基于Micro：bit的初中Python程序教學(xué)實踐與思考

邱鈺 商治年

當(dāng)前初中信息技術(shù)教學(xué)中的程序教學(xué)以VB教學(xué)為主，但其命令較為冗長、邏輯思維抽象、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對于中學(xué)生而言學(xué)習(xí)上略有難度，且純代碼的編寫，降低了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。蘇州工業(yè)園區(qū)在初二信息技術(shù)教學(xué)中引入了Python語言，并且采用了開源硬件Micro：bit作為程序運行載體。這不僅為信息技術(shù)課堂增添了活力，更主要的是學(xué)生在程序編寫、修改、運行過程中，鍛煉了學(xué)生邏輯思維能力、創(chuàng)造能力以及解決問題的能力。

基于Micro：bit的Python程序教學(xué)項目介紹

如何能夠有效地實施基于Micro：bit的Python教學(xué)呢？在一個學(xué)期的實踐中，我們發(fā)現(xiàn)采用項目的形式來組織課堂教學(xué)效果比較好。學(xué)生通過一系列活動項目的創(chuàng)作，在不斷嘗試、實踐與體驗的過程中獲取經(jīng)驗、掌握方法、提升能力。本學(xué)期根據(jù)內(nèi)容的難易程度安排16個項目，每個項目用1-2個課時完成。每一章節(jié)的內(nèi)容編寫上均涉及到以下幾點：提供效果視頻或搭建視頻的二維碼、代碼指導(dǎo)部分一般提供兩套程序（Python、塊語句）、程序解說部分對程序逐條的解釋，其中貫穿新授的知識點介紹、提供基礎(chǔ)練習(xí)與拓展練習(xí)。

本冊校本教材中第1～4章為基礎(chǔ)內(nèi)容，第5～9章主要學(xué)習(xí)循環(huán)、判斷語句，第10～12章主要學(xué)習(xí)Micro：bit與外接設(shè)備連接制作有趣的內(nèi)容，第13～16章主要是綜合練習(xí)。內(nèi)容具體如下。

第1章：《入門很簡單》。主要是Micro：bit介紹、Python語言介紹、編程界面及其使用、程序的導(dǎo)入與運行。

第2章：《秀出自己》。通過范例“秀出自己”要求學(xué)生掌握基本顯示命令、了解內(nèi)置圖像、掌握等待命令。涉及到Python語言知識點Python程序結(jié)構(gòu)、變量（常量）、字符串；Micro：bit組件應(yīng)用為display對象中常見的方法、Image內(nèi)置圖像對象、sleep（）函數(shù)。

第3章：《還能讓屏幕顯示的更多》。通過范例“閃爍的警示燈”、 “游動的鴨子”講解，要求學(xué)生掌握永久循環(huán)、掌握圖像的方法。涉及到Python語言知識點while True：永久循環(huán)；Micro：bit組件應(yīng)用為Image自定義圖像、Image圖像的方法。

第4章：《讓按鈕起作用》。通過范例“按鈕的使用”“計數(shù)器”講解，要求學(xué)生掌握按鈕對象、了解if語句、掌握變量的賦值、學(xué)會通過REPL調(diào)試程序。涉及到Python語言知識點if條件語句用法之一、print（）函數(shù)、邏輯表達(dá)式、變量賦值運算、常見的內(nèi)置數(shù)值函數(shù)；Micro：bit組件應(yīng)用為button_a和button_b對象。

第5章：《岔路太多該走哪一條？》。通過范例“指北針”要求學(xué)生掌握If語句的使用、了解磁力傳感器。涉及到Python語言知識點if條件語句用法、關(guān)系運算符；Micro：bit組件應(yīng)用為磁力傳感器（磁力計）。

第6章：《隨機數(shù)的樂趣》。通過范例“骰子比大小”要求學(xué)生掌握“搖晃”手勢、了解其他手勢、掌握產(chǎn)生整數(shù)隨機數(shù)、了解其他隨機數(shù)函數(shù)。涉及到Python語言知識點元組（tuple）、隨機數(shù)對象random；Micro：bit組件應(yīng)用為手勢（Gesture）、手勢的判斷。

第7章：《唱個歌吧》。通過范例“音樂盒”“自定義樂譜”要求學(xué)生掌握列表的概念、列表的訪問，掌握樂譜的編碼方法。涉及到Python語言知識點列表（list）；Micro：bit組件應(yīng)用為內(nèi)置的樂曲、music對象、表示音符。

第8章：《循環(huán)很有趣》。通過范例“會呼吸的燈”“關(guān)公巡城”要求學(xué)生掌握遍歷for…in循環(huán)、掌握坐標(biāo)系、掌握LED燈的單控。涉及到Python語言知識點for…in遍歷、range（）函數(shù)；Micro：bit組件應(yīng)用為LED燈的坐標(biāo)、display對象中控制燈的方法。

