创意智造作品的“感应式消毒液挤出机”项目式课程设计

孙学涛

〔摘    要〕    为落实2022年版《义务教育信息科技课程标准》提出的面向全体学生、聚焦核心素养、突出跨学科探究实践的要求，可让学生设计制作创意智造作品，学生采用小组合作方式，综合运用多学科知识，动手实践。经过软件编程、实物搭建、功能调试、展示评价等流程，创意创造出解决生活实际问题的具有一定功能的实物作品，能切实落实课程标准要求。“感应式消毒液挤出机”使用项目式课程设计方案模板和学历案工具，按照驱动问题、学习目标、活动实施方案、项目效果评价四个方面进行项目化课程设计和实施，能提升学生创、智、造能力和信息素养、探索实践能力，促进信息科技与跨学科知识的融合创新应用，落实核心素养的培养，促进学生德智体美劳全面发展。

〔关键词〕    创意智造；项目式课程；设计

〔中图分类号〕  G424               〔文献标识码〕  A        〔文章编号〕  1674-6317  （2023）  09-0058-03

2022年版《义务教育信息科技课程标准》明确指出信息科技课程的育人目标和导向，要聚焦核心素养、强化学科实践，探索跨学科主题学习，增强学生解决问题的能力，培养学生信息科技素养，促进数字素养与技能的提升。创新实践是实现核心素养的重要途径。创意智造作品项目式课程设计和實施就是针对现实生活中的具体问题开展探究和实践，采用问题驱动方式，通过电脑编程、硬件搭建、造型设计等实践，做中学，学做结合，融合多学科知识并运用信息科技解决实际问题的方法和过程，创作出具有创新性、智能性的实物作品。学生参与到从开始的创新创意生成到动手实践制作直到最终的成果作品和展示评价的整个过程，使每一位参与的学生都能得到成长，享受学习成果的快乐，在不断经历动脑思考、动手实践中，潜移默化地提升创新能力和实践能力，促进核心素养的养成。

一、创意智造作品项目式课程设计

创意智造的项目式课程，主要是让学生以小组合作的方式，对现实生活中的问题或者主题项目，进行主动探索和持续探究。运用人工智能技术和多学科知识，动手动脑探索解决问题的方案，进行项目作品的设计与制作，最后以具体实物的方式呈现，实现对项目问题的解决。为利于创意智造项目式课程的开展，可以设计使用项目式课程设计模板，按照驱动问题、学习目标、活动实施方案、项目效果评价四个方面进行课程设计。

（一）驱动问题设计

项目式课程是通过问题驱动引导学生进行探究，通过观察，发现和思考日常生活中的需要点、关键点，发现问题，作为驱动问题。“感应式消毒液挤出机”的驱动问题就是在新冠疫情核酸检测时发现的：医生采集完一个核酸样本就要按一下酒精凝胶进行手消毒，学生日常洗手消毒时，也是按下消毒液的自吸按钮才能挤出消毒液。而按压之前手是没有消毒的，是不卫生的，经过多次和多人的按压，容易造成交叉感染。所以驱动问题就是：设计制作一款不用手按压的无接触的“感应式消毒液挤出机”。

确定驱动性问题就确定了项目式课程的研究内容，然后围绕驱动性问题进行思考、探索研究，搭建作品项目与知识之间的桥梁，产生持续探索的兴趣，激发学习的内在动力。激励学生积极自觉地寻找问题的解决方案、准备知识和素材，构建和共享作品成果，在解决问题中促进知识的迁移，实现深度学习。

（二）学习目标设计

确定了驱动性问题，就有了学习目标。目标的设计要包括：学生要学习哪些知识？有哪些收获？对学生的学科素养有哪些提升？不但要关注最终的作品成果，还要关注探究实施的过程。目标设计时，可以把大问题拆分成多个子问题，也就是将大目标拆分成多个子目标。设计子问题以促进驱动性问题的探究，每个子问题都要设计好探究的问题、活动的内容、预期的成果以及需要的资源。围绕“感应式消毒液挤出机”驱动性问题的解决，需要运用Arduino核心板和扩展板，采用编程，使用人体传感器感应到需要消毒的人手，感应到的信号传导给核心板，指挥水泵抽取消毒液，通过管道流到人手处进行消毒，从而实现不用手按的无接触式自动抽取消毒液消毒的感应式消毒。为解决大问题，可以将其分解为四个子问题：一是硬件的采用，主控板采用Arduino Uno，采用人体传感器、水泵及驱动模块；二是编程采用Scratch图形化编程进行上传和运行调试；三是组装作品的整体设计，分为盒子底座、管道、消毒液瓶子、线路连接等；四是解决遇到的难题。如何调试水泵转速大小来控制消毒液流出速度？如何解决人体传感器的感应范围及灵敏度？四个子问题都要设置目标任务，小组内成员可以分工分别按目标任务去完成，有设计的、有制作的、有展示评价的。通过目标任务的设计，使学生知道实现学习的目标及要求，各自分工，各自努力，又互相协作，能有效地对子问题一个一个解决，由问题转化为行动，为最终解决大问题提供策略和支持。

（三）活动实施方案设计

项目式学习，不光是让学生完成活动，做出作品，而且要让学生经历整个学习实践过程。项目活动的实施是通过小组分工合作解决驱动性问题，根据探究活动的内容，寻找项目实施所需的资源和材料、技术，进行制作和改进等。每个学生都参与到各个阶段，解决每个子问题，实现预期成果。

