誤報、多需要老人主動操作、不具備設備主動報警的功能。基于此，引入項目的探究主題——為老人制作一款跌倒報警腰帶，實現跌倒檢測準。

3.項目設計過程

“老人跌倒報警腰帶”一課的活動流程設計如下頁圖2所示。

以“老人跌倒報警腰帶”為項目主題，通過“為老人制作跌倒報警腰帶，實現跌倒檢測準”的驅動任務，引入問題：用什么來實現跌倒檢測準？學生經過討論發現，跌倒具有速度變化快、姿勢多樣化的特點。結合其無人機的學習經驗，學生提出猜想：可以使用加速度傳感器來實現跌倒檢測準。

實驗任務一：探究加速度傳感器的原理。

實驗目的：驗證加速度傳感器是否可以用來實現跌倒檢測。

提出假設：當老人跌倒時，會出現不同方向上速度的急速變化，因此會引起加速度變化，加速度傳感器可以檢測出不同方向上加速度的變化。

實驗方案：將加速度傳感器連接至電腦，以不同的方式來移動傳感器，觀察電腦所顯示的波形圖變化。

實驗器材：筆記本、Arduino IDE軟件、自制實驗教具（如圖3）。教具采用3D打印技術，集合了加速度傳感器、Arduino主控板、OLED顯示屏、按鍵開關模塊。當移動教具時，顯示屏可以實時或以數值范圍的方式來顯示傳感器所檢測到的加速度數值。

實驗流程：

第一步，打開Arduino IDE軟件，將自制實驗教具連接至電腦，前后快速移動教具，觀察電腦所顯示的波形圖變化，得出結論：當前后快速移動傳感器時，x軸上的加速度值變化較為明顯。

第二步，左右快速移動教具，觀察電腦所顯示的波形圖變化，得出結論：當左右快速移動傳感器時，y軸上的加速度值變化較為明顯。

第三步，上下快速移動教具，觀察電腦所顯示的波形圖變化，得出結論：當左右快速移動傳感器時，z軸上的加速度值變化較為明顯。

實驗結論：加速度傳感器對加速度的檢測是三維的，且數值存在正負值，正負值體現的是運動的方向。老人跌倒的速度變化及姿勢多樣化，可以使用x/y/z軸上的加速度數值來進行檢測。

實驗任務二：探究老人跌倒時加速度的取值范圍。

實驗目的：探究出加速度的取值范圍為多少時可以認定老人跌倒。

提出假設：老人的日常運動會產生x/y/z軸上的加速度，當加速度大于日常活動時可以判定為老人跌倒。

實驗方案：模擬老人生活中常見的運動狀態，記錄產生的加速度值范圍。

實驗器材：自制實驗教具。

實驗流程：分別模擬老人來回走動、蹲下起立、坐下起來、躺下起身的生活狀態，多次實驗，記錄正常運動狀態時的加速度值范圍。

實驗結論：日常運動會產生x/y/z三個方向上的加速度，當加速度的值大于范圍最大值或小于范圍最小值時可判定為跌倒。

實驗任務三：探究外界因素對傳感器檢測加速度的影響。

實驗目的：探究出可能會影響腰帶檢測準確性的外界因素。

提出假設：佩戴腰帶的老人身高不同，不同的人佩戴腰帶時傳感器所在的位置不同，老人隨身攜帶的手機會不會造成干擾？遇到上下樓梯的情況會不會影響檢測結果？

實驗器材：自制實驗教具。

實驗流程：分組進行實驗探究，高度組將傳感器佩戴在不同的高度，多次實驗記錄數值。方位組將傳感器佩戴在腰的不同位置進行觀察，多次實驗記錄數值。手機組將攜帶手機以及未攜帶手機的教具所檢測到的加速度數值進行對比，多次實驗記錄數值。樓梯組通過模擬真實的上下樓梯情境，多次實驗記錄數值。

實驗結論：只有上下樓梯產生了傳感器自身的震動會對檢測結果產生影響。

4.項目優化拓展

（1）項目優化

為消除上下樓梯產生傳感器自身震動對腰帶檢測準確性的影響，學生思考討論，當傳感器正常佩戴在腰間時，z軸會垂直地面，受到重力影響z軸的值會始終大于0.7，但是當老人摔倒以后，z軸不再垂直地面，值會趨近于0。因此，可以增加z軸值的檢測來驗證老人是否摔倒。只有當z軸的值趨近于0且加速度的值超出了日常運動的范圍時才判定為老人跌倒。

（2）項目拓展

可以考慮從以下方面進行功能優化拓展：①增加定位功能。可以根據定位功能觀測老人位置的改變，若位置持續不變則可以推送信息至家人處，以便家人予以關注。②增加心率監測。實時的心率監測可以讓老人了解自己的健康狀況，為老人多提供一份安全保障。③增加血壓監測。高血壓是老人中最常見的一種慢性病，也是導致老人摔倒的罪魁禍首之一，血壓的監測可以讓老人自己時刻注意血壓，進而減少摔倒的風險，也可以讓家人時刻了解老人的身體健康狀況。

反思與啟示

微項目學習以項目驅動課堂，以實踐探究的教學策略組織課堂，更加注重課堂活動進行中的生成性問題，可以使學生深度參與到課堂中，有助于計算思維的養成。結合課堂實踐不難發現，在實驗探究過程中，小組合作的分工模式，激發了學生的責任感，培養了學生的溝通能力以及團隊協作精神。

參考文獻：

中華人民共和國教育部.義務教育信息科技課程標準（2022年版）[S].北京：北京師范大學出版社，2022．