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        項(xiàng)目學(xué)習(xí)理念下Arduino與3D打印融合的教學(xué)實(shí)施

        2020-06-23 09:37:54郭江浩于松軍傅師睿張乾
        新智慧·中旬刊 2020年4期
        關(guān)鍵詞:課程表智能化智能

        郭江浩 于松軍 傅師睿 張乾

        【摘 要】本文從項(xiàng)目學(xué)習(xí)理念出發(fā),提出將Arduino應(yīng)用與3D打印融合進(jìn)行教學(xué)實(shí)踐,實(shí)現(xiàn)3D打印作品的智能化轉(zhuǎn)變,并通過(guò)具體項(xiàng)目的選擇、設(shè)計(jì)、實(shí)施,來(lái)驗(yàn)證其可行性。

        【關(guān)鍵詞】項(xiàng)目學(xué)習(xí);Arduino;3D打印

        一、問(wèn)題的提出

        當(dāng)前,3D打印教學(xué)在中小學(xué)廣泛開(kāi)展,學(xué)校以社團(tuán)和興趣小組的形式開(kāi)展3D打印的教學(xué)實(shí)踐。在研究的層面,主要體現(xiàn)在3D打印與學(xué)科融合的研究,校本課程開(kāi)發(fā)的研究等,在實(shí)踐層面,主要是引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)、打印一些簡(jiǎn)單的模型。這些固然能夠讓學(xué)生學(xué)習(xí)3D建模、3D打印,但是,目前社會(huì)已經(jīng)迎來(lái)人工智能時(shí)代,智能化已經(jīng)成為創(chuàng)客技術(shù)的主流。實(shí)現(xiàn)3D打印作品的智能化,不僅能夠使作品發(fā)揮更大的實(shí)用價(jià)值,更能讓學(xué)生學(xué)習(xí)和接觸到更多的創(chuàng)客技術(shù),提升信息化創(chuàng)新素養(yǎng)。

        二、核心概念概述

        (一)項(xiàng)目學(xué)習(xí)

        項(xiàng)目學(xué)習(xí)主要是指學(xué)生們圍繞一個(gè)主題或者項(xiàng)目,通過(guò)合作開(kāi)展學(xué)習(xí)、研究、分析、創(chuàng)作、展示、評(píng)價(jià)等學(xué)習(xí)活動(dòng)。[1]具體說(shuō),項(xiàng)目學(xué)習(xí)就是由選定項(xiàng)目、制定計(jì)劃、活動(dòng)探究、作品制作、成果交流與評(píng)價(jià)幾部分組成。

        (二)Ardunio

        Arduino是一款方便、智能的開(kāi)源電子硬件項(xiàng)目。它包含硬件(Arduino電路板)和軟件件(Mind+),通過(guò)連接各種傳感器和功能模塊,借助PC上的軟件進(jìn)行可視化編程,實(shí)現(xiàn)智能的感知、識(shí)別、處理等功能功能。[2]

        三、基于Ardunio的“3D打印智能課程表”項(xiàng)目學(xué)習(xí)案例

        (一)選定項(xiàng)目

        課程表是學(xué)生在校學(xué)習(xí)的進(jìn)程安排表,初中學(xué)生對(duì)課程表非常熟悉,因此,選定“智能化課程表”作為3D打印智能化課程的一個(gè)項(xiàng)目。智能化課程表放在教室學(xué)生的旁邊,能夠按時(shí)提醒學(xué)生每節(jié)課的課程,使學(xué)生能夠在課前快速預(yù)習(xí)下節(jié)課的內(nèi)容。

        智能化課程表主要由兩部分組成,一部分是課程表的外部模型和框架,這一部分涉及到3D打印的建模與打印;另一部分是課程表的核心,借助Arduino開(kāi)源平臺(tái)實(shí)現(xiàn)智能控制。

        (二)制定計(jì)劃

        學(xué)生要學(xué)會(huì)制作智能課程表,需要掌握3D建模與打印技術(shù)以及Arduino的編程技術(shù),了解智能課程表的結(jié)構(gòu)組成,分析各部分之間的關(guān)系,了解傳感器的功能與連接方法,理解其工作原理,設(shè)計(jì)出制作流程,還需要教師引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行系統(tǒng)化探究學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)。

        (三)活動(dòng)探究

        依據(jù)智能課程表的功能,進(jìn)行探究活動(dòng)的設(shè)計(jì),根據(jù)“建立小組-提出問(wèn)題-引導(dǎo)學(xué)生假設(shè)和猜想-團(tuán)隊(duì)合作-探究與設(shè)計(jì)-實(shí)驗(yàn)與分析-可行性評(píng)估-展示成果”流程進(jìn)行活動(dòng)的探究。

        探究活動(dòng)1:探究智能課程表所需的主板、傳感器,以及傳感器的連線方法、編程方法,參數(shù)設(shè)置等。

        探究活動(dòng)2:探究智能課程表模型外觀、大小,及3D建模方法等。

        通過(guò)兩個(gè)探究活動(dòng),得出智能課程表所需主板、傳感器,以及傳感器的連線方法、編程方法、參數(shù)設(shè)置、模型的設(shè)計(jì)草圖、建模方法等,得出了智能課程表的制作流程、調(diào)試方法。

