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1、基于“做中学”理念的信息技术课程与教学创新 “工程”（engineering）一词最早是来自于军事中的兵器制造领域，要求能够按照标准制作一个标准的零件，然后再把它们组装起来，完成规格统一的产品制造过程。后来这个词衍生为完成一个需要很多人协作分工，在规定的时间内完成一个具有一定功能的复杂项目，比如盖一座大楼，交付一个软件，或者让载人飞船到月球上转一圈。在班级授课制的模式当中，教学被分割成几十分钟的单元，每位学生都倾向于有独立的任务和具体的知识学习以及相应的考评标准。学生被分割成一个个的原子，缺乏协作的机会和条件，因此在班级授课制的模式当中，我们大多数情况只能讲解“工程基础知识”，而不能够带领学生
2、完成一个完整的工程项目。比如，我们可以讲“制作一个电子报刊”，只有当这个电子报刊承载了一定的具体功能，如作为要发行的校报的一部分，或者要在学校里面公开售卖时，才可以称为一项完整的工程。在大部分情况下，信息技术学科当中的工程教学，是在讲“完成一项工程项目所需的基础知识”而不是讲一项工程。 技术教学中工程学习的一个趋势是在学习了“完成一项工程项目所需的基础知识”之后，通过一个综合实践活动，用比较长的时间来完成一个综合项目。比如，每个学期，当讲授完Scratch语言的基础知识以后，我们会单独抽一个周六组织一个“编程马拉松”的项目，要求学生在一天的时间内完成一个复杂程序的设计。这种活动的受益者只是少数
3、，工程教育的目的是为了回答一个问题“教育究竟可以在多大程度上接近真实世界”，因此我们更希望未来的技术教育能够更好地解决这个问题，让所有人体验真实工程当中的快乐。我们可以从“点亮一盏LED灯”的教学开始。 教学任务设计 尝试用不同的方法点亮一盏LED灯，并完成一个由50盏灯构成的大吊灯的制作过程。 教学实施过程与思考 让我们试着比较点亮一个发光二极管（LED灯）的三种方式。 方法1：一个纽扣电池，正极接发光二极管的正极，负极接发光二极管的负极，它就亮起来了。 方法2：使用一个Scratch测控板，这是一种很常用的信息技术实验仪器，用Scratch语言通过计算机控制通过发光二极管的电流的大小和方向
4、，然后点亮它。 方法3：使用Arduino传感器板，把控制发光二极管的程序下载到Arduino上面，然后控制这个发光二极管的亮灭。 这三种方式从技术上经历了从模拟电路、外部控制的数字电路、单片机自动控制的数字电路三个阶段，在高中阶段可以通过两课时的教学，完成基础知识的学习。但是这只是一项工程项目启动的基础知识，我们期望学习完这些基础知识以后，学生能够通过完成一个综合的项目体验真实工程的过程，达到真正的学以致用，这就需要更为细致的教学组织技巧和设计。如果我们把“做中学”理解为一种学习方式，那么“做”可以理解为“制作”，即“Make”，可以延伸为现在很流行的“创客”（Maker）；技术教育当中的“
5、工程”可以理解为一种用创客的方式，完成一个尽可能接近真实生活的项目。 1. 如何根据基础知识确定一项工程项目的题目 工程项目是一种复杂的项目，如果按照典型的创客教育的学习模式，在制作（Making）阶段，学生学习了一项工程项目所需的基础技能，在改装（Hacking）环节需要由学生提出一个改装的方向。比如在制作环节当中，学生知道如何用绕线器来点亮一盏LED灯，如图1所示。接下来需要启发学生做一个比较大的项目。比如，给LED加上一个灯罩制作一个由50盏灯构成的大吊灯。于是发动了景山学校创客空间的会员们手绘灯罩，做成了一个吊灯（图2）。 吊灯的顶端是两个铁环，铁环分别连接了电池和50个发光二极管的正
