“师生溯源?水韵姑苏”师生纸电路创意编程设计活动

苏州市姑苏区教师发展中心

古城姑苏有着2500年历史文化，丰厚的文化是姑苏学子独有的资源宝库。本活动采用师生共同创作的方式，借助创客教育跨学科多元特性，让学生在实际情境中掌握纸电路制作和传感器应用方法，学会调试编写程序，同时使学生深入了解姑苏传统文化，在传承中更具自信，在创新时更有力量。

活动目标

本活动以“师生溯源·水韵姑苏”师生纸电路创意编程设计为主题，以传承姑苏历史文化，发展学生创新技能为目标，具体表现在4个方面（见表1）。这4个方面的目标并不是相互独立的，它们在活动过程中相互渗透、共同达成，从而形成一个完整的体系。

活动主要内容

“水韵姑苏”长卷的灵感源自对姑苏传统文化的热爱，让学生亲近姑苏文化，从中感悟历史的厚重积淀，深挖历史本源，结合现代创意设计，按比例创作22米长的水韵姑苏长卷。

首先，组织各学校利用综合实践、社会实践活动，带领学生走近苏州古城墙，了解姑苏文化，感悟历史沉淀，并让学生以电脑绘画比赛的形式描绘自己眼中的姑苏古城。

其次，精选学生优秀作品为蓝本，发动美术教师和学生共同绘制姑苏护城河长卷的东南西北4个方位，从护城河岸视角再现当下姑苏城风貌，并还原历史，重现姑苏八城门景象。教师指导学生对长卷进行装裱，古为今用的工序，让长卷不失古朴。

第三，组织各学校教师进行纸电路创意设计比赛，采用立体浮雕造型，将LED灯嵌入画卷，安装传感器、机械结构实现水韵姑苏长卷的立体化和动态化，将历史文化用技术手段直接呈现在画面上。

最后，组织各校学生进行编程设计比赛和现场展示活动。学生根据现场要求编写程序，实现用声音、光敏、舵机、壁障、红外线等控制灯的明灭，用语音介绍各景点历史，不仅要求将声、光、电集于一体，更要实现功能设计与历史人文的融合。现场展示时，学生需要边演示边讲解景点的历史渊源、设计思路和功能展现。

本活动使学校、教师、学生三者联动，将姑苏古城历史与信息技术创意结合，实现古今融合，既是对历史文化的重温，也是对技术应用的考验，更是对创新设计的展现。

活动过程和步骤

活动分5个阶段实施。由于长卷体量较大，实施活动时需要选择开阔的场地，还需准备彩笔、导电铜箔、鳄鱼夹、思泰姆套件及电源、

LED灯等配套器材。

背景分析

千年光阴流转，岁月已老，吴地依旧，水韵姑苏的创作就源自对姑苏传承不变的初心。身处历史文化名城，更应利用好这一绝好的教育契机，将姑苏精致典雅的传统文化与现代智能的纸电路制作相结合，创作姑苏古城别样画卷，让姑苏学子在创作过程中体会古城风貌，在动手实践中感受创造乐趣。

资料搜集

学生通过多种方式获取素材，并利用学过的信息技术对素材进行筛选、加工处理。活动中，组织各学校带领学生漫步在护城河边，用手机、数码相机拍照记录下一张张城门、城墙、护城河、拱桥的照片，用电脑画出自己眼中的姑苏古城。学生从长辈那里学习、了解更多关于姑苏古城墙的故事;上网搜索、图书查阅寻找关于苏州古城更为久远的历史记录，并用文字语言汇总起来作为后续创作的素材。

环境搭建

此阶段的目标是完成姑苏护城河全景长卷图，东西南北各1幅，城门包含其中。师生共同努力，对已有的电脑绘画作品、网络资料进行艺术加工和整理，依东西南北4个方位，按比例绘制总长22米的水韵姑苏长卷，其创作素材精选自优秀的学生电脑绘画作品，并由美术教师和学生一起手绘、线描、上色。鲜艳的色彩，清晰的布局，即使从未踏足姑苏，都能一览古城的风韵。学生还结合前期了解的历史文化知识，在画中复原已经消失的姑苏古城门，使古今融合在一张长卷上，既能看到走过无数遍的万年桥、平门桥，又能看到已經不复存在的葑门、蛇门。这不但是对历史的深入了解，也是对姑苏文化的重现。最后，在教师的指导下，学生精心挑选局条、边条，仔细地熨烫贴合和装裱，使画面变得完整精致。

基础实验

基础实验的活动目标是让学生了解纸电路的基本原理，能够通过动手操作，完成布线和装灯;了解传感器，掌握Ardubits传感器和软件环境，能够选择合适的传感器点亮发光二极管;学习知识，掌握技能，通过计算机软硬件设备进行创意设计，实现各类交互。

首先，可以通过单一纸张纸电路的学习，让学生了解基本的纸电路设计构成、基本绘图设计方式、二极管发光原理、铜箔导电贴纸的布线方式，以及鳄鱼夹、Ardubits核心控制器和按钮传感器的使用，还有Ardubits编程对于这些器材的综合应用，实现简单的交互式LED灯光效果。

