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【摘 要】本文從項目學習理念出發(fā),提出將Arduino應用與3D打印融合進行教學實踐,實現(xiàn)3D打印作品的智能化轉變,并通過具體項目的選擇、設計、實施,來驗證其可行性。
【關鍵詞】項目學習;Arduino;3D打印
一、問題的提出
當前,3D打印教學在中小學廣泛開展,學校以社團和興趣小組的形式開展3D打印的教學實踐。在研究的層面,主要體現(xiàn)在3D打印與學科融合的研究,校本課程開發(fā)的研究等,在實踐層面,主要是引導學生設計、打印一些簡單的模型。這些固然能夠讓學生學習3D建模、3D打印,但是,目前社會已經(jīng)迎來人工智能時代,智能化已經(jīng)成為創(chuàng)客技術的主流。實現(xiàn)3D打印作品的智能化,不僅能夠使作品發(fā)揮更大的實用價值,更能讓學生學習和接觸到更多的創(chuàng)客技術,提升信息化創(chuàng)新素養(yǎng)。
二、核心概念概述
(一)項目學習
項目學習主要是指學生們圍繞一個主題或者項目,通過合作開展學習、研究、分析、創(chuàng)作、展示、評價等學習活動。[1]具體說,項目學習就是由選定項目、制定計劃、活動探究、作品制作、成果交流與評價幾部分組成。
(二)Ardunio
Arduino是一款方便、智能的開源電子硬件項目。它包含硬件(Arduino電路板)和軟件件(Mind+),通過連接各種傳感器和功能模塊,借助PC上的軟件進行可視化編程,實現(xiàn)智能的感知、識別、處理等功能功能。[2]
三、基于Ardunio的“3D打印智能課程表”項目學習案例
(一)選定項目
課程表是學生在校學習的進程安排表,初中學生對課程表非常熟悉,因此,選定“智能化課程表”作為3D打印智能化課程的一個項目。智能化課程表放在教室學生的旁邊,能夠按時提醒學生每節(jié)課的課程,使學生能夠在課前快速預習下節(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開源平臺實現(xiàn)智能控制。
(二)制定計劃
學生要學會制作智能課程表,需要掌握3D建模與打印技術以及Arduino的編程技術,了解智能課程表的結構組成,分析各部分之間的關系,了解傳感器的功能與連接方法,理解其工作原理,設計出制作流程,還需要教師引導學生進行系統(tǒng)化探究學習設計。
(三)活動探究
依據(jù)智能課程表的功能,進行探究活動的設計,根據(jù)“建立小組-提出問題-引導學生假設和猜想-團隊合作-探究與設計-實驗與分析-可行性評估-展示成果”流程進行活動的探究。
探究活動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)設置等。
探究活動2:探究智能課程表模型外觀、大小,及3D建模方法等。
通過兩個探究活動,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)設置、模型的設計草圖、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
兩組學生通過多次探究,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)試過程中,學生運用時鐘控制器對顯示屏和功放喇叭的控制進行分析研究,總結出智能課程表控制系統(tǒng)的原理。
(五)活動評價
智能課程表項目采用過程性評價和總結性評價相結合的評價方案。過程性評價包含對學習態(tài)度及組織合作、搜集信息、發(fā)現(xiàn)問題、解決問題、創(chuàng)新創(chuàng)造、反思總結等能力評價。過程性評價在整個評價中占據(jù)大部分位置??偨Y性評價包含作品質(zhì)量和功能目標兩部分,以提高學生成就感為基礎,提高學生學習的積極性為重點。
四、總結與反思
(一)項目選擇立足于興趣化、生活化、合作化
興趣是最好的老師。項目具有趣味性可以調(diào)動學生的積極性、主動性,這是完成項目的先決條件。只有服務于生活的項目才是有價值的項目,選擇的項目只有源于生活,又服務于生活,才能讓學生體驗創(chuàng)造價值的樂趣。在制作過程中合理地對組內(nèi)人員進行分工,分工注重發(fā)揮學生個體特長優(yōu)勢,這樣能夠提升學生綜合創(chuàng)新能力和合作探究能力。
(二)學生為主、教師為輔動態(tài)調(diào)控進程
計劃的制訂是智能課程表項目成敗的關鍵因素。在學生合作進行方案制定前,教師要對智能課程表項目進行知識梳理,對項目進行合理分解,讓學生對項目問題有深入認識,有針對性地制定計劃。學生在進行計劃的制訂時,教師要給予指導,指導并不是代替,而是遞進式地逐步引導學生完成。計劃制訂后教師要進行反饋、評價、引導,并及時調(diào)整計劃方案。在計劃實施時,指導學生分解任務,采用分工與協(xié)作并行解決出現(xiàn)的問題。
(三)加強活動探究的過程管理
活動探究是學生學的核心環(huán)節(jié),通過探究能夠提高學生的思考、動手、創(chuàng)新能力?;顒又敖處熞獙顒拥哪繕擞星逦恼J識,對出現(xiàn)的問題進行預測,對活動的流程進行優(yōu)化。加強活動探究的過程管理,包括小組的建立、問題的指導、團隊的溝通、作品的設計等;并對實踐活動的質(zhì)量進行監(jiān)控,使得整個活動在可控的范圍內(nèi)。在調(diào)試環(huán)節(jié)指導學生進行迭代的調(diào)試方法,使作品調(diào)試到最優(yōu)狀態(tài)。
(四)科學的、綜合的實踐活動評價
“智能課程表項目”采用過程性評價和終結性評價相結合。過程性評價采用維度評價,在評價形式上采用教師評價、小組評價和自評的方式;制作綜合性的評價量表有利于學生對學習目標的理解,也對實踐的過程更加重視;依據(jù)評價量表的標準能夠?qū)ψ髌愤M行不斷完善,提高作品的質(zhì)量。
參考文獻:
[1]黃純國,殷常鴻.信息技術環(huán)境下的項目學習研究[J].中國電化教育,2007(05).
[2]劉偉,莊達民,柳忠起.人機界面設計[M].北京:北京郵電大學出版社,2011.