6、极和负极，这样一个比较复杂的、会让人见到眼前一亮的作品就完成了。 让人眼前一亮，是很多创客作品成功的关键因素。而在原理层面问题解决之后，我们很希望设计能够做到让人眼前一亮。有几个很常用的原则：（1）做很大的东西或者很小的东西。比如，一人高的吊灯或者能在iPad上跑步的小机器人。（2）做跟人发生联系的东西。比如，这个吊灯的每一个单元都是创客空间的会员手绘的。（3）整体的统一和局部的个性给予观众合适的信息量。这个吊灯灯罩都是立方体，而每个又不太一样，过于统一显得呆板，过于个性显得杂乱。（4）跟正常的逻辑不太一样。比如，触摸的开关看上去就比按钮或者拨位开关让人觉得更加有趣一些。这些改装的角度，可以帮
7、助学生有的放矢地确定改装的工程项目的主题。 2. 如何确定分工 在团队合作的工程项目当中，我们常常需要让学生分组，类似流水线一样完成较大的项目。比如，这个很大的吊灯，可以分为折制灯罩、灯罩彩绘、给灯罩安装LED、将LED安装到两个铁环上四个步骤。它们彼此是同在一条流水线的关系，这种串行关系的优点是分工明确，缺点是后期工序要等待前期的工序完成之后才能操作。相关的另一个分工方式是将学生分配成小团队，每个小组都制造一个迷你的吊灯，最后再将小吊灯汇集成一个大吊灯。这种分工方式的优点是比较灵活，每个小组内部可以按照工程进度调整分工，而且各个小组之间存在竞争，便于激励学生完成工程项目。 3. 如何明确工期
8、 在班级授课制当中，一般来讲需要在一节课当中完成一个独立的单元。之前在信息技术教学中常见的“期末大项目”的考核方式，可以看做是一种将复杂的工程项目分解在每个课时的一种做法，但是这种做法学生在一周之后常常遗忘上节课的内容，使得本课的体验不连续，因此需要更为细致的设计。另外，我们也可以通过学校的各种活动确定工期，比如2014年下学期在北京景山学校当中开展的“创客1.0”活动，学生在课堂上学习了“点亮LED灯”这种工程项目的基本技能，然后以班级为单位开展竞赛，工期就是从发起活动到提交作品的这段时间。学生可以在完成比赛项目的过程中，形成临时的团队，完成一个差异性的工程作品。更重要的是，这种项目常常是在
9、学生的家中由几位同学共同完成的，这有利于将工程项目的思想更好地渗透到学生的家庭生活中。更重要的是，类似这种“创客发小”的基于家庭和社区的活动形态，更加类似美国的“车库文化”，这是一种基于家庭和社区的创客活动形式。 4. 如何在工程完成中体会工艺探索的过程 在工程项目当中，常常会遇到一些困难。比如，在吊灯这个项目当中，我们发现LED灯容易脱落，此时各个小组便会通过改进制作方法来解决这个问题。再如，灯罩的制作过程缺乏一个统一的标准，我们可以用Word来绘制一个折纸图纸，帮助提高灯罩制作的精度。这些“微创新”都是工艺方面的改进，对工艺的追求是所谓的“工匠精神”的一个重要的方面。 5. 如何评价这项工
10、程项目 对于一项完整的工程项目可以使用下面的这种雷达图（图3）进行评价。一个作品的制作并且最终发布，可能需要用到电子与程序的知识来完成功能，材料与结构的技能来构建外形，科学探究和数学建模的方法来解决问题，媒体传播与文案写作的能力来发布作品。此外，还可以根据最后的作品的整体情况评价其工业设计水平，并通过每位成员在团队中的作用和积极性来评价其团队协作能力。评价者可以根据自己的情况将其每个维度分成五分制或者十分制的量表。 在不同的工程项目当中，评价的各个维度会有调整。另外，如果能够在评价当中引入专家评价或者社会评价，则会让工程项目的评价更具专业性和社会意义。比如优秀的工程项目参加各级的“科技创新大赛
11、”由专家给出评价。学校也可以搞很多类似创意集市的活动，学生的工程作品可以用来义卖或销售，让市场和消费者用脚投票，也是一种不错的评价形式。 图3 6. 工程项目的未来以及信息技术在其中的作用 伴随着技术学科的发展，一项综合的工程项目在未来会发展为一种信息技术和通用技术综合应用的状态。其中，信息技术的使用是伴随着工程目标的实现自然出现的。在校内的环境中，主要是建立在通过班级授课制普及工程基础知识的情况下，学校组织的各种综合活动、项目和竞赛会成为一种经常性的工程教育形式。更重要的是，在校外教育和社区教育当中，工程教育会以更充裕的时间、更高水平的追求、更贴近社区和生活的方式呈现，并作为校内教育的补充和提高途径。