准备材料：列举并准备项目作品需要的材料，做好项目实施的准备工作，做到有备无患。“感应式消毒液挤出机”的准备材料有：Arduino核心板和扩展板及连接杜邦线；人体传感器和水泵连同驱动板、电源；自制泡沫板或激光雕刻底座盒子；带盖消毒液瓶子以及PVC塑料管。编程软件采用Scratch图形化编程软件等。

制作过程：先设计好项目图纸或示意图，按照步骤进行硬件连接、编程程序、运行调试、优化改进等，直到完成项目作品的制作。“感应式消毒液挤出机”制作分为四个阶段：A.智能硬件搭建，安装好Arduino核心板和扩展板并连接水泵电机与电机驱动模块及人体传感器；B.使用Scratch编程软件编程设计及调试；C.制作底座盒，改装消毒液瓶并制作挤出液管道；D.组装“感应式消毒液挤出机”并调试和改进。根据四个阶段，再具体把操作过程进行细化、分工、制作。

（四）项目效果评价设计

完成任务和作品后，要进行成果展示和评价。展示项目作品的功能，为实现功能需要用到的软硬件、材料，运用哪些知识、技术，如何进行人员分工、搜集数据和分析数据。可以按照实施前、实施中、实施后的阶段顺序展示整个项目过程。不但要展示使用的方法，而且要展示亮点功能，还要说明遇到的困难和解决方法。如，为方便加液及确保酒精类消毒液不挥发，消毒液瓶子采用顶部加入消毒液并带有密封盖；为控制消毒液合适流量，通过软件编程控制水泵工作时间速度，并在管道上加控制阀控制消毒液流量。

展示时可以分小组进行，各成员介绍展示，其他小组成员对作品进行质疑询问，包括学习态度、活动参与、项目改进和技能掌握及技术革新等方面，从而发现问题并找出改进思路，实现目标要求。可以设计使用评价量表，从规范性、创新性、艺术性、技术性、团队展示与协作、信息素养创新能力提升及作品效果等方面，进行评价。设置相应的比例分值，以表格形式呈现，学生按照评价量表标准改进作品，也可以对作品进行自我评价。

二、创意智造学历案设计

项目式课程设计，不但要完成项目作品的设计，还要把项目作品具体转化为可学习的课程。采用学历案进行设计项目课程有效实用。学历案是体现学生为学习主体，是学生亲自参与项目经历学习的方案，要呈现学生在项目过程中的问题设计、目标任务、制作实施、展示评价等全过程。设计学历案可以包含六大要素。

学习主题，即驱动问题。创设实际生活中一个大任务或大问题，确定学习主题，以激发学生学习的兴趣和内驱力。“感应式消毒液挤出机”就是来自日常疫情防控中的实际问题，设计制作一个“感应式消毒液挤出机”就是项目作品主题，围绕这个主题一步步地设计制作。

学习目标。大问题细化为子问题，大目标划分为子目标，即项目的学习目标。可以从科学、技术、工程、数学等方面进行STEM的目标设计。针对“感应式消毒液挤出机”，共划分了四个子问题，每个子问题都明确一个具体目标任务，确定学生要完成的任务。

资源和知识、材料准备。根据目标，明确完成任务需要的知识和资源，为项目的开展做好储备，为后续探究打好资源和知识基础，并提升资源和知识的应用进阶，为项目的后续开展提供保障。

制作过程。每课时一般安排2～ 4个任务，体现进阶性、结构化与实践性。随着一个个任务的完成，也就逐步完成学习过程；每个任务完成后要做好记录，每个步骤的制作都有详细说明。掌握一个原则，就是让不会做的人看到说明也能看得懂，看完也能学着做。

调试与展示评价。根据子问题的目标，完成作品后，要进行调试编程程序运行和各硬件的配合工作，测试作品实现的功能能否实现预期目的，介绍和展示作品的使用方法和亮点功能等。展示“感应式消毒液挤出机”作品和使用方法时，要体现作品的亮点：采用充電宝供电方便携带；使用带盖密封瓶子方便加消毒液和防止挥发；用手经过人体传感器即可启动水泵泵出消毒液，进行手部消毒，避免用手按压，实现无接触感应式消毒液挤出的效果。让学生、教师质疑和询问、小组间互相评价、师生间互相探讨，依据评价量表赋分评比、评奖。这既是对项目作品的肯定，也是项目作品的目标实现程度与信息素养提升的评价，更是对制作项目作品的激励，为学生后续的持续性探究提供动力。

学后反思。对遇到的困难问题如何解决，对技术瓶颈的处理方法以及收获进行反思，对作品提出改进思路，便于项目作品的迭代升级。这个环节也是提炼收获、提升核心素养的重要步骤。“感应式消毒液挤出机”的改进方案是：为避免传感器受外界干扰误操作和感应准确，在传感器外围加装遮盖套，只接受来自底部的小范围移动信号，提高感应准确度，并提出外观改进，设计一个全包围的盒子，只露出人体感应传感器和消毒液挤出喷头，外形美观，使用方便。

三、结语

创意智造项目式课程的设计是项目实施的保障。项目实施后运用学历案生成项目课程，根据新课标要求，围绕核心素养目标，设计相应的学历案，实现对核心知识的再建构和思维迁移。通过项目课程设计和学历案设计，让学生经历从想法生成到作品制作的整个过程，不断培养学生的创新思维、设计思维和编程能力、动手能力、团结协作能力。通过创意智造项目课程的设计和实施能真正落实跨学科融合创新，提升动手和实践能力，培养学生的整合性和创造性，促进学生核心素养提升和全面发展。

参考文献

[1]祝智庭，雒亮.从创客运动到创意智造：培植众创文化[J] 电化教育研究，2015（7）：5-13.

[2]夏雪梅.项目化学习设计[M]北京：教育科学出版社，2018.