基于數字化教育的高中項目研究案例

教育數字化的轉型與推進是當前和未來一段時期國家對教育采取的重大舉措和戰略目標。而從實際來看，目前只有教育行政部門、科研機構和研究者在大力推行，而一線基層教育者并未有大的實際行動，或因學習力度不夠和經驗不足，或因對生成式人工智能等新技術的認知不足。本研究以數字化教育為基礎，教師與學生通過系統的數字化學習，充分利用網絡平臺教學、在線編程、物聯網、生成式人工智能等數字資源，確定項目主題和研究方案，經過硬件需求規劃、框架搭建、App開發、編程、驗證升級和評價等環節，創作出產品成品。

一、引言

科技的不斷發展與革新使得社會對人才的需求在變換，也促使著教育向數字化轉型。教育數字化轉型的含義是將現代技術及資源整合并應用到教育領域的各個層面，以求全方位推動教育的創新與變革。教育是強國的根本和關鍵因素，作為基層一線教師，應該將最新的科技和理念應用到教育教學中來。只有基層人員不斷提升自我綜合素養及知識儲備，才能將教育不斷推向新的高度。由此看來，在應試教育階段必須要打好學生的學習根基，將數字化教育全方位地應用于教育教學中，為人才的培養做好鋪墊和有力保障。

二、數字化教育學習，儲備學生知識技能

從人類發展的歷史進程來看，教育的每一次重大變革，都是在科技的推動下發生的。充分利用數字技術和互聯網資源來改善教育教學的方式是數字化教育的核心。其中包括使用電子設備和軟件來進行教學、學習和評估，以及利用在線資源和學習平臺來提供教育內容和服務。數字化教育可以提供更加個性化和靈活的學習體驗，使學生能夠根據自己的學習節奏和興趣進行學習。它可以提供更多樣化的教學資源和方法，幫助學生更好地理解和掌握知識。數字化教育還可以提高教學效率，降低教育成本，促進教育公平和包容。隨著數字技術的不斷發展和普及，數字化教育已經成為教育改革和創新的重要方向。

本研究中，師生主要通過網絡平臺資源進行系統學習，如學習App Inventor在線編程開發手機App，通過Mind+平臺學習單片機、傳感器、舵機等的使用知識，在嗶哩嗶哩平臺上學習設計及美學知識等，為接下來的項目研究做好知識儲備。

三、數字化教育下的項目研究案例

（一）研究背景

步入信息社會后，國家一直在倡導使用綠色能源，低碳出行，還地球一個綠色家園。基于此，教師給出以新能源為主題的項目研究。因小組學生都喜歡打乒乓球，有成員提出“前往乒乓球館并聘請專業教練進行訓練學習會耗費大量的人力、物力和財力。如果能夠設計一款乒乓球自動收發球一體機，安裝在乒乓球桌上，并且能夠自主調節發球難度（旋轉、力度、角度等）以滿足不同客戶的需求。這不僅能為乒乓球專業愛好者提供訓練需求，也能為業余愛好者提供娛樂平臺，不去球館就可以達到強身健體、提高生活質量和幸福指數的目的”的創作思路，并得到了小組成員和教師的一致認可，確定了項目主題。設計亮點為使用綠色能源和實現智能化。

（二）設計思路

在材料的選擇上，不能脫離綠色、節能、環保和廢棄材料的二次利用。因此，項目組成員采用木板、機器人項目淘汰的鋁合金條、被裁剪廢棄的KT板等作為搭建乒乓球發球機的主體骨架材料。同時，考慮到搬運方便的問題，在設計時盡量做到主體骨架的鏤空，以保證作品質量過關的同時盡量減輕總質量的大小。在調研過程中，專業人士提出采用多軸云臺的結構模式，以保證發射臺的穩定與高效，使發射臺在任意角度發球時不會產生抖動現象。匯報交流后，小組達成統一意見，使用物聯網模塊，開發手機App實現智能化控制，滿足用戶的體驗感和使用要求，打造大家滿意的綠色智能產品。

（三）研發過程

1.發球機

發射裝置作為機器的核心，要充分考慮到它的穩定性及靈活性，用鋁合金條和螺絲固定，將兩個無刷電機安裝在上面，由樂高橡膠輪（經過多種不同材料的試驗，橡膠輪的摩擦力大且旋轉穩定無偏差）的高速轉動來發球。機器的主體架構用鋁合金條搭建，在保證質量的同時減輕了整備質量，安裝伺服電機和齒輪作為云臺。乒乓球從儲球箱（機器最上方）平穩落到發射裝置而不被彈出去這步操作花費的時間和試驗次數較多，最后想到用一節PVC管傳輸，在發球裝置的底部加裝緩沖底座解決了此問題。在調試過程中對云臺做了旋轉升級處理，同時對儲球箱的容量做了擴展，用以實現連續發球。

2.收球機

收球機整體為三角形，前端裝有一個萬向輪，后端靠兩個伺服電機驅動行駛，并用兩個機械臂輔助將球送入管道內。機身用鋁合金條固定，收球容器用PVC管，管道內同時可容納10個乒乓球。在收球機后方安裝了風扇，用于將收集到的球通過連接管吹進儲球箱。PVC管最前端上部安裝了AI智能攝像頭識別模塊，用于識別乒乓球。

3.App的開發及使用

手機App名稱為“pingpangGO”，使用App Inventor平臺開發，主頁有調試模式、MQTT訂閱測試和MQTT連接測試三項功能。

四、結語

數字化教育作為國家對教育改革的重要舉措，關鍵在于實施，而不在理念的一再灌輸。對于一線教育者來說，實施過程可因環境、地域、能力、條件等制約因素而有所調整，但不能形式化。本文通過數字化的學習，將數字資源結合人工智能應用于實際教學中，把數字化教育落到了實處，讓學生感受到了數字化的強大與益處，為學生將來的成長及對數字化的應用奠定了基礎。

作者單位：李紅斌 蘭州市第五十一中學

裴永亮 渤海大學歷史文化學院

基金項目：2024年度渤海大學中小學教學改革聯合研究項目：地方高校教師助力北票市第三小學校本課程開發與建設（2024ZXXJG56）；2023年度渤海大學創新創業教學改革研究項目：地方性本科院校大學生創新創業孵化機制實踐研究。