第9章：《目標(biāo)，只需“迭代”就能達(dá)到》。通過范例“倒計時器”“腦筋急轉(zhuǎn)彎”要求學(xué)生掌握迭代while循環(huán)、循環(huán)的控制語句，掌握低頻率聲音的播放。涉及到Python語言知識點while循環(huán)、in操作、continue語句、break語句；Micro：bit組件應(yīng)用為music.pitch（）方法。

第10章：《我的狀態(tài)你知道》。通過范例“水平儀”“金屬探測器”“電子溫度計”“更精確的溫度計”要求學(xué)生掌握加速度傳感器、磁力傳感器、溫度傳感器的使用，掌握模擬信號輸入；Micro：bit組件應(yīng)用為加速度傳感器、磁力傳感器的其他功能、溫度傳感器、引腳的輸入輸出函數(shù)、了解函數(shù)的概念及調(diào)用。

第11章：《關(guān)于時間》。通過范例“秒表”要求學(xué)生掌握時間的計算與控制、掌握常見的數(shù)值運算和字符串運算。涉及到Python語言知識點算術(shù)運算符、字符串操作；Micro：bit組件應(yīng)用running_time（）函數(shù)。

第12章：《連接你和我》。通過范例“無線電”“螢火蟲”要求學(xué)生掌握無線電功能的使用。涉及到Python語言知識點列表解析；Micro：bit組件應(yīng)用為radio對象常用的方法。

第13、14章：《測試一下你的反應(yīng)力》《不可觸碰》。通過范例“反應(yīng)力測試”“不可觸碰”要求學(xué)生掌握需求搭建硬件、綜合應(yīng)用前面所學(xué)完成項目功能。

第15、16章：《像素游戲之平衡球》。通過范例“平衡球”“猴子接香蕉”要求學(xué)生掌握分析需求、應(yīng)用所學(xué)、分步實現(xiàn)，編寫趣味游戲。涉及到Python語言知識點自定義函數(shù)、字符串的拼接。

在教學(xué)中學(xué)生編寫代碼的環(huán)境為離線編程軟件Mu，Mu也是官網(wǎng)指定的一款編程軟件。除此之外還有在線編程環(huán)境，如微軟PXT、PythonEditor、Code Kingdoms、MicroPython、Microsoft、Touch Develop，以及離線編程環(huán)境makecode、mPython、Mu-Kitte、BXY等可供選擇使用。

教學(xué)實施過程——以《電子色子》為例

下面，我們以項目“隨機數(shù)的樂趣”中的《電子色子》為例介紹一下教學(xué)實施過程。

1.教學(xué)目標(biāo)

理解并掌握“搖晃”手勢，了解其他手勢；掌握產(chǎn)生整數(shù)隨機數(shù)的函數(shù)用法，了解其他隨機數(shù)函數(shù)；了解元組概念，掌握元組的使用方法；能夠獨立完成電子色子的代碼命令編寫，并在Micro：bit上調(diào)試完成。

2.主要教學(xué)過程

（1）游戲?qū)?，建立概?/p>

師：展示生活中常見的色子（又名：骰子），請同學(xué)們觀察一下色子有什么特點。

生：色子是立方體，共有6個面，每個面上一個數(shù)字。

師：下面我請兩個同學(xué)來比一比誰擲的色子點數(shù)大。

師：在剛剛的猜大小環(huán)節(jié)，你們有沒有發(fā)現(xiàn)什么？我們用色子擲到的數(shù)是固定的嗎？每次擲色子點數(shù)是怎樣的？

生：是隨機的。

師：剛剛大家有說到隨機，隨機就是事前不可預(yù)言的現(xiàn)象，比如抓鬮、抽獎等。在剛剛擲色子比大小環(huán)節(jié)，我看到很多同學(xué)已經(jīng)躍躍欲試想要和同桌擲色子比比大小了，老師這邊沒那么多色子，怎么辦呢？別著急，老師今天也帶來了一個特別的色子，當(dāng)然這不是一個普通的色子，而是用我們的Micro：bit制作的電子色子。今天這節(jié)課我們就一起來學(xué)習(xí)制作電子色子，來比一比大小。

（2）電子色子制作分析——梳理思路

師：同學(xué)們，你們覺得需要用哪些功能來制作這樣一個電子色子？（教師晃動電子色子，隨機產(chǎn)生點數(shù)）

生：Micro：bit識別晃動，產(chǎn)生點數(shù)。

師：很好，思路是正確的，先識別晃動再隨機產(chǎn)生點數(shù)。思考一下：識別晃動該如何來實現(xiàn)，又如何實現(xiàn)隨機顯示點數(shù)？請你們帶著這些問題，到易加互動平臺中查看老師給你們布置的幾個小任務(wù)。

