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摘 要:本文根据《普通高中信息技术课程标准(2017年版)》中的“开源硬件项目设计”模块内容,以设计制作“自制输液自动报警装置”案例为例,对该模块内容的教学实施进行了探讨,旨在通过具体的项目实施,让学生在参与完成项目的过程中体会到创新的乐趣,形成利用所学知识解决实际问题的意识,进而使学生的信息技术核心素养得到提升。
关键词:信息技术;项目设计;教学策略
中图分类号:G427 文献标识码:A 文章编号:2095-624X(2021)24-0056-02
引 言
《普通高中信息技术课程标准(2017年版)》(以下简称《课程标准》)指出,高中信息技术课程的根本目标是全面提升全体高中生的信息素养,而信息技术的核心素养由信息意识、计算思维、数字化学习与创新、信息社會责任四个核心要素组成。根据这一要求,《课程标准》对高中信息技术课程进行了重新设置,包含必修、选择性必修和选修三类课程。其中,选择性必修课程中的“开源硬件项目设计”模块是为了发展学生的个性特征而设计的课程,并且其课程修习情况将列入综合素质评价中[1]。
本文将结合“自制输液自动报警装置”这一案例,对如何开展“开源硬件项目设计”模块内容的教学进行探讨。
一、案例缘起
(一)社会发展的需要
众所周知,医院的输液室往往是人员比较密集的地方,经常座无虚席,甚至有的人只能在过道等地方进行输液。而和病人扎堆的现象相反的是,输液室的医护人员却相对较少,这就存在一个很现实的问题:较少的医护人员,要及时发现每个患者的输液情况,以及哪个病人什么时候输完,这是一项很繁重的工作。有很多病人因为病情的影响,往往不能随时关注自己的输液情况。如果输液完成但没有及时拔掉针头,就会发生血液倒流进输液瓶的危险情况,所以及时结束输液是很重要的一项工作。
有没有办法在输液即将完成时能够自动提醒呢?这样就可以在确保病人生命安全的同时,适当减轻医务人员的工作。
(二)《课程标准》的要求
高中信息技术课程由必修、选择性必修和选修三类课程组成,而选择性必修是对必修课程的拓展与深化,可以满足学生的升学和个性化发展的需求,其中就包含了“开源硬件项目设计”模块。该模块设置的内容有利于激发学生的创新兴趣,使学生的动手实践能力得到培养,同时也可以将STEAM教育理念融入信息技术课程中[2]。
鉴于以上原因,我们拟通过“自制输液自动报警装置”案例,对高中信息技术新课程中的“开源硬件项目设计”内容的教学模式进行探讨。该装置的主要功能是,在输液即将完成时,能自动报警,提醒患者和医务人员。通过该案例的学习,学生能够培养信息意识、计算思维及数字化学习与创新等核心素养,并提升信息社会责任素养。
二、案例学习目标
本案例是以现实生活事例为真实情境的跨学科项目式学习,也是以问题解决为导向的探究式学习。本案例将引导学生从人文及科学并重的角度去观察问题、思考问题,体会并剖析社会现象中所蕴含的真实问题及其价值。通过参与案例的实施,学生能够培养爱国主义情怀、社会主义核心价值观、科学精神和态度等正确的价值观,增强对自然和生命的敬畏感。同时,通过对该案例的学习,学生会思考自己在解决社会实际问题中的社会责任,在真实问题的研究中主动去承担社会责任,培养信息社会责任素养。
针对遇到的实际问题,学生通过查找资料,能搜索并利用开源硬件及相关传感器,体验作品的创意、设计、制作、测试、运行的整个过程,初步形成以信息技术学科为主的观察事物和解决问题的能力,并提升计算思维与创新能力。学生通过参与本案例的设计制作,可以达到增强信息意识,培养计算思维能力,提升信息社会责任意识,以及提升信息技术学科核心素养的目标。
三、案例分析论证
“输液自动报警装置”是为了实现当药液快输完时,能够自动提醒病人及医护人员及时进行处理。鉴于该设备的特殊性,所用设备不能接触到药液,否则会造成污染,从而危害到病人的生命安全。根据这一预期目标,我们对完成该案例需解决的几个问题及大致解决方案进行了归纳,如表1所示。
只有完成了以上几个问题,“输液自动报警装置”才有实际使用价值。所以在项目真正开始实施前,我们必须对上述需求进行逐一论证。另外,仅仅准备好硬件(见图1)还不行,还必须配上相应的软件,才能实现预期的目标。
经过比较,我们选择了mBlock编程软件。这是一款能够兼容Arduino板的软件,且使用模块化编程,直观易懂,便于学生理解。同时,该软件还有“说”的功能,可以将传感器检测到的值直接显示出来,更便于调试程序。
四、案例实施过程
(一)连接液位传感器
