基于Scratch互動技術(shù)的創(chuàng)客教育課堂教學(xué)研究

劉海武

摘 要：21世紀(jì)是知識經(jīng)濟時代，呼喚具有創(chuàng)新思維的新型人才，培養(yǎng)青少年的創(chuàng)新能力就更為重要。作者在小學(xué)信息技術(shù)課堂（地方課程）中借助物聯(lián)網(wǎng)，將互動技術(shù)融入到Scratch 創(chuàng)客教學(xué)中，從課堂范例的展示分析、模擬制作、多維擴展、交流分享等方面入手進行學(xué)生的創(chuàng)新能力培養(yǎng)，并取得了較好的效果。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；Scratch；創(chuàng)客教育；創(chuàng)新能力

中圖分類號：G434 文獻標(biāo)志碼：B 文章編號：1673-8454（2017）24-0094-03

《教育信息化“十三五”規(guī)劃》提出：“積極探索信息技術(shù)在……創(chuàng)客教育等新的教育模式中的應(yīng)用，著力提升學(xué)生的信息素養(yǎng)、創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力?！眲?chuàng)客教育得到了前所未有的關(guān)注。創(chuàng)客教育本質(zhì)是旨向創(chuàng)造力教育的一種新形式。信息技術(shù)的日益普及為人們將創(chuàng)意轉(zhuǎn)換為產(chǎn)品提供了更多空間與可能性。因此，基于對技術(shù)的應(yīng)用，以及面向技術(shù)類產(chǎn)品的生成成為創(chuàng)客教育的重要內(nèi)容載體。但是，從當(dāng)前此類創(chuàng)客教育的實踐來看，創(chuàng)客教育大多是在創(chuàng)客空間，以課外社團的形式組織開展的。如何讓創(chuàng)客教育惠及全體學(xué)生？走向課堂是必然選擇。筆者從2015起，開展以Scratch與PicoBoard傳感器板為載體的互動技術(shù)教學(xué)，實踐基于課堂層面的創(chuàng)客教育。本文將基于此教學(xué)實踐，對旨向創(chuàng)新能力培養(yǎng)的創(chuàng)客教育課堂模式進行探討。

一、基于Scratch的互動技術(shù)

本文所指的互動技術(shù)，是基于物聯(lián)網(wǎng)的思想，通過計算機與外部硬件的信息交換和通信實現(xiàn)的一種人機互動技術(shù)。在教學(xué)實踐中，從課堂教學(xué)的普惠性出發(fā)，筆者選擇了Scratch與PicoBoard傳感器板的互動技術(shù)組合?；诖祟愜?、硬件的互動技術(shù)，學(xué)生可以實現(xiàn)互動數(shù)字媒體作品，以及基于硬件編程的科技作品等創(chuàng)意作品開發(fā)，從而實現(xiàn)基于創(chuàng)造的學(xué)習(xí)，提升學(xué)生的創(chuàng)新能力。

Scratch是麻省理工學(xué)院“終身幼兒園研究組”為所有對計算機充滿好奇的孩子開發(fā)的一種可視化、積木式的創(chuàng)作工具，學(xué)生只需拖曳圖形化的指令模塊，即可創(chuàng)作屬于自己的故事、動畫、游戲和音樂等數(shù)字化作品。作為創(chuàng)客教育的入門級編程工具，Scratch程序設(shè)計已成為眾多學(xué)校的信息技術(shù)必修課程，而在此基礎(chǔ)上對其進行基于硬件編程的擴展，成為后續(xù)課程開發(fā)的良好基礎(chǔ)。

本研究中選擇的傳感器板（PicoBoard），是一款專門為教育工作者和初學(xué)者創(chuàng)建與各種傳感器交互而開發(fā)的傳感器交互板。PicoBoard集成了光線傳感器、聲音傳感器、按鈕和滑桿，同時帶有4路額外的模擬輸入端口，可以通過專用鱷魚夾連接線測試電阻類傳感器，可以滿足基本的創(chuàng)意需求。

筆者認(rèn)為，從當(dāng)前信息技術(shù)教育的實踐出發(fā)，基于Scratch和PicoBoard傳感器板的互動技術(shù)，為學(xué)生將創(chuàng)意轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)實作品提供了可能的空間。通過基于Scratch互動技術(shù)的創(chuàng)客教育，可以幫助學(xué)生理解基本的人機互動技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，同時帶來激發(fā)豐富創(chuàng)意的機會，從而促進學(xué)生創(chuàng)造力的培養(yǎng)。

