杜濤

【摘 要】本項目在設計與實施過程中，以項目式學習為主，通過國產(chǎn)開源硬件掌控板連接數(shù)字世界與物理世界，以實踐為主線，應用物聯(lián)網(wǎng)技術，加強學生與社會實際的聯(lián)系，在項目的設計與實施中培養(yǎng)學生的設計思維、計算思維和創(chuàng)新能力。

【關鍵詞】項目式學習；設計思維；計算思維；物聯(lián)網(wǎng)應用

【中圖分類號】G434 ? 【文獻標識碼】A

【論文編號】1671-7384（2023）07-076-02

義務教育信息科技課標倡導真實學習，鼓勵教師創(chuàng)新教學方式，通過真實問題或項目驅動，引導學生經(jīng)歷數(shù)字化工具應用過程、計算思維過程和原理運用過程，建構知識、提升高階素養(yǎng)。信息科技課標中“物聯(lián)網(wǎng)實踐與探索”模塊的教學需要有效利用基本物聯(lián)網(wǎng)設備與平臺，設計并實現(xiàn)具有簡單物聯(lián)功能的數(shù)字系統(tǒng)。

項目設計

本案例聚焦物聯(lián)網(wǎng)在生活中的應用，借助mPython平臺的IOT應用，以遠程寵物喂養(yǎng)為實踐載體，以項目驅動，基于設計思維下的項目學習框架（圖1），設計掌控板的物聯(lián)網(wǎng)應用解決實際生活問題的流程，并在具體實施過程中，不斷完善，進而形成可供分享或推廣的典型案例或教學模式。

項目實施流程與具體過程

1.項目引入，問題驅動

設計思維學習框架可以幫助我們從用戶的角度出發(fā)，了解問題的根源，并引導我們提出創(chuàng)新的解決方案。本項目采用斯坦福設計研究院開發(fā)的EDIPT模型，從設計思維的角度貫穿任務的實現(xiàn)（圖2），以“如何遠程照看家里的寵物”為驅動問題，讓學生發(fā)現(xiàn)生活中的實際問題，利用物聯(lián)網(wǎng)技術進行解決。

圖2 ?設計思維下的項目實現(xiàn)路徑

2.任務分解，知識建構

項目式學習的內容來自真實的生活情境，其問題是開放的且非良構的，強調學生對真實問題的識別和解決。深入了解用戶的需求和痛點，可以引導我們設計出更加實用、更好體驗的項目，并通過同理心—需求—創(chuàng)想—原型—測試的設計思維流程，創(chuàng)作出有價值的項目成果，從而學習知識、獲得技能、提升素養(yǎng)。

3.技術引領，過程實踐

技術實踐是設計思維和計算思維能用于解決實際生活問題的必備條件。本項目技術實踐從流程上來說包括原型和測試兩個版塊，從操作層面來說包括相互協(xié)作、問題解決等，從素養(yǎng)層面來說還涉及編程、外觀設計、創(chuàng)新等核心能力。具體實踐過程如下。

第一，明確目標。設計制作一款寵物喂食器，可以采用定時投食，也可以是寵物靠近，通過傳感器感知，進行定量的投食（圖3）。本項目希望通過物聯(lián)網(wǎng)技術，實現(xiàn)寵物與主人間的異地交互，從而緩解寵物長時間獨自在家的寂寞，也給主人的生活帶來樂趣。

圖3 ?寵物喂食器的整體設計框架

第二，確定需求?；谧灾骺煽睾陀布_源，我們選擇掌控板進行項目實施。由于不選擇定時投食，而是要讓主人了解寵物（案例中以小貓為例）的狀態(tài)，乃至于形成主人與寵物的互動，項目實際上升級成了一個物聯(lián)網(wǎng)應用案例。首先，我們要解決的是對小貓信息的采集，這里采用AI攝像頭模塊，捕捉小貓的畫面，考慮兩種情況，一是小貓恰好路過遠程寵物喂食器（以下簡稱“設備”），二是小貓駐足在設備前一段時間。我們認為第二種情況可能是小貓孤單了或是餓了，這里就需要物聯(lián)網(wǎng)另一端的主人進行反饋了。為了能夠采集小貓信息，我們一定要做好識別和訓練，識別是利用AI攝像頭模塊學習小貓圖像，訓練是主人在家喂食的時候，一定要將小貓面向AI攝像頭模塊，然后讓機器喂食，讓小貓知道餓了就得盯住AI攝像頭模塊。其次，我們要解決的是數(shù)據(jù)的傳遞，這里采用mPython的IOT，進入平臺的項目管理，我們可以新建兩個項目，分別用來做物聯(lián)網(wǎng)的感知層和應用層，并為其創(chuàng)建對應的“主題”和“設備”，這里的感知層指的是設備本身，應用層則是主人控制的掌控板。最后，我們利用激光切割、3D打印完成設備結構的制作，這里用360度舵機控制貓食的投喂。

第三，編寫程序，完善功能。編寫完整程序之前，我們先完成基礎程序的調試。例如，我們需要測試360度舵機轉動多長時間，出來的貓食符合小貓每次的進食量。在交互部分，我們的設想是，喂食的時候利用語音合成播放“貓咪，該吃飯了”3次，如果主人想寵物，按下自己手上的掌控板發(fā)送消息到設備，并語音合成“貓咪，在哪里呀”3次。以上功能都可以先做測試，并做一個最簡單的信息雙向交互。

然后，我們依照圖4的功能實現(xiàn)，分別給設備和主人的掌控板編寫程序。

圖4 ?設備主要功能及實現(xiàn)框架

第四，組裝測試。將程序導入，我們先進行近距離測試，驗證掌控板IOT平臺收發(fā)的信息是否準確，如果沒有問題，再更改網(wǎng)絡配置，進行遠距離測試。

4.作品展示及評價

我們借助PPT對小組設計的作品進行描述和展示，闡述設計思路及特點、小組分工及每個人的貢獻、在設計制作過程中遇到的問題及小組的問題解決方案。整個展示則側重于自身作品特征，有針對性地展示重點。

結 ?語

將設計思維融入項目式學習全過程，是創(chuàng)新人才培養(yǎng)的有效路徑。當學生面對各種生活中的真實問題時，可以通過設計思維以及開源軟硬件的應用來尋找最佳解決方法，從而培養(yǎng)計算思維能力。