因为液位传感器测到的值会根据检测物体的不同而实时发生变化,且它会根据检测到的值的不同来判断药瓶里面有没有药液,所以应该将其接在模拟口。那么检测到的值是多少时表示有药液或没有药液呢?为了解决这个问题,我们需要在程序中用到“说”的功能,即当传感器位于不同位置时,可以将测到的值“说”出来。经过测试,发现药瓶里有药液时,检测到的值约为1000;而当药瓶里没有药液时,检测到的值约为0。根据这个结果,我们将500设为阈值,当检测到的值大于500时表示有药液,反之则表示没有药液。
(二)连接发光二极管
发光二极管的作用是当药瓶里没有药液时,通过发出亮光来提醒患者和医护人员及时处理。因为当处于高电平时,发光二极管会发光,而处于低电平时,发光二极管是不会发光的,所以只要将其接在数字口即可,这可以通过程序的分支结构来实现。
(三)连接无源喇叭
无源喇叭的作用和工作原理与发光二极管类似,所以也可以接在某个数字口上。
通过下面的三个步骤,基本能够达到预期效果,程序如图2所示,具体接线方式:液位传感器接模拟3号口;无源蜂鸣器接数字2号口;发光二极管接数字6号口。
经过实际检测,教师可以引导学生提出改进意见:如果输液将完成、已经发出声光报警,而患者或医护人员又没有及时进行处理,就要加大报警的力度。如何实现呢?经过讨论、测试,我们将程序进行了改进,最终实现了这一功能:当已经报警但是没有及时进行处理时,报警声会越来越急促、音调也会越来越高,以提醒医护人员马上进行处理,程序如图3所示。
至此,“输液自动报警装置”基本完成,且通过了测试,对于不同成分的液体(矿泉水、胶水、洗洁精),不同材质颜色的药瓶(透明、不透明、黑色),都可以准确地进行检测。
五、案例反思
通过参与“输液自动报警装置”的整个制作过程,学生亲身经历了作品的创意、设计、制作、调试及完善的整个过程,体验到了创新设计的乐趣,初步形成了利用信息技术学科知识去发现问题、解决问题的思维模式,也提升了计算思维和创新能力。同时,学生对“开源硬件进行项目设计”的一般流程有了一定的了解,并能将其应用于实际项目中。
结 语
随着案例实施过程的推进,学生能够在信息技术环境下综合利用STEAM教学理念,理解利用信息技术解决问题的基本思路与方法,认识到数字化工具在现实问题解决过程中的价值与作用,同时提升信息意识和数字化学习与创新的信息素养。
[参考文献]
樊磊,吴俊杰.高中新课标“开源硬件项目设计”模块:课程实施与实验室建设[J].中国信息技术教育,2018(22):4-8.
连玉丽.新课标下的初中信息技术课教学创新研究[J].中学课程辅导(教师通讯),2017(01):26.
作者简介:金松(1970.3—),男,浙江丽水人,中学高级教师。
关键词:信息技术;项目设计;教学策略
中图分类号:G427 文献标识码:A 文章编号:2095-624X(2021)24-0056-02
引 言
《普通高中信息技术课程标准(2017年版)》(以下简称《课程标准》)指出,高中信息技术课程的根本目标是全面提升全体高中生的信息素养,而信息技术的核心素养由信息意识、计算思维、数字化学习与创新、信息社會责任四个核心要素组成。根据这一要求,《课程标准》对高中信息技术课程进行了重新设置,包含必修、选择性必修和选修三类课程。其中,选择性必修课程中的“开源硬件项目设计”模块是为了发展学生的个性特征而设计的课程,并且其课程修习情况将列入综合素质评价中[1]。
本文将结合“自制输液自动报警装置”这一案例,对如何开展“开源硬件项目设计”模块内容的教学进行探讨。
一、案例缘起
(一)社会发展的需要
众所周知,医院的输液室往往是人员比较密集的地方,经常座无虚席,甚至有的人只能在过道等地方进行输液。而和病人扎堆的现象相反的是,输液室的医护人员却相对较少,这就存在一个很现实的问题:较少的医护人员,要及时发现每个患者的输液情况,以及哪个病人什么时候输完,这是一项很繁重的工作。有很多病人因为病情的影响,往往不能随时关注自己的输液情况。如果输液完成但没有及时拔掉针头,就会发生血液倒流进输液瓶的危险情况,所以及时结束输液是很重要的一项工作。
有没有办法在输液即将完成时能够自动提醒呢?这样就可以在确保病人生命安全的同时,适当减轻医务人员的工作。
(二)《课程标准》的要求
高中信息技术课程由必修、选择性必修和选修三类课程组成,而选择性必修是对必修课程的拓展与深化,可以满足学生的升学和个性化发展的需求,其中就包含了“开源硬件项目设计”模块。该模块设置的内容有利于激发学生的创新兴趣,使学生的动手实践能力得到培养,同时也可以将STEAM教育理念融入信息技术课程中[2]。
鉴于以上原因,我们拟通过“自制输液自动报警装置”案例,对高中信息技术新课程中的“开源硬件项目设计”内容的教学模式进行探讨。该装置的主要功能是,在输液即将完成时,能自动报警,提醒患者和医务人员。通过该案例的学习,学生能够培养信息意识、计算思维及数字化学习与创新等核心素养,并提升信息社会责任素养。