（3）任務(wù)分解，自主探究

任務(wù)一：搖一搖。

師：剛剛說到先要讓Micro：bit識別到搖一搖動作，我們先通過一個小例子，來檢測搖一搖，請大家查看易加互動平臺中任務(wù)一中的微課，要求大家掌握accelerometer.was_gesture（）方法檢測手勢shake，先試一試讓Micro：bit搖一搖后，由哭臉變笑臉。

學(xué)生查看微課，嘗試在Mu中編寫代碼，并將代碼燒錄到Micro：bit中，測試效果。

師：在任務(wù)一中，大部分同學(xué)已經(jīng)實現(xiàn)了Micro：bit識別到搖一搖動作，接下來請你思考如何實現(xiàn)搖一搖出現(xiàn)隨機數(shù)呢？請同學(xué)們?nèi)プ鲆幌氯蝿?wù)二。

任務(wù)二：產(chǎn)生隨機數(shù)。

師：任務(wù)二中給了大家一個幫助微課——隨機數(shù)函數(shù)的應(yīng)用，請你嘗試去制作搖一搖產(chǎn)生隨機數(shù)，并將任務(wù)二中的選擇題練習(xí)做一下。

學(xué)生查看任務(wù)二，并小組討論完成任務(wù)二中隨機數(shù)函數(shù)的使用。

師：在任務(wù)二隨機數(shù)應(yīng)用微課中，大家了解了random的概念，有哪位同學(xué)來說一說，這個函數(shù)如何使用，你是如何用的，又有什么注意點？

生：使用方法是：random.randint（下限，上限）方法獲取從下限到上限的一個隨機整數(shù)。在使用前需要導(dǎo)入隨機模塊import random。

師：總結(jié)得很好，了解了基本的使用方法后，請思考在制作色子中，我們需要幾個隨機整數(shù)？下限和上限分別是什么？

生：需要6個，下限為1，上限為6。

師：同學(xué)們掌握得很好，你們是不是都很完整地寫出來了呢，給大家3分鐘時間再去修改自己的代碼。（學(xué)生修改3分鐘）剛剛有同學(xué)問老師，怎樣才能產(chǎn)生像真實色子一樣的點圖呢？想一想，我們之前課堂中說過，在Micro：bit中有哪兩種類型圖像？

生：自定義圖像與內(nèi)置圖像。

師：很好，再看看這種點圖是自定義的還是內(nèi)置的？

生：自定義的圖像。

師：了解到這里，同學(xué)們有沒有想到要怎么將圖像隨機顯示，請你們查看任務(wù)三學(xué)案及幫助微課，完成圖像與隨機數(shù)的一一對應(yīng)。

任務(wù)三：自定義圖像隨機顯示，形成電子色子。

學(xué)生查看任務(wù)三學(xué)案及幫助微課，嘗試修改自己的代碼，制作出隨機顯示點圖的效果。

師：在任務(wù)三中，老師發(fā)現(xiàn)很多同學(xué)出現(xiàn)了問題，就是如何存儲隨機點數(shù)，這里需要用到一個概念就是元組，微課中有提到元組的概念，哪位同學(xué)來給大家說一說？

生：元組，即一組數(shù)據(jù)的有序數(shù)列。

師：你能給大家舉個例子嗎？

生：建一個元組名為tuple1，用來存放A～G七個字母tuple1=（“A”，“B”，“C”，“D”，“E”，“F”，“G”）。

師：同樣的，我們也可以建立一個元組，用來存儲6個不同的點。請同學(xué)們再次修改自己的代碼，并嘗試將代碼燒錄到Micro：bit中。完成的同學(xué)可以兩兩比一比，看誰點數(shù)大。

師總結(jié)：通過以上三個小任務(wù)，同學(xué)們完成了一個電子色子的制作，在做的過程中一定要有一個清晰的思路，即做電子色子分成了以下三步：第一步，能讓Micro：bit識別“搖一搖”的動作；第二步，產(chǎn)生一個隨機的數(shù)字；第三步，將隨機數(shù)與內(nèi)置圖像點進行一一對應(yīng)。用到了accelerometer.was_gesture（）方法來檢測shake手勢，random.randint（）方法生成隨機整數(shù)，最后了解了元組的基本使用方法，并將自定義圖像存放于元組中與隨機數(shù)相對應(yīng)。

