基于好好搭搭小車(chē)的小學(xué)生創(chuàng)客課程設(shè)計(jì)

許素

摘要：隨著創(chuàng)客空間在中小學(xué)的普及，創(chuàng)客教學(xué)課程設(shè)計(jì)成為一線教師關(guān)注的焦點(diǎn)。而其中選擇何種產(chǎn)品，如何更好地體現(xiàn)創(chuàng)客精神和STEM的教育理念是更值得教師們思考的問(wèn)題。因此，本文提出基于“好好搭搭在線”網(wǎng)絡(luò)社區(qū)，以好好搭搭小車(chē)為載體開(kāi)展創(chuàng)客課程教學(xué)，本課程既培養(yǎng)了學(xué)生的動(dòng)手能力、分析和解決問(wèn)題的能力，又為創(chuàng)客和STEM教育找到新的突破點(diǎn)，也為開(kāi)源機(jī)器人智能教學(xué)提供了教學(xué)案例。

關(guān)鍵詞：創(chuàng)客課程設(shè)計(jì)；好好搭搭小車(chē)；STEM教育

中圖分類(lèi)號(hào)：G434 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 論文編號(hào)：1674-2117（2017）21-0036-04

“好好搭搭在線”（http：//www.haohaodada.com）是杭州祝良友老師發(fā)起的一個(gè)基于Scratch在線編程及開(kāi)源硬件交互設(shè)計(jì)的網(wǎng)絡(luò)社區(qū)。學(xué)習(xí)者注冊(cè)網(wǎng)站會(huì)員后，可以下載相應(yīng)的插件安裝到本地客戶(hù)端，并使用谷歌瀏覽器訪問(wèn)網(wǎng)站，就能獲得Scratch編程、3D打印、Arduino、Nova電子積木和小車(chē)硬件作品設(shè)計(jì)等豐富的創(chuàng)客學(xué)習(xí)資源。

“好好搭搭小車(chē)”又稱(chēng)“Nova智能小車(chē)”，采用好好搭搭芯片，與Arduino類(lèi)似，能通過(guò)各種各樣的傳感器來(lái)感知環(huán)境，通過(guò)控制燈光、馬達(dá)和其他的裝置來(lái)反饋、影響環(huán)境。Nova芯片與Arduino IDE和Mixly編程環(huán)境相兼容，而且采用不同顏色來(lái)標(biāo)識(shí)不同接口（白色表示數(shù)字口，黑色表示模擬口，紅色表示高電壓口，M0-M3是馬達(dá)專(zhuān)用口，C0是串口1，C1是I2c口）。編程時(shí)，不同的傳感器依據(jù)不同顏色來(lái)確定連接到相應(yīng)的端口，程序內(nèi)部也只能選擇相應(yīng)的端口，在硬件和編程方面都容易上手，非常適合初學(xué)者使用。除此之外，好好搭搭小車(chē)還具有“好好搭搭在線”網(wǎng)絡(luò)社區(qū)豐富的資源以及低廉的價(jià)格。

課程理念

本課程借助Nova智能小車(chē)套件（HD版）開(kāi)展創(chuàng)客教學(xué)活動(dòng)，以學(xué)生的自主探究和動(dòng)手操作為核心，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中綜合運(yùn)用信息技術(shù)、數(shù)學(xué)、科學(xué)等知識(shí)來(lái)解決真實(shí)的問(wèn)題，從而培養(yǎng)他們的計(jì)算思維、STEM素養(yǎng)、創(chuàng)新意識(shí)和實(shí)踐能力。

課程目標(biāo)

（1）熟悉小車(chē)的硬件組成，能夠熟練地拼搭小車(chē)。

（2）了解小車(chē)各傳感器的功能和使用方法，能夠依據(jù)實(shí)際情況調(diào)用相應(yīng)的傳感器。

（3）能夠熟練完成小車(chē)的循跡和避障。

（4）在調(diào)試程序過(guò)程中培養(yǎng)學(xué)生的觀察力和思考力，以及發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，提高他們的問(wèn)題意識(shí)，使其形成勇于探索、積極實(shí)踐、樂(lè)于合作的學(xué)習(xí)態(tài)度與品質(zhì)。

學(xué)習(xí)者分析

本課程針對(duì)的群體為小學(xué)4～6年級(jí)的學(xué)生，這一階段的學(xué)生抽象概括、分類(lèi)、比較和推理能力逐漸形成，思維的敏捷性和靈活性有所提高，是培養(yǎng)其思維獨(dú)立性和發(fā)散性的關(guān)鍵時(shí)期。同時(shí)，這個(gè)階段的學(xué)生有自己獨(dú)立的見(jiàn)解，獨(dú)立意識(shí)開(kāi)始增強(qiáng)，能夠進(jìn)行主動(dòng)的學(xué)習(xí)和意義建構(gòu)，可以勝任更加復(fù)雜的學(xué)習(xí)任務(wù)。他們對(duì)新鮮事物有強(qiáng)烈的好奇心，也具備一定的動(dòng)手能力和思維能力來(lái)接受小車(chē)拼裝和編程的挑戰(zhàn)。