二、案例学习目标
本案例是以现实生活事例为真实情境的跨学科项目式学习,也是以问题解决为导向的探究式学习。本案例将引导学生从人文及科学并重的角度去观察问题、思考问题,体会并剖析社会现象中所蕴含的真实问题及其价值。通过参与案例的实施,学生能够培养爱国主义情怀、社会主义核心价值观、科学精神和态度等正确的价值观,增强对自然和生命的敬畏感。同时,通过对该案例的学习,学生会思考自己在解决社会实际问题中的社会责任,在真实问题的研究中主动去承担社会责任,培养信息社会责任素养。
针对遇到的实际问题,学生通过查找资料,能搜索并利用开源硬件及相关传感器,体验作品的创意、设计、制作、测试、运行的整个过程,初步形成以信息技术学科为主的观察事物和解决问题的能力,并提升计算思维与创新能力。学生通过参与本案例的设计制作,可以达到增强信息意识,培养计算思维能力,提升信息社会责任意识,以及提升信息技术学科核心素养的目标。
三、案例分析论证
“输液自动报警装置”是为了实现当药液快输完时,能够自动提醒病人及医护人员及时进行处理。鉴于该设备的特殊性,所用设备不能接触到药液,否则会造成污染,从而危害到病人的生命安全。根据这一预期目标,我们对完成该案例需解决的几个问题及大致解决方案进行了归纳,如表1所示。
只有完成了以上几个问题,“输液自动报警装置”才有实际使用价值。所以在项目真正开始实施前,我们必须对上述需求进行逐一论证。另外,仅仅准备好硬件(见图1)还不行,还必须配上相应的软件,才能实现预期的目标。
经过比较,我们选择了mBlock编程软件。这是一款能够兼容Arduino板的软件,且使用模块化编程,直观易懂,便于学生理解。同时,该软件还有“说”的功能,可以将传感器检测到的值直接显示出来,更便于调试程序。
四、案例实施过程
(一)连接液位传感器
因为液位传感器测到的值会根据检测物体的不同而实时发生变化,且它会根据检测到的值的不同来判断药瓶里面有没有药液,所以应该将其接在模拟口。那么检测到的值是多少时表示有药液或没有药液呢?为了解决这个问题,我们需要在程序中用到“说”的功能,即当传感器位于不同位置时,可以将测到的值“说”出来。经过测试,发现药瓶里有药液时,检测到的值约为1000;而当药瓶里没有药液时,检测到的值约为0。根据这个结果,我们将500设为阈值,当检测到的值大于500时表示有药液,反之则表示没有药液。
(二)连接发光二极管
发光二极管的作用是当药瓶里没有药液时,通过发出亮光来提醒患者和医护人员及时处理。因为当处于高电平时,发光二极管会发光,而处于低电平时,发光二极管是不会发光的,所以只要将其接在数字口即可,这可以通过程序的分支结构来实现。
(三)连接无源喇叭
无源喇叭的作用和工作原理与发光二极管类似,所以也可以接在某个数字口上。
通过下面的三个步骤,基本能够达到预期效果,程序如图2所示,具体接线方式:液位传感器接模拟3号口;无源蜂鸣器接数字2号口;发光二极管接数字6号口。
经过实际检测,教师可以引导学生提出改进意见:如果输液将完成、已经发出声光报警,而患者或医护人员又没有及时进行处理,就要加大报警的力度。如何实现呢?经过讨论、测试,我们将程序进行了改进,最终实现了这一功能:当已经报警但是没有及时进行处理时,报警声会越来越急促、音调也会越来越高,以提醒医护人员马上进行处理,程序如图3所示。
至此,“输液自动报警装置”基本完成,且通过了测试,对于不同成分的液体(矿泉水、胶水、洗洁精),不同材质颜色的药瓶(透明、不透明、黑色),都可以准确地进行检测。
五、案例反思
通过参与“输液自动报警装置”的整个制作过程,学生亲身经历了作品的创意、设计、制作、调试及完善的整个过程,体验到了创新设计的乐趣,初步形成了利用信息技术学科知识去发现问题、解决问题的思维模式,也提升了计算思维和创新能力。同时,学生对“开源硬件进行项目设计”的一般流程有了一定的了解,并能将其应用于实际项目中。
结 语
随着案例实施过程的推进,学生能够在信息技术环境下综合利用STEAM教学理念,理解利用信息技术解决问题的基本思路与方法,认识到数字化工具在现实问题解决过程中的价值与作用,同时提升信息意识和数字化学习与创新的信息素养。
[参考文献]
樊磊,吴俊杰.高中新课标“开源硬件项目设计”模块:课程实施与实验室建设[J].中国信息技术教育,2018(22):4-8.
连玉丽.新课标下的初中信息技术课教学创新研究[J].中学课程辅导(教师通讯),2017(01):26.
作者简介:金松(1970.3—),男,浙江丽水人,中学高级教师。