其次，在学生初步完成一两个LED灯发光控制效果后，启发学生通过改造电路或程序，变化多样的LED灯组合和程序控制方式实现丰富的灯光效果，同时借助不同的传感器，如声音、光线、红外、温度传感等，启发学生自主探究，实现灯光的不同交互方式。

综合实验

综合实验主要是让学生结合使用纸电路和传感器技术，进行创意设计，将姑苏护城河全景长卷图由平面变立体、由静态变动态，活灵活现。

姑苏区教师发展中心牵头，组织各校进行水韵姑苏创意纸电路制作的校内选拔赛和区域总决赛。一方面通过比赛加强学生对纸电路制作的熟悉程度，另一方面选拔出优秀创意和优秀学生参与到最后的长卷制作中来。

参加决赛的学生在各校教师的组织下，分工设计制作画卷不同位置的纸电路，用现代技术、器材赋予长卷新的生命力：装上LED灯把画面点亮;贴上立体浮雕造型让画面凸显活力;安上传感器让画面神奇交互;各种传动装置，声、光、电、马达、滑轮、磁铁等集于一体，让长卷真正“活”起来。

学生的艺术加工能力远超想象。他们在长卷背后巧妙利用所学串并联电路原理为各种景观由点及面地布上导电铜箔线路，并通过调试连通所有LED灯，结合所有景观和立体浮雕形成立体的光影效果，增加画面的层次感。当灯光闪耀，水韵姑苏长卷美不胜收。

艺术与技术的糅合，给水韵姑苏长卷带来的不仅是外观上的变化，更是满满的“黑科技”。学生根据各自画面的主体景致实现了更绝妙的创意。以沧浪新城第二实验小学戴天维同学的万年桥景区设计为例，红衣男孩在万年桥上放风筝，风筝在空中上下飘动，带着灯光的小船在护城河上悠悠地移动并播放着昆曲。前者的原理是通过避障感应器，调整好编程程序，一旦遇到障碍物就能触发启动马达，马达的转速快慢控制风筝线的滚动速度，从而调节风筝上升的速度;后者利用磁条的吸力，通过一组齿条带动齿轮左右移动，再通过画面背面的磁条带动正面的船左右移动，呈现小船划动的效果。还有学生使用舵机控制打开相门，干将莫邪铸剑的场景呈现其中。

不少学生的创作来源于生活和实验，他们的想法和设计也得到了大家的赞许。“我们在这里还设计了二维码，大家通过用手机扫一扫，就可以观看盘门三景的视频介绍。这样既美观又包含知识性。”

活动成果

师生溯源，姑苏长卷合力而成师生携手创作了长达22米、按真实比例缩放的姑苏长卷画，动态呈现古城风貌，为大众了解姑苏历史文化提供了平台。

做中习得，解决问题能力自然提升很多知识技能的学习只有在问题解决的过程中才能进一步加深印象。在纸电路设计过程中，学生要充分利用所学的电学知识、智能硬件知识、编程设计技能，解决一系列实际问题。在水韵姑苏整体画作创作过程中，学生真正从实际出发引出问题，产生需求，体验产品设计、解决问题的全过程。学生以学校小组为单位，积极交流，按照“观察问题现象—分析现状原因—讨论解决方案”的思路，一步步理清问题解决方案的整体设计思路，培养综合应用所学知识解决问题的能力。

熔古铸今，姑苏STEAM项目创新生成本次活动培养了学生运用信息技术进行创意设计的创新实践能力。在纸电路设计中，饱含了学生对于作品的创意设计灵感，而这种灵感又是基于对信息技术、人工智能技术等现代新技术的综合应用所形成的。由于纸电路和开源软硬件的技术门槛较低，对于学生来说是易于上手、便于实现的项目任务，这样就给学生留足了创新想象的空间。学生根据画面特定的富有文化的主题寻找创新亮点，既要展现传统文化的内涵，又要充分发挥新技术的优势。这些创意在长卷上交汇融合，形成了具有姑苏地域特色的STEAM创新项目。

灵感生成，无数创意长卷中呈现在长卷的创作过程中，学生的创意总能给人惊喜。他们在了解姑苏历史的基础上，用大胆的创意和灵巧的双手把自己学到的、看到的、听到的姑苏展现出来。小小想法，点亮的不仅是画面，更是不断学习探索的热情。

活动总结

本活动共有27个参赛队，60余名学生现场参与设计，1000多人在线观看视频直播，并在媒体上进行宣传，取得了一定的影响力。学生在本次实践活动中，重新拾起了姑苏古城历史文化，通过纸电路的制作，掌握了一定的电路知识，培养了动手操作能力。将传感器与纸电路相连接，实现了用智能方法控制LED灯的开关，也是学生接触人工智能的初级阶段。

今后将思考如何把更多的姑苏元素、传统元素与创客和人工智能相结合，让更多姑苏学子在努力学习前沿技术的同时，不忘历史，延续文脉。

（本实践活动指导教师：凌秋虹、鄒泓、钱品花）