基于PicoBoard的 Scratch創(chuàng)客校本課程設(shè)計(jì)與實(shí)踐

劉海武

當(dāng)前社會(huì)對(duì)創(chuàng)新型人才需求達(dá)到了一個(gè)新的高度。那么，如何在教學(xué)中培養(yǎng)創(chuàng)新型人才成為眾多教育工作者亟待思考的一個(gè)問(wèn)題。當(dāng)前，創(chuàng)客教育悄然地進(jìn)入了中小學(xué)課堂，創(chuàng)客課程設(shè)計(jì)顯得尤為重要?；谝陨媳尘埃P者開(kāi)展了基于PicoBoard的Scratch校本課程的設(shè)計(jì)與教學(xué)實(shí)踐，為教育工作者提供參考。

基于PicoBoard的Scratch校本課程

Scratch從早期的1.4，發(fā)展到2.0再到3.0，目前還融入了PicoBoard的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，加之軟件的趣味性、互動(dòng)性、簡(jiǎn)易性和可視化等特點(diǎn)，更適用于小學(xué)階段開(kāi)展創(chuàng)客教學(xué)活動(dòng)。PicoBoard即傳感器板，是基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)開(kāi)發(fā)的一款專門(mén)為教育工作者或初學(xué)者設(shè)計(jì)的交互板。該板集成了滑桿、按鈕、聲音傳感器、光線傳感器、LED模塊等，傳感器板中還帶有4個(gè)額外的模擬信號(hào)輸入端口和2個(gè)信號(hào)輸出端口。PicoBoard與Scratch利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相連，可以滿足基本的創(chuàng)客需求。目前，我國(guó)很多地區(qū)已經(jīng)把Scratch作為小學(xué)生學(xué)習(xí)編程語(yǔ)言的必修課程，為此，有許多學(xué)校和教師還編寫(xiě)了Scratch校本課程。但基于PicoBoard的Scratch創(chuàng)客研究并不多，加之創(chuàng)客指導(dǎo)教師基本為計(jì)算機(jī)或物理教師兼任，總體上講，師資和設(shè)備參差不齊，課時(shí)和實(shí)踐安排不足。雖然基于PicoBoard的Scratch創(chuàng)客教育在國(guó)內(nèi)還處于探索階段，也未形成一定的課程標(biāo)準(zhǔn)，但隨著新技術(shù)的不斷完善和普及，基于PicoBoard的Scratch創(chuàng)客課程教學(xué)一定會(huì)走進(jìn)課堂。

小學(xué)Scratch創(chuàng)客教育課程開(kāi)發(fā)實(shí)施方案設(shè)計(jì)

1.設(shè)計(jì)原則

開(kāi)發(fā)小學(xué)Scratch創(chuàng)客教育課程涉及到Scratch軟件和PicoBoard硬件的運(yùn)用，要求以學(xué)生生活中的項(xiàng)目學(xué)習(xí)理論為指導(dǎo)，以創(chuàng)新能力培養(yǎng)為目標(biāo)，將知識(shí)與技能進(jìn)行重構(gòu)，在教學(xué)中設(shè)置規(guī)定式和開(kāi)放式目標(biāo)。規(guī)定式目標(biāo)是在案例分析和模仿制作的基礎(chǔ)上，培養(yǎng)學(xué)生的相關(guān)知識(shí)與技能，通過(guò)傳感器感知身邊的世界，要求參與者能積極主動(dòng)地開(kāi)展項(xiàng)目探究和制作，完成規(guī)定的案例作品。開(kāi)放式目標(biāo)可分為兩個(gè)層面，一是在原有案例的基礎(chǔ)上引導(dǎo)學(xué)生充分發(fā)揮個(gè)人想象擴(kuò)展和完善程序功能；二是將所學(xué)知識(shí)與技能聯(lián)系生活，完成生活中相關(guān)類似案例，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行功能創(chuàng)新與改進(jìn)。例如，學(xué)習(xí)者在完成聲、光控?zé)糁谱骱?，可?lián)系生活實(shí)際，研究“廣場(chǎng)舞”警示燈，只有在光線低于某個(gè)值且聲音低于某個(gè)值的強(qiáng)度時(shí)才播放廣場(chǎng)舞音樂(lè)，可以很好地解決廣場(chǎng)舞愛(ài)好者和居民生活之間的矛盾。通過(guò)目標(biāo)實(shí)現(xiàn)能進(jìn)一步促進(jìn)學(xué)生動(dòng)手操作能力的培養(yǎng)，提升其認(rèn)知能力的發(fā)展，提高其設(shè)計(jì)思維和創(chuàng)新能力。