教學(xué)內(nèi)容

本課程內(nèi)容大致分為三個(gè)階段，第一階段為入門(mén)階段（如表1），學(xué)生對(duì)好好搭搭小車(chē)有一個(gè)初步的感受和認(rèn)識(shí)，對(duì)“好好搭搭在線”網(wǎng)絡(luò)社區(qū)有一個(gè)初步的了解，學(xué)生編寫(xiě)程序與計(jì)算機(jī)操作以模仿教師示范為主。通過(guò)這一階段的學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠知道如何拼裝小車(chē)、如何將程序燒錄到主芯片中，能夠通過(guò)簡(jiǎn)單的命令讓小車(chē)動(dòng)起來(lái)。

第二階段為深入了解階段，學(xué)生通過(guò)對(duì)每個(gè)功能模塊的使用，對(duì)傳感器的功能有一個(gè)直觀的認(rèn)識(shí)，能夠通過(guò)簡(jiǎn)單程序調(diào)用相應(yīng)的模塊讓小車(chē)實(shí)現(xiàn)特定的功能。在這一階段，學(xué)生能夠體會(huì)到程序如何控制硬件，并體驗(yàn)到抽象代碼控制實(shí)物運(yùn)行所帶來(lái)的奇妙感覺(jué)。

第三階段為自主創(chuàng)作階段，學(xué)生知道功能模塊的使用方法之后，將自己的創(chuàng)意和想法融入到程序中，有目的地讓智能小車(chē)同時(shí)調(diào)動(dòng)多個(gè)功能模塊，解決更加復(fù)雜的問(wèn)題，完成一系列任務(wù)。

這兩個(gè)階段的內(nèi)容有時(shí)體現(xiàn)在同一節(jié)課的不同活動(dòng)安排中，有時(shí)循序漸進(jìn)地穿插在不同的課時(shí)中，呈現(xiàn)為迭代式學(xué)習(xí)過(guò)程。具體課程安排如下頁(yè)表2所示。

教學(xué)策略

創(chuàng)客教學(xué)活動(dòng)的教學(xué)過(guò)程和方法主要是圍繞真實(shí)情境的問(wèn)題解決，基于項(xiàng)目來(lái)開(kāi)展。學(xué)生自主探究和動(dòng)手體驗(yàn)是教學(xué)的核心，學(xué)生在項(xiàng)目活動(dòng)中通過(guò)教師指導(dǎo)、同伴互助、自我反思、不斷嘗試得以達(dá)到教學(xué)目標(biāo)。

1.基于真實(shí)情境的案例教學(xué)，鼓勵(lì)再創(chuàng)作

創(chuàng)客教學(xué)的重要方法之一便是案例教學(xué)。學(xué)生對(duì)智能小車(chē)各種傳感器功能的認(rèn)識(shí)和了解是在案例基礎(chǔ)上習(xí)得的，案例作為腳手架，給學(xué)生提供了必要的知識(shí)與技能。學(xué)生通過(guò)對(duì)案例的模仿，能夠體會(huì)到傳感器的使用方法和要領(lǐng)，在此基礎(chǔ)上，教師鼓勵(lì)學(xué)生將自己的創(chuàng)意融入程序中，進(jìn)行再創(chuàng)作。例如，在教學(xué)《我的小車(chē)會(huì)轉(zhuǎn)彎》一課時(shí)，首先，教師和學(xué)生一起觀察分析小車(chē)左轉(zhuǎn)彎過(guò)程中兩個(gè)電機(jī)速度的差異（左輪前進(jìn)速度小于右輪），學(xué)生按照教師的思路模仿編程。接著，教師請(qǐng)學(xué)生思考并討論還有哪些方法也能夠?qū)崿F(xiàn)小車(chē)左轉(zhuǎn)彎。學(xué)生提出另外兩個(gè)方法：①左輪停止，右輪前進(jìn)；②左輪后退，右輪前進(jìn)。大家用程序?qū)崿F(xiàn)這兩種轉(zhuǎn)彎過(guò)程后，對(duì)“小車(chē)按照不同的左轉(zhuǎn)彎方案進(jìn)行左轉(zhuǎn)彎有哪些區(qū)別”這一問(wèn)題談?wù)勛约旱南敕?。學(xué)生們經(jīng)過(guò)實(shí)踐和討論，總結(jié)出：左輪的速度會(huì)影響小車(chē)左轉(zhuǎn)彎的角度和快慢，當(dāng)左輪后退時(shí)，左轉(zhuǎn)彎進(jìn)行得很迅速。在此基礎(chǔ)上，教師讓學(xué)生進(jìn)行轉(zhuǎn)彎比賽，看誰(shuí)的小車(chē)走出的圓最大。最后，教師出示真實(shí)的任務(wù)情境，請(qǐng)學(xué)生任選一個(gè)任務(wù)完成：小車(chē)走出三角形、圓、方形這三種幾何圖形。（學(xué)生可以靈活地應(yīng)用這節(jié)課所學(xué)的知識(shí)，讓小車(chē)左轉(zhuǎn)彎或右轉(zhuǎn)彎來(lái)實(shí)現(xiàn)）由此，學(xué)生在案例模仿的基礎(chǔ)上進(jìn)行頭腦風(fēng)暴、協(xié)作討論，解決更加復(fù)雜的問(wèn)題。

