基于地方文化资源的开源硬件项目式教学实践与思考
——以“大爱滨江”主题为例

陈丁雷 江苏省南京市江北新区教育发展中心

近几年，随着创客教育理念和形态的兴起，越来越多的教育工作者将创客教育作为建立跨学科、学科与传统文化、学科与道德教育等连接的桥梁。因此，笔者也尝试以校为本，基于学校地方文化开展开源硬件项目教学实践。一方面，地方文化为创客教育提供了丰富的题材，凸显学校特色，贴近学生的生活实际，有利于激发学生学习兴趣和参与度；另一方面，创客教育中地方文化的渗透，能促进学生对本土文化的认同感，提高文化自信和文化自豪感。

● 基于地方文化资源的开源硬件项目设计原则

1.整体设计——从课时设计走向项目设计

课时设计侧重于将某个学科知识点作为教学重点，侧重于知识点传输和技术训练。而项目设计则强调以某一问题、某一任务或某一主题作为学习驱动，引导学生经历体验、探究过程，让学生对学习内容进行深度思考，根据真实问题或真实任务要求，运用学科知识解决问题，在问题求解的过程中培养核心素养。

2.文化设计——从大众应用走向学校地方文化

创客教育作为“舶来品”，它的起源和发展处在特定的文化场域和教育情境之中。因此，在实践创客教育的过程中，需要立足本土社会、文化、教育实际。从大众应用走向学校地方文化，将创客教育与学校地方特色相结合，立足于本土解决实际问题，是创客教育本土化可借鉴的方式。中小学生正处于世界观、人生观和价值观形成的关键时期，容易受到各种文化的影响，将地方文化融入到创客教育课程教学中，有助于学生在多元文化浪潮的冲击下保持文化自信和文化自豪感，是坚持创客教育服务于本土教育生态价值取向的体现。

3.内容设计——从学科知识走向问题解决

项目内容设计要从学科教学知识转向学生的问题解决，即教师要转变教育知识观，要让学生从掌握学科事实转向发展学科理解，让学生运用学科核心观念、通过学科实践解决复杂问题，培养学生的学科核心素养。

4.学习设计——从被动浅层学习走向主动深度学习

要实现学生的深度学习，就要进行高品质的学习设计，要充分考虑学生的起点、认知风格、学习历程，以及可能会提出的问题，考虑如何通过有效的设计将学习活动引向深处等。同时，以好奇心为驱动、以兴趣为牵引的真实情境问题显得尤为重要，让学生聚集核心问题，在教师提供的评价标准及“脚手架”资源的帮助下进行探究，以促进学生探究未知为出发点，将更多的课堂时间用于主动学习。

5.评价设计——从结果评价走向全程评价

项目化学习要求教师运用过程性和总结性评价策略及多元主体参与的评价方法。项目化学习涉及的活动、实践有很多，虽然不是所有内容都要进行评价，但核心知识、重要的学习实践等需要在过程性和总结性评价过程中体现出来，可以采用量规、档案袋、测试，甚至口头等方式进行，以确保项目的高效进行。

● 基于地方文化的开源硬件项目设计

笔者结合地方文化特色和学生特点，从“绿色”“环保”“生态”理念出发，让学生经历创客项目全过程，让学生更全面、深入地了解滨江，并用科技的手段去表达自己对第二故乡“滨江”的热爱，用科技手段、环保理念去呵护“绿色生态滨江”，在传承、弘扬长江文化的同时，培养学生“爱滨江”的大爱情怀，彰显学校“仰大爱，求至真”的办学理念。在教学实践中，笔者遵循项目设计的各原则，由易到难，充分考虑科学素养、数字素养等多方面的渗透和应用，围绕“系统”“算法”“信息处理”“人工智能”等学科核心大概念，选取Arduino开源硬件，结合Mind+模块化编程，设计了基础篇和应用篇两个教学篇章，如下图所示。