        (四)作品制作

        兩組學(xué)生通過(guò)多次探究,分別探究出了合理、高效的智能課程表制作流程和調(diào)試方法,制作出智能課程表的流程。在調(diào)試過(guò)程中,學(xué)生運(yùn)用時(shí)鐘控制器對(duì)顯示屏和功放喇叭的控制進(jìn)行分析研究,總結(jié)出智能課程表控制系統(tǒng)的原理。

        (五)活動(dòng)評(píng)價(jià)

        智能課程表項(xiàng)目采用過(guò)程性評(píng)價(jià)和總結(jié)性評(píng)價(jià)相結(jié)合的評(píng)價(jià)方案。過(guò)程性評(píng)價(jià)包含對(duì)學(xué)習(xí)態(tài)度及組織合作、搜集信息、發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題、創(chuàng)新創(chuàng)造、反思總結(jié)等能力評(píng)價(jià)。過(guò)程性評(píng)價(jià)在整個(gè)評(píng)價(jià)中占據(jù)大部分位置??偨Y(jié)性評(píng)價(jià)包含作品質(zhì)量和功能目標(biāo)兩部分,以提高學(xué)生成就感為基礎(chǔ),提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性為重點(diǎn)。

        四、總結(jié)與反思

        (一)項(xiàng)目選擇立足于興趣化、生活化、合作化

        興趣是最好的老師。項(xiàng)目具有趣味性可以調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性、主動(dòng)性,這是完成項(xiàng)目的先決條件。只有服務(wù)于生活的項(xiàng)目才是有價(jià)值的項(xiàng)目,選擇的項(xiàng)目只有源于生活,又服務(wù)于生活,才能讓學(xué)生體驗(yàn)創(chuàng)造價(jià)值的樂(lè)趣。在制作過(guò)程中合理地對(duì)組內(nèi)人員進(jìn)行分工,分工注重發(fā)揮學(xué)生個(gè)體特長(zhǎng)優(yōu)勢(shì),這樣能夠提升學(xué)生綜合創(chuàng)新能力和合作探究能力。

        (二)學(xué)生為主、教師為輔動(dòng)態(tài)調(diào)控進(jìn)程

        計(jì)劃的制訂是智能課程表項(xiàng)目成敗的關(guān)鍵因素。在學(xué)生合作進(jìn)行方案制定前,教師要對(duì)智能課程表項(xiàng)目進(jìn)行知識(shí)梳理,對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行合理分解,讓學(xué)生對(duì)項(xiàng)目問(wèn)題有深入認(rèn)識(shí),有針對(duì)性地制定計(jì)劃。學(xué)生在進(jìn)行計(jì)劃的制訂時(shí),教師要給予指導(dǎo),指導(dǎo)并不是代替,而是遞進(jìn)式地逐步引導(dǎo)學(xué)生完成。計(jì)劃制訂后教師要進(jìn)行反饋、評(píng)價(jià)、引導(dǎo),并及時(shí)調(diào)整計(jì)劃方案。在計(jì)劃實(shí)施時(shí),指導(dǎo)學(xué)生分解任務(wù),采用分工與協(xié)作并行解決出現(xiàn)的問(wèn)題。

        (三)加強(qiáng)活動(dòng)探究的過(guò)程管理

        活動(dòng)探究是學(xué)生學(xué)的核心環(huán)節(jié),通過(guò)探究能夠提高學(xué)生的思考、動(dòng)手、創(chuàng)新能力。活動(dòng)之前教師要對(duì)活動(dòng)的目標(biāo)有清晰的認(rèn)識(shí),對(duì)出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行預(yù)測(cè),對(duì)活動(dòng)的流程進(jìn)行優(yōu)化。加強(qiáng)活動(dòng)探究的過(guò)程管理,包括小組的建立、問(wèn)題的指導(dǎo)、團(tuán)隊(duì)的溝通、作品的設(shè)計(jì)等;并對(duì)實(shí)踐活動(dòng)的質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)控,使得整個(gè)活動(dòng)在可控的范圍內(nèi)。在調(diào)試環(huán)節(jié)指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行迭代的調(diào)試方法,使作品調(diào)試到最優(yōu)狀態(tài)。

        (四)科學(xué)的、綜合的實(shí)踐活動(dòng)評(píng)價(jià)

        “智能課程表項(xiàng)目”采用過(guò)程性評(píng)價(jià)和終結(jié)性評(píng)價(jià)相結(jié)合。過(guò)程性評(píng)價(jià)采用維度評(píng)價(jià),在評(píng)價(jià)形式上采用教師評(píng)價(jià)、小組評(píng)價(jià)和自評(píng)的方式;制作綜合性的評(píng)價(jià)量表有利于學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)目標(biāo)的理解,也對(duì)實(shí)踐的過(guò)程更加重視;依據(jù)評(píng)價(jià)量表的標(biāo)準(zhǔn)能夠?qū)ψ髌愤M(jìn)行不斷完善,提高作品的質(zhì)量。

        參考文獻(xiàn):

        [1]黃純國(guó),殷常鴻.信息技術(shù)環(huán)境下的項(xiàng)目學(xué)習(xí)研究[J].中國(guó)電化教育,2007(05).

        [2]劉偉,莊達(dá)民,柳忠起.人機(jī)界面設(shè)計(jì)[M].北京:北京郵電大學(xué)出版社,2011.

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