智能有“温度”

陈秋薇

● 创新整合点

①基于真实生活情境，融入设计思维、创客教育与STEM教育理念，引导学生建立同理心，挖掘人们真实需求，发现真实问题，并能够利用多学科的知识去解决问题。

②注重对学生核心素养的培养，在项目实践过程中培养学生的跨学科问题解决能力、创新思维与创新能力，增强学生社会服务意识，提升社会责任感。

● 项目分析

本项目是基于Arduino开源硬件设计的中学生创客项目。本项目将学生带入真实的情境，引导学生解决社会中存在的真实问题;引入设计思维理念，让学生学会由观察到洞察，由自我到他人，以人为本，挖掘人们的真实需求，学会发现问题，提出问题，并能够利用多学科的知识去解决问题。

● 学情分析

现有知识水平：学生具备一定的数学、物理、化学、生物等学科知识基础，具备开展综合性项目研究的能力，但缺乏实际情境中的综合应用。

现有技能水平：学生已经具备Arduino开源硬件的基础知識，认识常见传感器、电子元器件，对编程开发平台有一定的了解，能够调用电子模块编程解决问题，但缺少综合项目的开发制作经验。学生有基础的建模与制图能力，但缺少实际操作，对工具的使用不熟悉。

认知发展水平：学生具备一定的主动学习能力，能够根据提供的资源进行自主学习。学生具备基础的观察能力，但缺少全面细致的观察经验。

● 教学目标

科学态度与责任：能够关注现实社会，了解目标人群，挖掘他人的真实需求;能够利用观察法、调查法、访谈法等科学方法开展科学探究。

系统设计与创新：能够从真实需求出发，提出有价值的问题并针对发现的问题进行科学探究和工程设计，完成具有可行性的项目方案设计。在方案设计与制作过程中，形成对需求、问题、设计、优化、制造等工程问题的系统理解。

知识融通与应用：能够根据项目设计开展工程实践，并能够综合运用科学、技术、工程、数学等学科知识解决问题。

物化实践与表达：能够根据项目需求，合理地选择开源硬件模块，进行电路搭建、编程;能够正确地使用工具，选择结构耗材，进行结构搭建，完成模型和产品的制作;能够合理使用数字化工具获取学习资源，实现各模块功能，创造性地解决问题，形成个性化产品。

文化体验与认同：体验项目设计与制作的一般流程，在项目开发过程中能够体会创作的成就感，从而激发创造潜能和社会责任意识。

● 教学环境与准备

基于创客空间、通用技术教室或者计算机机房，准备联网的计算机，安装图形化编程软件、3D建模软件、激光切割软件等;准备Arduino开源硬件套件，包括主控部分、通信模块、人工智能相关模块、输入模块、输出模块等;准备结构耗材，包括椴木板、雪弗板、瓦楞纸、雪糕棒、吸管、木棍等;准备制造工具，包括激光切割机、3D打印机、胶枪、美工刀、剪刀、钢尺、圆规、铅笔、锯床、磨床等。根据学校情况，可增加与减少。

● 教学过程

1.问题与聚焦

活动一：问题分析

教师首先通过社会热点新闻引起学生对老年人群体的关注，引发学生思考：通过现在所学的知识和所了解掌握的智能硬件技能，我们可以为老年人做些什么？接着，通过观看相关智能产品设计，提出“智能有温度”的话题——不同的人群，面临着不同的问题，提出能否通过所学智能硬件的知识，帮助人们解决真实的问题，设计出温暖的智能产品。最后，教师根据核心问题，提出子问题：①你想为哪类群体解决问题，你想为这类人群解决什么问题？②针对这类群体遇到的问题，目前有哪些解决措施？③如何通过智能硬件设计帮助这类群体解决面临的一些问题？

活动二：观察、倾听与了解

（1）引导学生观察目标群体或个体的生活，并进行记录。注意观察他们都在做什么、说什么，生活中他们遇到了哪些问题，并对观察到的内容进行整理。

（2）要求学生通过访谈法对目标群体或个体进行访谈，拟定访谈提纲。访谈提纲要根据观察内容和拟研究的内容进行。

设计意图：从社会热点新闻出发引起学生对老年人群体的关注，引发学生思考。通过展示学生设计的适老化智能产品，提出“智能有温度”的话题，引导学生开发一款针对特定人群的有“温度”的智能产品。让学生利用科学技术为他人生活带来便利，带去温暖，进而激发学生的社会责任意识。

2.设计方案与论证方案

活动三：设计初步项目方案

第一步：凝聚研究主题。根据前期的观察、倾听、访谈等调研内容，学生小组进行整理与分析，围绕子问题寻求目标群体所面临的真正问题，寻找尽可能多的需求点。在这个过程中教师使用同理心地图法，帮助小组更好地梳理信息，理解目标用户，找到用户的真实需求。

通过同理心地图的分析，学生确定用户痛点，明确用户的真实需求。结合子问题，各小组选择至少一个问题作为本组的核心研究方向，各组讨论，填写“研究主题表”。此步骤的意图是根据问题需求，明确研究方向，确定产品愿景，对研究设计方向进行规划和约束。