基础篇分为“初识智能设备”“与机器‘对话’”“让设备‘听话’”三个课题，每个课题1～2个课时，以探究科学原理为主，让学生了解智能设备的工作原理、程序的基本知识以及用程序实现智能设备控制的基本方法，同时帮助学生涉入“大爱滨江”主题。在教学的组织方式上采取5E教学模式，让学生亲身经历科学探究过程，帮助学生主动建构学科概念。例如，在“与机器‘对话’”项目中，开始即通过创设问题情境吸引学生注意，激发学生兴趣，以“芝麻开门”视频片段和“小爱魔法”演示导入，激发学生思考。然后引导学生对人机对话背后的“程序”进行自主探究，并在教师提供的学习材料的帮助下自主完成探究任务——“倒计时程序”，从功能的不断完善与迭代中掌握程序的三种基本结构。接下来进行小组成果汇报，学生阐述自己对程序及基本结构的认识与运用。在小组汇报之后，教师给定新的情境：用流程图绘一绘“滨江”区域内的智能设备背后的程序控制原理。最后对学生的掌握情况进行评价。

应用篇从“绿色”“环保”角度精选了五个“生态滨江”相关课题，每个课题3～6个课时不等。通过一个个真实的项目引导学生广泛而深入地围绕自己的第二故乡“滨江”，探究真实情境中的复杂问题，让学生在由驱动性问题所产生的内动力中，综合运用多学科知识与技能，经历“问题与聚焦—调查与研究—设计与制作—展示与评价—拓展与应用”的完整项目流程，结合开源硬件设计并创造一个个真实的作品，表达自己对第二故乡的热爱。

● 基于地方文化的开源硬件项目实施

下面，笔者以“江豚保护系统”为例阐述基于地方文化的开源硬件项目实施过程，本项目共设计5～6课时，可根据教学实际进行灵活调整。

1.问题与聚焦

近30年来，长江江豚持续减少，从2700多头锐减到1000头左右，而我们的身边——从中山码头到长江大桥这个区域，竟然有20多头江豚。保护“水中大熊猫”任重道远，我们能做什么呢？通过对真实情境中江豚现状的调查了解确定江豚守护任务，实现问题聚焦。

2.调查与研究

本环节对设计的三个活动进行背景调查与研究：①“江豚知多少？”通过网络、实地调查了解江豚的方方面面，如生活习性、宜居环境等，为保护江豚做好知识铺垫。②“科技如何赋能江豚保护？”通过实地考察南京江豚监测站，了解科技在真实情境中的作用，在激发科技探究兴趣的同时，为后期的头脑风暴打开思路。③“如何让‘微笑精灵’‘笑傲江湖’？”在前面两个活动的基础上组织学生头脑风暴，激发创造力，开拓思维。

3.设计与制作

通过头脑风暴可以得出初步的方案设计，如从提高保护意识、水质、噪音、食物链等方面守护江豚，在此基础上学生分组构思作品的具体方案，教师对学生提出的方案进行可行性分析。对于共性的难点，教师可以将其从方案中独立出来以微项目的方式进行教学，同时指导学生将复杂的方案进行功能分解，各个击破，降低项目难度。之后再进行项目功能的整合，形成综合创客作品。同时，教师在开展教学前要注重教学资源的建设，预估学生可能会遇到的困难与问题，及时提供脚手架资源，以确保项目的顺利完成。此外，在教学中要注重全程评价，做好过程性资源的存档。

4.展示与评价

教师要求学生以小组为单位开展项目综合作品展示会，明确可以借助PPT和实物展示形式从设计思路、团队分工、功能实现与演示、遇到的困难与解决办法、改进方向和未来展望等方面进行展示，同时引导学生提出涉及本项目基础理论和实践的新问题，其他小组完成小组间的互评表，并提出改进意见或建议。

5.拓展与应用

在本项目中，江豚保护只是保护长江生态环境的一个缩影。党的十八大以来，党中央高度重视社会主义生态文明建设，坚持节约资源和保护环境的基本国策，坚持绿色发展，把生态文明建设融入社会各方面和全过程。笔者以此为契机，渗透道德教育，引导学生思考如何为生态文明建设做贡献，并成为生态文明建设的实践者、宣传者和引领者。

● 结束语

本文将本地文化资源作为学生数字化学习与创新能力提升的重要情境，通过项目式学习的方式组织“大爱滨江”教学内容，让学生体验物理世界与数字世界深度融合的环境，感受信息科技手段解决实际问题的方式，有助于提升学生运用信息科技手段解决实际问题的能力，培养学生保护长江的意识，以及传承优秀传统文化的社会责任。