二、創(chuàng)客教育的課堂教學(xué)設(shè)計

創(chuàng)客，是一群勇于創(chuàng)新，努力將自己的創(chuàng)意變?yōu)楝F(xiàn)實的群體，其核心能力特征就是創(chuàng)造力。因此，創(chuàng)客教育是旨向?qū)W生創(chuàng)造力培養(yǎng)的教育。然而，在創(chuàng)造力如何培養(yǎng)，尤其是在課堂層面上的培養(yǎng)問題上，基于教學(xué)設(shè)計的維度，我們必須處理好兩個基本關(guān)系。

1.創(chuàng)造力培養(yǎng)與知識的關(guān)系

以往的創(chuàng)造力研究中，有觀點認(rèn)為，學(xué)生所表現(xiàn)的創(chuàng)造力隨知識獲取呈現(xiàn)遞減趨勢，并由此認(rèn)定知識學(xué)習(xí)對創(chuàng)造力有戕害。然而事實上，創(chuàng)造力在“真空的知識儲備”狀態(tài)下是無法實現(xiàn)的。擁有確保原創(chuàng)性想法可行性的學(xué)科內(nèi)容知識對于創(chuàng)造力養(yǎng)成必不可少。在處理創(chuàng)造力培養(yǎng)與知識的關(guān)系時，關(guān)鍵在于把握創(chuàng)造力培養(yǎng)對基礎(chǔ)知識和技能的需要與思維發(fā)展的關(guān)系。我們主張，學(xué)科內(nèi)容知識應(yīng)該“以一種能讓學(xué)生獲得認(rèn)知理解的方式教給學(xué)生”，這就需要建立以“知識建構(gòu)”為旨向的課堂學(xué)習(xí)共同體。學(xué)習(xí)共同體的建設(shè)，本質(zhì)上是對學(xué)習(xí)模式的建立，是學(xué)生“主動思考，探索，解惑的過程，不是被動吸納的過程”，即通過師生基于學(xué)生知識和思維的外顯表征的互動，深化學(xué)生對知識的理解，為創(chuàng)造力培養(yǎng)提供堅實的基礎(chǔ)。

2.課堂的結(jié)構(gòu)化設(shè)計與開放性生成的關(guān)系

我們對課堂教學(xué)設(shè)計往往非常關(guān)注結(jié)構(gòu)化的元素，比如設(shè)計良好的腳手架。誠然，設(shè)計良好的腳手架可以幫助學(xué)生對所學(xué)知識的深層理解，但是，旨向創(chuàng)造力培養(yǎng)的創(chuàng)客教育課堂，還需要有更加開放的學(xué)習(xí)環(huán)境的保障。這就是結(jié)構(gòu)化設(shè)計與開放性生成之間的關(guān)系。開放性生成既可以通過教師對問題空間的開放設(shè)計引發(fā)學(xué)習(xí)者生成，也可以是基于教師對學(xué)生學(xué)習(xí)中出現(xiàn)的獨特問題的即興應(yīng)對。平衡好課堂的結(jié)構(gòu)化設(shè)計與開放性生成之間的關(guān)系，是創(chuàng)客教育課堂教學(xué)設(shè)計的重要考量維度。

基于以上分析，筆者面向Scratch和PicoBoard互動技術(shù)的知識學(xué)習(xí)與應(yīng)用，設(shè)計了以范例教學(xué)和開放性拓展任務(wù)為基本元素的教學(xué)模式（圖1所示）。

學(xué)科內(nèi)容知識需要以促進學(xué)生深層理解的方式展開，基于范例的學(xué)習(xí)成為優(yōu)選的教學(xué)模式。這一環(huán)節(jié)通過對范例的展示、分析開始，幫助學(xué)生通過教師構(gòu)建的思維支架理解范例所呈現(xiàn)的內(nèi)容知識，并通過模仿制作予以應(yīng)用層面的學(xué)習(xí)。多維拓展則以范例中的問題解決方法作為起點，借助教師設(shè)計的拓展問題，引發(fā)學(xué)生對問題解決方案的開放性思考，通過教師的即興應(yīng)對，促進創(chuàng)新思維生成。以下通過案例對具體教學(xué)環(huán)節(jié)進行深入分析。