2.教學(xué)設(shè)計(jì)模型

小學(xué)Scratch創(chuàng)客教育校本課程，應(yīng)以培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)和能力為目標(biāo)，根據(jù)設(shè)計(jì)的案例和學(xué)習(xí)階段的不同，選擇不同的教學(xué)方法，如下頁(yè)圖1所示。如在講解PicoBoard傳感器板時(shí)，可以帶領(lǐng)學(xué)生先分析生活中能感知的現(xiàn)象，如聲音、光線、溫度、濕度等，并引導(dǎo)學(xué)生分組完成相關(guān)資料的查找和學(xué)習(xí)，之后再進(jìn)行相關(guān)聲、光、馬達(dá)、按鈕等方面的測(cè)試和講解。

小學(xué)Scratch創(chuàng)客教育課程開(kāi)發(fā)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

小學(xué)Scratch創(chuàng)客校本課程教學(xué)內(nèi)容與課時(shí)安排可參考上表?，F(xiàn)以《智能燈》一課為例，對(duì)課堂教學(xué)中的教學(xué)設(shè)計(jì)與教學(xué)過(guò)程所涉及的各個(gè)方面進(jìn)行闡述。

一是確定探究主題。智能燈是模仿生活中的樓道聲控?zé)粼矶O(shè)計(jì)的。當(dāng)燈光強(qiáng)度在某個(gè)設(shè)定值范圍內(nèi)且聲音值超過(guò)某個(gè)值時(shí)燈就會(huì)變亮，一定的時(shí)間后燈滅，相反燈就一直不亮。教學(xué)時(shí)，筆者在教師機(jī)器上先打開(kāi)事先做好的聲、光控?zé)舫绦?，并全班進(jìn)行廣播，之后筆者用手捂住傳感器板（燈沒(méi)有亮），過(guò)了幾秒后大吼一聲，這時(shí)，外接傳感器板的LED燈就變亮了。在整個(gè)展示過(guò)程中，筆者提醒學(xué)生注意觀察筆者的行為和周圍設(shè)備的變化，引導(dǎo)學(xué)生產(chǎn)生質(zhì)疑，從而進(jìn)入課堂探究主題——制作智能燈。

二是繪制流程圖。流程圖（Flow Chart）是使用圖形表示算法的一種極好的方法。學(xué)生通過(guò)流程圖設(shè)計(jì)能很快掌握程序的設(shè)計(jì)步驟和方法，通過(guò)流程圖設(shè)計(jì)也能找到程序設(shè)計(jì)的重點(diǎn)和難點(diǎn)所在。筆者在學(xué)生完成對(duì)智能燈的觀察和分析之后，讓學(xué)生開(kāi)展小組討論，并要求各組小組長(zhǎng)繪制智能燈算法流程圖。之后邀請(qǐng)小組長(zhǎng)對(duì)本組設(shè)計(jì)的流程圖進(jìn)行說(shuō)明，其他學(xué)生進(jìn)行修改和補(bǔ)充。學(xué)生在開(kāi)始繪制流程圖時(shí)會(huì)感覺(jué)到很困難，這時(shí)筆者先是組織學(xué)生學(xué)習(xí)了流程圖中框的作用和意義，在每次流程圖設(shè)計(jì)之前先讓學(xué)生用自然語(yǔ)言進(jìn)行表達(dá)，然后再帶領(lǐng)學(xué)生一起用圖形來(lái)繪制。幾節(jié)課下來(lái)，學(xué)生自然就掌握了，同一個(gè)程序還能繪制出不同的流程圖。本課智能燈流程圖如圖2所示。

三是確定設(shè)計(jì)問(wèn)題。筆者組織學(xué)生先連接PicoBoard傳感器板，并測(cè)試板中傳感器的值是否正常。然后，筆者引導(dǎo)學(xué)生說(shuō)出智能照明程序設(shè)計(jì)的難點(diǎn)。本程序設(shè)計(jì)的主要難點(diǎn)為兩個(gè)，一是如何將傳感器板的模擬值變?yōu)镾cratch的變量值，二是如何用邏輯表達(dá)式來(lái)表示當(dāng)且僅當(dāng)?shù)臈l件。為了更好地引導(dǎo)學(xué)生開(kāi)展自主探究，筆者在教學(xué)PowerPoint課件中展示了傳感模塊和特效模塊，如上頁(yè)圖3所示。