（4）拓展應(yīng)用，啟發(fā)創(chuàng)新

師：本節(jié)課，同學(xué)們在學(xué)案指導(dǎo)、微課幫助下制作出了電子色子，想一想我們生活中還有哪些小游戲是隨機的？想一想我們常玩的“剪刀石頭布”是不是隨機的？請你思考一下如何去實現(xiàn)“剪刀石頭布”效果。

基于Micro：bit的Python程序教學(xué)實踐思考

基于Micro：bit的Python程序教學(xué)能夠很好地激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)代碼興趣，培養(yǎng)學(xué)生的計算思維。目前，蘇州工業(yè)園區(qū)基于Micro：bit的Python程序教學(xué)已經(jīng)在多所中學(xué)實踐，并取得了很好的教學(xué)效果。在教學(xué)實踐中，我總結(jié)出如下教學(xué)注意點。

1.內(nèi)容設(shè)計符合學(xué)生認(rèn)知能力

教學(xué)內(nèi)容要符合學(xué)生認(rèn)知能力，初二學(xué)生雖然已經(jīng)具備了抽象邏輯能力和概括能力，但單純的代碼編寫是不能激發(fā)學(xué)生的興趣的，需要將代碼學(xué)習(xí)貫穿于有趣的教學(xué)內(nèi)容中。因此采用項目式教學(xué)更符合學(xué)生學(xué)習(xí)特點，在教學(xué)中我們也是將概念、用法的學(xué)習(xí)融入到不同項目中去的，讓學(xué)生更易于接受。

在教學(xué)形式上，可以選擇用塊語言到代碼語言過渡的形式教學(xué)，如在本學(xué)期教學(xué)實踐中，使用mPython進行編程，此軟件的特點是一邊是塊語言一邊是代碼語言，如右圖所示。

學(xué)生有Scratch基礎(chǔ)，對于塊語言的使用沒有障礙。在教學(xué)伊始使用塊語言能夠讓學(xué)生迅速入門，了解Python代碼語言特點，從而更有利于開展教學(xué)。

2.學(xué)案指導(dǎo)，微課支撐教學(xué)

信息課堂中要充分發(fā)揮課堂優(yōu)勢，教學(xué)中可以為學(xué)生提供詳細(xì)的學(xué)案指導(dǎo)與微課資源，支持學(xué)生自主學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力。優(yōu)質(zhì)的學(xué)案設(shè)計與微課資源對學(xué)生的幫助遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于課堂中教師的講解。在課堂實踐中也發(fā)現(xiàn)，學(xué)生更樂于自己去看學(xué)案指導(dǎo)、看微課，自主學(xué)習(xí)，且學(xué)生掌握程度不同，學(xué)案與微課給了學(xué)生更大的自由度，學(xué)得快的學(xué)生還可以充當(dāng)小老師的角色，去幫助學(xué)得慢的同學(xué)。

3.發(fā)散學(xué)生思維，提高解決問題能力

基于Micro：bit的Python程序教學(xué)，實質(zhì)上還是程序教學(xué)，程序是為了解決問題。課堂中使用的實例通常并不是用一種方法可以解決，教師可以啟發(fā)學(xué)生嘗試用不同方法來實現(xiàn)編程，也可以讓學(xué)生來比較一下哪種程序更簡潔、可讀性更強，發(fā)散學(xué)生思維，提高其解決問題的能力。在教學(xué)實踐中會發(fā)現(xiàn)很多學(xué)生的想法很獨特，會嘗試用自己的方法進行編程，雖然并不一定都能實現(xiàn)效果，但在解決問題的過程中，學(xué)生會學(xué)到更多。

4.多樣化評價反饋，激發(fā)學(xué)習(xí)動力

基于Micro：bit的Python程序教學(xué)中通常是學(xué)生完成一個個小項目，對于學(xué)生的評價多元化，可以有效地激勵學(xué)生學(xué)習(xí)。如在課堂中，可以通過無線投屏方式（如SeeWolink）隨時展示學(xué)生Micro：bit上實現(xiàn)的效果，對于做得好的學(xué)生可以使用班級優(yōu)化大師或classDojo這類的評價工具進行加分鼓勵。

Python因其簡單易讀的特點，已經(jīng)逐漸在中小學(xué)信息教學(xué)中普及。而基于Micro：bit的Python程序教學(xué)創(chuàng)新性地將Python與Micro：bit結(jié)合起來，讓學(xué)習(xí)Python變得更加簡單、更加有趣。將Micro：bit與Python引入初中信息技術(shù)，也為信息技術(shù)教學(xué)中的程序教學(xué)注入了新鮮的血液，讓學(xué)生在快樂中學(xué)會編程，在編程學(xué)習(xí)中提升學(xué)生的計算思維。