螺旋上升模式在开源硬件项目教学中的应用

任昕

摘要：开源硬件项目设计是普通高中信息技术课程中选择性必修模块6的内容，部分学校会借助校本课程的形式开设本模块的内容。在课程实施过程中，由于课时等因素的限制，容易出现课程教学安排缺乏系统性和连贯性的问题，从而不利于核心素养的落实。本文探讨了在课程的过渡阶段，如何结合螺旋上升课程理念，让开源硬件项目学习活动得到有效开展。

关键词：开源硬件项目教学;螺旋上升模式;项目学习

中图分类号：G434  文献标识码：A  论文编号：1674-2117（2022）13-0043-03

开源硬件项目设计是普通高中信息技术课程中选择性必修模块6的内容，课标中对本模块的学习要求是，学生能够搜索并利用开源硬件及相关资料，体验作品的创意、设计、制作、测试、运行的完整过程，初步形成以信息技术学科方法观察事物和求解问题的能力，提升计算思维与创新能力。

● 开源硬件项目教学的常规流程安排

开源硬件项目的教学，倡导结合STEAM教育理念开展项目学习，让学生在合作探究学习中，体验创造、创新的乐趣，形成利用信息技术解决问题的意识。教师在实际开展开源硬件项目时，通常会先安排部分课时帮助学生了解开源硬件的基础知识和项目的基本流程，学习开源硬件的功能和特征，然后形成小组的项目方案，最后完成一个综合性的开源硬件项目作品。

在初步了解阶段和自主探究完成项目作品之间，需要有一个过渡阶段来帮助学生更牢固地掌握开源硬件项目相关的知识和技能，积累开源硬件项目的经验，训练学生运用信息技术解决问题的思维和能力，从而助力学生更好地独立完成后续的综合性项目。

过渡阶段的学习有着承前启后的作用，教师需要思考如何优化这一阶段的教学安排与设计，使其更适于项目学习的开展，从而更好地落实学科的核心素养。

● 课程过渡阶段的项目学习实施存在的问题

项目学习是指学生在教师引导下发现问题，以解决问题为导向开展方案设计、新知学习、实践探索，具有创新特质的学习活动。处于过渡阶段的项目学习，在实施过程中如果安排不合理，容易凸显一些问题。

1.变成“演示—模仿”课

处于这一过渡阶段的教学，常受限于课时安排，教师为了追求教学内容的完成度，很容易将其变成传统的“演示—模仿”课，这种方式无法有效培养学生的问题解决能力，也不利于学生高质量完成后续的综合性项目。

2.不同项目之间缺乏连贯性

项目学习活动通常围绕问题解决的过程展开，需要一定的时间跨度。如果为了帮助学生掌握相关的知识和技能，而在过渡阶段设计多个无关联的项目学习活动，既不符合课时有限的实际情况，也使得前后的学习活动缺少衔接。

3.相关知识的学习缺少递进性

如果前后的项目学习活动相互脱节，那么项目中问题解决所需的知识之间也会缺少递进性，这不利于学生充分地理解所学知识和运用所学知识解决问题。

因此，需要一种主题需求连贯，同时可以将典型的知识和技能涵盖在内的项目学习活动，作为这一过渡阶段的学习依托。

● 基于螺旋上升模式的项目学习

螺旋式课程理念由美国教育学家和心理学家布鲁纳提出，该理念强调学习应该是一种反复的过程，通过合理的教学安排，让学生在逐渐复杂化的问题情境中运用所学知识，达到不断深入理解知识技能和牢固掌握知识技能的目的。

将螺旋式课程理念运用到项目学习活动的设计中，可以解决几个独立项目间缺乏连贯性的问题。在不同的项目学习中反复出现特定的教学内容，通过重复让学生对学科的重点内容不断熟悉与拓展，从而让学生的项目进展具有递进性。[1]教师也不用把过多的精力放在讲授上，学生当下的学习都是建立在上一次的学习基础上，教师可以把精力集中在引导学生解决认知冲突问题上。

综上所述，在过渡阶段设计基于螺旋上升模式的项目学习，需要遵循以下原则：

①项目主题连贯。项目的主题应保持连贯，项目之间的衔接要体现问题解决的迭代性。

②梳理知识点和技能点。相关知识和技能要反复出现在不同的项目中，因此需要先对学科教学的内容整体把握，在此基础上再开始项目的编排。

③项目的编排体现递进性。每一阶段的项目要建立在上一个项目的基础之上，以知识点的渐进为原则精心设计项目，难易程度要体现螺旋式上升特点，即在整体概念的把握中，从简单的阶段到复杂的阶段反复迭代，前一阶段是后一阶段的基础，后一阶段是前一阶段的延伸和发展。[2]

● 基于螺旋上升模式的项目学习案例

项目主题：多功能风扇。

课时数：2～3课时。

学情分析：学生在前期的学习中，已经初步了解了开源硬件的发展背景、开源硬件项目的一般流程以及开源硬件的相关开发环境。

项目学习目标：掌握开源硬件项目相关的基本硬件知识，能根据需求连接硬件，进行程序的编写，实现相应的功能。

项目递进主线：通过风扇功能不断升级与丰富，串接起四个小项目，涉及的能力要求也不断提高（如下图）。

项目具体内容安排如下页表所示，随着项目功能的不断丰富，问题解决的难度在提升，涉及的硬件知识在不断叠加，程序设计的复杂程度也在提升。

学习效果评价：

第一，在课时有限的情况下，基于螺旋上升模式设计项目活动，有助于学生积累项目迭代设计的过程经验。后一个项目依托前一个项目进行升级，前一个项目用到的硬件和程序结构，在后一个项目会被用于解决类似的问题，学生利用知识和技能去解决问题的过程具有连贯性和整体性。

第二，项目中涵盖的基础知识和技能具有典型性，是学生在后续的综合性项目中会普遍用到的知识和技能。同时，项目的复杂程度也控制在學生可以在2～3课时内能完成的程度，更深层次的探究可以留待学生在后续的时间跨度较长的综合性项目中进行。

● 小结

项目学习在日常教学中的落地会遇到各类现实条件的挑战，需要结合各校的课时安排和学生的学情，选择合适的方式和策略，因地制宜地调整。不变的宗旨是让学生对学习过程感到有意义，立足于培养学生的核心素养，着眼于提升学生的问题解决能力。

参考文献：

[1]郁婷婷.螺旋教学模式在项目教学中的实践教学体系构建探析——以高职基础会计课程为例[J].经济师，2016（12）：200-201.

[2]袁建新.“项目化螺旋层递教学法”的创新机理与实践效果[J].上海城市管理职业技术学院学报，2008（02）：61-63.

本文系南京市中小学教学研究2019年度第十三期重点课题的研究成果之一（课题编号：2019NJJK13—Z01，课题名称“高中信息技术项目教学中的项目开发与实践研究”）。