三、基于Scratch互動技術(shù)的創(chuàng)客教育課堂教學(xué)設(shè)計分析

1.基于范例的展示分析

展示分析是指在課堂教學(xué)導(dǎo)入中通過呈現(xiàn)相關(guān)范例，帶領(lǐng)學(xué)生分析范例中的角色以及角色所實現(xiàn)的功能。通過展示與分析，旨在提高學(xué)生的探究興趣和分析能力，促進學(xué)生對知識的深度理解。

（1）通過范例設(shè)疑提高學(xué)生的探究興趣

Scratch的互動技術(shù)將虛擬的程序與真實的物體、情境連接，使得課堂教學(xué)更具趣味性。例如“跳動氣球—攝像頭”一課（圖2）。教師在范例展示環(huán)節(jié)，通過手勢動作實現(xiàn)了對屏幕中虛擬氣球的控制。這一導(dǎo)入過程激發(fā)起學(xué)生的好奇心，為后續(xù)學(xué)習(xí)奠定了良好基礎(chǔ)。endprint

（2）通過范例觀察與分析促進學(xué)生分析能力提升

范例教學(xué)中最常見的誤區(qū)是，學(xué)生一味模仿而忽略了對范例所承載的問題解決思維的深度理解。因此，“范例研習(xí)”環(huán)節(jié)應(yīng)該把重點放在“研”上。具體在教學(xué)中，可以通過引導(dǎo)學(xué)生對程序的觀察、分析來實現(xiàn)。“跳動氣球—攝像頭”一課，在學(xué)生觀看完范例演示后提問：“氣球剛才在什么情況下會上下起伏移動？”學(xué)生舉手回答，當(dāng)老師的手碰到“氣球”時氣球就會跟著手勢的方向移動。接著筆者又問：“這個功能是怎么實現(xiàn)的？”學(xué)生開始三三兩兩的討論起來，有的說是因為老師的聲音，有的說是因為老師設(shè)定了固定的程序，也有的說畫面中有老師的圖像，應(yīng)該是攝像頭來實現(xiàn)的。筆者肯定了學(xué)生的回答，最后將問題推向深入：“如何來實現(xiàn)？”學(xué)生支支吾吾，有的說要先添加氣球角色，有的說要裝個攝像頭，并把攝像頭的圖像傳送到Scratch程序里面…… 。學(xué)生在教師問題的引導(dǎo)下逐步有效深入的剖解程序，大大提升了觀察能力和分析能力。

2.模仿制作

模仿制作，不是簡單意義上的教師示范、學(xué)生模仿，而是在前面觀察、分析的基礎(chǔ)上，通過學(xué)生實踐操作，將其內(nèi)隱的理解通過作品外顯表達(dá)的過程。因此這一環(huán)節(jié)要注重觀察學(xué)生的制作過程，發(fā)現(xiàn)其理解層面的問題，以便通過即時反饋，對教學(xué)過程進行適時調(diào)整。

更為重要的是，在模仿制作的環(huán)節(jié)，教師要通過引發(fā)課堂中可能的開放性生成，幫助學(xué)生拓展思維。例如，“有趣的光控?zé)簟饪亍币徽n，學(xué)生為控制燈光變亮和暗采用了多種方法：有的學(xué)生設(shè)置默認(rèn)下燈暗，當(dāng)光線暗度達(dá)到一定值時燈亮；也有的設(shè)置默認(rèn)下燈亮，當(dāng)光線亮度超過某個值時燈滅；還有的為滿足植物生長設(shè)置固定區(qū)間的亮度等等。在“滑竿彈球”一課，在解決球與滑桿接觸后球的運行線路問題時，學(xué)生根據(jù)生活經(jīng)驗提出了各種解決方案，如運用碰到“擋板就直接反彈”模塊、通過改變擋板角度，讓小球呈指定角度反彈或者反彈后小球的速度要發(fā)生變化……。如此“一題多解”，引導(dǎo)學(xué)生通過對同一問題采用多種解決方法（見圖3），促進了學(xué)生的深度理解和學(xué)習(xí)遷移。

