开源硬件项目中培养学生信息技术素养

兰颖

摘要：如何在开源硬件项目中培养学生的信息学科素养，成为当前信息技术教学迫切需要解决的问题。笔者从开源硬件项目设计课程入手，在教学实践中提炼培养学生信息意识、计算思维、创新能力和信息社会责任的策略及方法，从而培养学生的信息技术核心素养。

关键词：核心素养   信息意识   计算思维   创新能力   信息社会责任

随着创客教育、STEAM教育等新教育模式的应用，着力提升学生的信息技术核心素养、促进学生的全面发展成为信息技术学科的重要目标。基于此，高中信息技术新课标中设立了“开源硬件项目设计”选择性必修模块，以引导学生创新，提高学生动手实践的水平。如何在开源硬件项目的实际教学中培养学生的信息素养成为教师探究的重点。

经课堂实践观察和现状调查发现，目前很多中小学也在逐渐开设类似“开源硬件项目设计”模块的课程，但由于教学方法比较陈旧，教师缺乏经验，缺乏指导，课程往往成为教师演示和学生模拟的操练课，学生并未完成真正意义上的探究学习，这不仅与“开源硬件项目设计”模块的培养理念不符，也不能真正提高学生的信息学科素养。由此特别需要科学的方法和策略对高中信息技术教师开展“开源硬件项目设计”模块教学进行引导。因此，结合本校开源硬件校本课程教学，笔者开展了高中阶段开源硬件项目培养学生信息学科素养的实践研究工作，提出了以下几项策略以提升学生信息技术核心素养。

一、让学生认识开源硬件对信息技术创新的意义

信息意识可以简单理解为对信息和信息技术的敏感度、价值判断力及选择信息技术解决问题的能力。

从信息的获取、加工、管理等方面可以将信息意识划分为信息需求意识、信息选择意识、信息加工意识和信息管理意识。于是，在开源硬件项目设计过程中可以有以下几种培养学生信息意识的策略：

（一）提供丰富的学习资源，培养信息需求及选择意识

在项目设计的过程中，提供尽可能多的材料与信息资源，让学生可以有目的地选择需要的、合适的进行探究，培养学生的信息需求及选择意识。

如在项目“智能晾衣架”的制作过程中，笔者给学生提供了若干材料：木头、塑胶板、热熔胶枪、电焊、胶棒、有机玻璃板、激光切割机、3D打印机等。学生能够根据自己的设计构想有意识地选择自己需要的材料及工具。

（二）创设需求情境，培养信息加工意识

为培养学生主动加工信息的意识，可以为学生创设发现问题、产生信息加工需求的情境，从而让他们选择合适的数字化工具对信息进行加工。

如在制作智能门铃中，教师可以设置以下情境：门铃是通过声音通知有人来访，如果主人听力不太好，这样的情况该怎么解决？此时，同学们会开发思维，设想各种解决问题的办法。如有的同学选择增加一个LED灯，有的同学设计增加舵机模块。根据创设的情景，学生设计不同的方案进行信息加工，不仅选择不同的硬件，也要选择合适的编程软件完成加工，从而实现自己的设计。通过创设不同的情境，激发学生信息加工的欲望，在设计不同的加工方案中提高他们的信息意识。

二、综合运用多学科知识在项目实施过程中提升计算思维

计算思维是指运用计算机科学的基础概念进行问题求解、系统设计以及人类行为理解的一系列思维活动。而开源硬件项目教育的理念恰恰是让学生在综合运用多学科知识进行作品的创意、设计、制作、测试、运行的过程中，形成以信息技术学科方法观察事物和求解问题的能力，从而在作品完成的每个步骤中逐步提升计算思维，培养层次如下：

1.通过剖析作品实例，让学生体验完整的项目流程，从而能将一般流程应用于实际项目中;

2.引导学生分析事物特征，从而设计出符合事物特性的开源硬件作品，并且能有条理地安排作品各组成部分的功能及它们之间的关系;

3.鼓励学生根据作品设计方案，选择合适的材料、工具等实现数据的输入、处理和输出;

4.通过模块化编程将逻辑结构表达出来，从而实现作品功能。

三、开放式作品设计过程中发展学生的创新能力

培养学生的创新能力，就要让他们思想清晰、灵活和有独创性，对新的以及不一样的东西能保持接受的态度，并在行动上愿意去冒险，对于构想或事情的细节有审美和敏感的特质。所以我采用的策略如下：

1.让学生以实例为依托学习新的知识，在学生掌握学习内容的基础上，鼓励他们进行创新性应用。如舵机的常规用途是操控设备，如机械臂、机器人行走、开门装置等都要用到舵机，同学们都已经能够熟练掌握，于是让大家开动脑筋创设出舵机不一样的用途？

在实例剖析的基础上，设计一些开放性的任务，给予学生充分的想象与创新空间。在学生对开源硬件设备及arduino等资源能根据需求选择与应用的基础上，设置一些开放性的合作任务，让学生组成小组共同协作完成。

课题：制作一个适用于老年人的智能装置，为老年人生活提供方便。

学生充分发挥创意，制作出了不少好作品，如利用PVC板材切割、热熔胶连接制作的智能轮椅，利用超声波传感器避障，利用舵机实现轮椅靠背放平变成床等。这些都是孩子们自己的创意，让他们设计并实现创意，很好地培养了他们数字化学习与创新能力。

在小组协作完成设计作品的过程中，学生能够评估常用的数字化工具与资源，根据需要合理选择并能针对特定的学习任务，运用一定的数字化学习策略完成任务，创作作品，这正符合新课标对培养学生数字化学习与创新能力的要求。

四、交流评价过程中建立信息社会责任

对学生信息技术意识与能力的培养，最终要在社会实践中得以体现，这样才能更好地服务于社会。作为未来社会的接班人，中学生要树立一种信息责任意识。所以在开源硬件項目学习的过程中，教师要引导学生明确信息素养形成过程中社会责任的内涵，学生在交流自己及他人作品时，也要从开源硬件等数字化工具对社会的促进作用和在社会发展中的不利因素等问题展开讨论和进行评价，从而更有针对性地采取有效措施进行设计、创作、改进与完善，更好地促进自身能力发展与社会进步。

如在“建设你心目中的智慧校园”项目的交流评价中，无论是从节电、节水等节约能源方面设计的项目，还是从推进教学、管理效率，改善教室智能化环境等方面进行的设计，教师都要给予充分的肯定，要让学生明确我们利用开源硬件可以解决实际问题，可以为学校的建设与发展贡献自己的力量，从而树立他们的信息社会责任感。

培养学生兴趣，提升学生信息素养，为培养高素质后备力量而努力。但贯彻信息技术核心素养绝非一朝一夕之事，它的目标是致力于学生的终身发展。因此我们必须放眼未来，不断改变教学理念、方法、策略、评价体系等，为培养学生发展核心素养注入源源不断的力量。

（作者单位：江苏省徐州高级中学）

参考文献：

[1]刘伟善.Arduino开源硬件在高中信息技术教学中的应用[J].教育信息技术，2019（04）：11-13.

[2]樊磊，吴俊杰.高中新课标“开源硬件项目设计”模块：课程实施与实验室建设[J].中国信息技术教育，2018（22）：4-8.

[3]刘少江，许志明，倪伟传，王凤，万智萍.创客教育背景下转型应用高校开源硬件实践课程的设计与探索[J].高教学刊，2019（09）：36-39.