2.基于競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制的小組協(xié)作，鼓勵(lì)學(xué)生以實(shí)踐來(lái)論證猜想

競(jìng)爭(zhēng)是個(gè)體或群體間力圖勝過(guò)或壓倒對(duì)方的心理需要和行為活動(dòng)。學(xué)生都有一定的競(jìng)爭(zhēng)本能，教學(xué)中教師若積極調(diào)動(dòng)學(xué)生的競(jìng)爭(zhēng)意識(shí)，則能使教學(xué)活動(dòng)更加生動(dòng)有趣。endprint

第一節(jié)課的內(nèi)容是Nova智能小車(chē)的拼裝，為了讓學(xué)生加深對(duì)小車(chē)結(jié)構(gòu)的理解，能更加熟練地拼裝小車(chē)，筆者安排了兩次拼裝小車(chē)的活動(dòng)。第二次拼裝，以組為單位開(kāi)展拼裝比賽，學(xué)生兩人一組，將各自小車(chē)的零部件拆散之后，選擇其中的一輛小車(chē)進(jìn)行拼裝，在拼裝的過(guò)程中，兩人商討如何拼裝才能夠提高小車(chē)的速度和穩(wěn)定性，拼裝速度最快并且小車(chē)最結(jié)實(shí)的小組將獲勝。

由于開(kāi)展組間競(jìng)爭(zhēng)，學(xué)生在操作過(guò)程中精力高度集中，組內(nèi)討論非?；钴S，同伴之間大膽猜想，并分工合作嘗試著用實(shí)踐論證其可行性。拼裝比賽結(jié)束后，每個(gè)組的代表分享了自己的心得，也總結(jié)了經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，很多同學(xué)在課后還自發(fā)組織拼裝比賽。在課堂內(nèi)的拼裝比賽中，學(xué)生為了提高拼裝速度而對(duì)材料的拼裝順序做了大膽的猜想，并用實(shí)踐論證了猜想的正確性，進(jìn)一步加深了對(duì)小車(chē)主體框架的認(rèn)識(shí)，不僅較好地完成了本節(jié)課的教學(xué)目標(biāo)，還鍛煉了動(dòng)手能力、分析能力、合作能力等多種解決問(wèn)題的能力。

教學(xué)評(píng)價(jià)

學(xué)生通過(guò)Nova智能小車(chē)的學(xué)習(xí)，在以下幾個(gè)方面有比較明顯的收獲：

①能夠通過(guò)“好好搭搭在線”網(wǎng)絡(luò)社區(qū)分享自己的互動(dòng)媒體作品，能夠主動(dòng)檢索相關(guān)內(nèi)容開(kāi)闊自己的創(chuàng)作思路，甚至經(jīng)常和同伴一起討論作品。檢索、交流、分享使得學(xué)生的信息素養(yǎng)有了一定程度的提升。

②有的學(xué)生以前從沒(méi)用過(guò)螺絲刀，在第一次拼裝小車(chē)的時(shí)候存在把小螺絲弄丟，甚至旋不上螺絲的情況；用螺絲刀調(diào)節(jié)灰度傳感器時(shí)，有的學(xué)生經(jīng)常調(diào)過(guò)頭，使得傳感器對(duì)黑色不敏感。而本課程結(jié)束時(shí)，每個(gè)學(xué)生都能夠熟練地拆裝小車(chē)和微調(diào)灰度傳感器，學(xué)生的動(dòng)手操作能力有了明顯的進(jìn)步。

③學(xué)生在遇到疑難問(wèn)題時(shí)常常會(huì)向同伴尋求幫助，動(dòng)作快的學(xué)生還會(huì)給他人提建議，良好的互助氛圍使得學(xué)生的協(xié)作互助意識(shí)有了一定程度的提升。

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