第二步：撰写初步研究方案。每个研究小组根据自己的研究主题，进行头脑风暴，撰写尽可能多的解决思路。头脑风暴需要遵循自由畅想原则、延迟批判原则、量中求质原则、综合集成原则等。每组成员通过头脑风暴法会得到很多可能或有希望的解决方案，这时就要根据评选原则选出两个或三个方案，具体的评选综合考虑可行性、创新性、实用性、安全性、科学性、成本等因素。

第三步：各小组根据方案，参考教师提供的研究方案格式，开始撰写初步的项目研究方案。

活动四：论证交流方案

开展方案论证会，组建由教师和学生代表组成的专家组，学生分组介绍本组项目研究方案，专家组现场交流点评。专家组论证方案的标准涉及选题价值、方案完整性、研究步骤可行性、研究活动安全性、成本预算等方面。

活动五：撰写最终方案

学生小组根据专家组意见，修改优化方案，撰写项目实施的最终方案。方案经教师审定后，进入下一阶段。

设计意图：本环节是项目成败的关键所在，教师引领学生经历发现问题、提出问题、设计方案、交流方案、论证方案的过程，最终让每个组写出问题合理、设计可行、格式规范的设计方案。

3.制作、测试与优化

活动六：制作与测试

第一步：项目准备。根据审核通过的项目实施方案，学生提交物料申领表，到教师处领取相关电子模块、结构耗材、工具等物品。教师提供项目实施记录表，提醒学生在每次项目实施过程中要按实际情况填写，掌握学生的项目实施情况。

第二步：按项目步骤实施开展。学生根据自己的产品设计，按照步骤实施，注意合理分工、相互协作，并注意记录实施过程、遇到的问题与困难、完成情况等。

活动七：分析与优化

各小组对做出来的产品进行原型测试，运行作品的数据采集、运算处理、数据输出、调控执行等各项功能，检测实验数据是否有效、预期功能是否能实现、结构设计是否合理，分析产品的优缺点，并对此进行改进优化。

设计意图：本环节是项目的实践部分，基于前面两个阶段的成果，学生小组能够有序地开展项目实施，记录实施过程和数据。同时，能够规范学生使用耗材，强化学生在工程制造过程中的规范意识、节约意识、安全意识等。

4.展示和评价

活动八：撰写研究报告

第一步：报告写作准备。教师提供研究报告的标准格式，师生探讨各栏目的必要性。小组决定撰写报告的方式，可以选择每人独立写作，或者小组合作写作。如果采取小组合作写作，需要签署合作书，明确规定成员的任务。小组合作写作最好采取网络共享文档的方式，这样便于上下文衔接，让报告行文流畅。

第二步：报告写作。学生撰写项目研究报告（也可以写成科技论文），制作产品说明书（或用户手册）。教师建议产品说明书从产品名称、产品介绍、硬件清单、操作说明等方面撰写。定稿后，整理项目过程资料，制作交流PPT，拍摄演示视频，筹备产品发布会。

活动九：产品发布会

产品发布会分为两个部分。第一部分为班级分享会，主要在班级内部进行，各小组展示项目作品，打分评价，并提出建议。第二部分为产品发布会，在学校科技节上展出，学生进行作品路演，同时学生可邀请受众体验自己的产品，并评价与反馈。学生根据实际反馈对原型进行再次优化。

设计意图：本环节是项目的展示分享部分，主要分为两个部分：第一部分是学生撰写研究报告或论文，学会科学写作。第二部分是产品发布会，让学生学会如何进行展示和分享。本环节的目的是让学生体验创造发明的快乐以及帮助他人解决问题的成就感，同时意识到创新创业的机会，增强学生利用科技造福人类的意识，激发学生继续学习的欲望。

5.拓展与应用

活动十：项目拓展

在教师的组织下，各组学生对项目研究过程及结果开展反思与总结活动。同时，教师鼓励学生将自己的研究成果参加科创类比赛、申请专利、开发商业产品等，激发学生深度研究的动机。

6.学业评价

①学生评价。关于本项目的学生评价，主要从过程性评价和作品评价两方面入手。过程性评价包括出勤情况、对小组贡献、参与班级讨论的情况、过程资料完备性;作品评价包括研究报告、科技论文、产品发布会的分享情况、作品的品质等。

②项目评价。针对整个项目进行评价，主要从学生评价和教师评价两方面进行。学生评价：学生通过项目掌握了哪些知识、技能与方法，项目学习的意义，项目评价及建议等。教师评价：教师对通过该项目的学习，学生掌握了哪些知识、技能与方法，该项目学习与常规教学相比的优势，项目过程是否体现了这些优势进行评价及建议等。

● 教學反思

本项目是基于STEM理念的创客实践课程，在项目过程中融入了设计思维、工程思维以及创新思维理念。项目是基于社会中存在的真实问题，让学生走进真实的受众，在体验产品开发的完整过程中形成用科学方法观察事物及运用跨学科知识问题求解的能力，培养学生的创新思维与创新能力，提升社会服务意识，增强社会责任感，让学生不能只是低头读书，也要学会抬头关注这个世界。

项目开展的难点是引导学生发现问题、提出问题。在提出项目的过程中，要注意为学生提供方法，引导学生进行科学观察与思考。在作品设计与开发过程中，要注意前期方案设计论证的重要性，这是项目成败的关键所在。在学生制作过程中，注意小组成员明确分工，充分发挥每个人的作用与积极性。制作时，教师一定要强调工具及硬件使用的规范性，要鼓励学生自主学习、主动探究。