3.多維拓展

創(chuàng)造力研究專家基思·索耶提出，“創(chuàng)造性學(xué)習(xí)需要某種程度上的開放、彈性與即興”，多維拓展是體現(xiàn)這種開放、彈性和即興的重要環(huán)節(jié)。其核心任務(wù)是在范例學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，通過開放性拓展任務(wù)的完成，為學(xué)生思維提升提供足夠的空間。同時也需要教師能及時捕捉學(xué)生的個性化思維火花，給予個性化反饋，這就是創(chuàng)造力教學(xué)中的“即興應(yīng)答”。如在“飛機大戰(zhàn)—按鈕”一課教學(xué)中，學(xué)生模仿完成了飛機大戰(zhàn)程序的所有功能，筆者安排學(xué)生展示作品，接著提問：“你的程序還能實現(xiàn)哪些擴展功能？”學(xué)生思考后回答到：“還可以給游戲添加一首我自己喜歡的歌曲，還可以改變飛機和子彈的速度……”即興回答觸發(fā)了學(xué)生創(chuàng)造力的培養(yǎng)。

多維拓展的常見任務(wù)是對范例的優(yōu)化改造，即由學(xué)生充分發(fā)揮自己的想象力對作品進行功能擴展。如“滑竿彈球”一課，完成范例學(xué)習(xí)后，教師設(shè)計了一個開放性任務(wù)——對“滑竿彈球”游戲進行程序再創(chuàng)造。這一任務(wù)給了學(xué)生創(chuàng)意表達(dá)的機會，有的學(xué)生添加了多個球，有的學(xué)生添加了變量統(tǒng)計彈球次數(shù)，有的學(xué)生設(shè)置了彈球障礙，有的學(xué)生還通過創(chuàng)客板設(shè)置了雙人游戲，用聲音或光線來控制球的運動等等。

更進一步，這一環(huán)節(jié)的教學(xué)可以以“基于設(shè)計的學(xué)習(xí)”為設(shè)計范式，強調(diào)學(xué)生“定義問題-初步設(shè)計-評價-設(shè)計迭代-再評價”的學(xué)習(xí)路徑。例如在講解完“聲控路燈—聲控” （圖4）和“光控路燈—光控” （圖5）之后，教師安排了一個“聲光控路燈”的設(shè)計任務(wù)。學(xué)生接受任務(wù)后會思考要實現(xiàn)聲光控路燈的條件：即單一控制時光的能見度和聲音響度是多少？進而要進一步思考雙條件控制時，分別滿足什么條件燈才會亮。確定條件后，學(xué)生要開始連接傳感器板，并搭建程序，搭建程序不可能一次成功，需反復(fù)進行試驗才能完成（圖6）。在迭代的設(shè)計過程中，學(xué)生經(jīng)歷了觀察與理解、想象與分析、假設(shè)與調(diào)試、反思與質(zhì)疑等過程，每個過程學(xué)生始終在發(fā)現(xiàn)問題、分析問題與解決問題的動態(tài)探究之中，學(xué)生時刻在觀察、思考、實踐與反思之間不斷尋求平衡與挑戰(zhàn)，逐步實現(xiàn)了具體向抽象邏輯思維的過渡。

4.交流分享

交流分享作為知識建構(gòu)的學(xué)習(xí)共同體的核心學(xué)習(xí)活動，對促進學(xué)生對知識的深度理解有著重要意義。

交流分享的方式分為三種：①小組內(nèi)的分享與改進，這種分享方式更為直觀，效果更為明顯，小組內(nèi)成員可點對點的提出改進意見和建議，并進一步對程序進行完善；②班級的分享與交流，這種方式是在教師的引導(dǎo)下，小組推薦的方式進行作品展示，在展示中作者介紹自己的設(shè)計理念、步驟和方法，其他組別學(xué)生可提出修改意見和建議，在智慧碰撞中增長知識與技能；③分享與交流方式是網(wǎng)絡(luò)方式。教師應(yīng)鼓勵學(xué)生課后將自己的作品設(shè)計功能說明，在Scratch官網(wǎng)或其他網(wǎng)站發(fā)布，并關(guān)注留言。雖然這種方式操作有點復(fù)雜，但參與交流的應(yīng)該都是各國各地區(qū)的Scratch創(chuàng)客，他們有著豐富的創(chuàng)作經(jīng)驗。以上三種不同方式的交流與分享，能夠讓學(xué)生擴展思維與想象力，為學(xué)生創(chuàng)新思維能力的培養(yǎng)提供再生動力。

創(chuàng)造力培養(yǎng)研究表明，每個人都具有創(chuàng)造的潛能，這一潛能可以在正確的教育和適當(dāng)?shù)沫h(huán)境中予以激發(fā)和提高。創(chuàng)客教育不是精英的教育，本文探討了以Scratch和傳感器板連接的互動技術(shù)為載體，實施基于課堂層面的創(chuàng)客教育模式。

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（編輯：魯利瑞）endprint