四是自主探究與實(shí)踐。自主探究是學(xué)生在觀看完案例程序并進(jìn)行相應(yīng)的功能分析后展開(kāi)的探究性學(xué)習(xí)，學(xué)生可根據(jù)自己的知識(shí)與經(jīng)驗(yàn)和演示文稿的提示獨(dú)立完成相關(guān)任務(wù)。學(xué)生在搭建程序時(shí)，基本都能建立變量，并將聲和光的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，但在運(yùn)用判斷條件表達(dá)時(shí)，有部分學(xué)生出了些問(wèn)題，如有的學(xué)生只判斷了光線強(qiáng)度，有的學(xué)生只判斷了聲音強(qiáng)度，還有的學(xué)生用“或”條件來(lái)判斷，這導(dǎo)致程序顯示的結(jié)果完全不一樣。為引導(dǎo)學(xué)生少走彎路，見(jiàn)識(shí)效果，筆者對(duì)“或”條件判斷進(jìn)行了班級(jí)展示，如上頁(yè)圖4所示，引導(dǎo)學(xué)生了解“或”和“且”邏輯符號(hào)的作用和意義。

五是交流探究與功能擴(kuò)展。各小組需討論、研究，并從生活實(shí)際出發(fā)，探討智能燈亮和滅的極限條件和時(shí)間，共同制定本組的修改方案。小組與小組之間可參考并提出相關(guān)建議和意見(jiàn)。在小組討論完之后，學(xué)生都積極回答，有的學(xué)生說(shuō)需要給程序添加一個(gè)初始化條件，即程序開(kāi)始時(shí)燈是滅的；有的學(xué)生說(shuō)燈亮后還要設(shè)置一個(gè)變量來(lái)控制燈亮?xí)r間，如5秒或10秒，這樣可以節(jié)約電費(fèi)；還有的學(xué)生說(shuō)可以加入攝像頭來(lái)判斷是否有人走動(dòng)，避免外界聲音導(dǎo)致的燈亮。欣慰的是這些學(xué)生的設(shè)想在Scratch程序中都一一實(shí)現(xiàn)了。

六是點(diǎn)評(píng)與作品上傳。在學(xué)生完成作品創(chuàng)作之后，筆者邀請(qǐng)小組代表對(duì)本組作品進(jìn)行展示和講解，在講解時(shí)應(yīng)說(shuō)出創(chuàng)意之處和不足之處，并組織其他學(xué)生進(jìn)行完善和改進(jìn)。在完成學(xué)生作品講解和交流之后，筆者對(duì)作品進(jìn)行評(píng)價(jià)，并積極鼓勵(lì)學(xué)生用所學(xué)內(nèi)容展示完成生活中類似的現(xiàn)象，最后組織學(xué)生登入E加平臺(tái)提交作品。

七是學(xué)生課后評(píng)價(jià)。E加平臺(tái)是蘇州工業(yè)園區(qū)本土開(kāi)發(fā)的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)，學(xué)生登入后，可提交自己的作品，教師和學(xué)生均可查看其他學(xué)生的作品，平臺(tái)也提供了學(xué)生作品的在線觀看和星級(jí)評(píng)價(jià)，如上頁(yè)圖5所示，還能為作品的更改留言。

課程實(shí)施感悟與收獲

在開(kāi)展PicoBoard的Scratch創(chuàng)客教育過(guò)程中，教師是課堂教學(xué)的引導(dǎo)者，教師要熟練掌握PicoBoard的運(yùn)用，把握學(xué)生在模仿制作中的難點(diǎn)問(wèn)題，激發(fā)學(xué)生更多的創(chuàng)意。筆者也發(fā)現(xiàn)，“只要給學(xué)生時(shí)間和空間，他們總會(huì)給我們驚喜”。在主題學(xué)習(xí)中，從認(rèn)識(shí)創(chuàng)客板，到確定創(chuàng)客主題，再到繪制流程圖，最后到程序的實(shí)現(xiàn)與創(chuàng)新，整個(gè)模擬設(shè)計(jì)與創(chuàng)新作品的過(guò)程，學(xué)生都能實(shí)實(shí)在在地感受到創(chuàng)客教育帶來(lái)的智慧碰撞，學(xué)生在完成一個(gè)個(gè)小主題小任務(wù)后欲望高漲，興趣盎然，作品創(chuàng)意也層出不窮，學(xué)生課后評(píng)價(jià)及再創(chuàng)造源動(dòng)力強(qiáng)勁。這樣的課堂是真正將學(xué)生放置于課中央，這也正是創(chuàng)客教育思想所希望達(dá)到的目的。

小學(xué)Scratch教育雖然已經(jīng)推廣了好幾年，也有部分地區(qū)將Scratch納入了小學(xué)信息技術(shù)的必修課程。但基于PicoBoard的Scratch創(chuàng)客教育還處于起步階段，創(chuàng)客課程還需得到進(jìn)一步的開(kāi)發(fā)和完善。教育工作者在創(chuàng)客教學(xué)實(shí)踐中應(yīng)更好地落實(shí)創(chuàng)客教育思想，并貫穿整個(gè)Scratch教學(xué)過(guò)程，引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)構(gòu)思、設(shè)計(jì)、反復(fù)改進(jìn)等過(guò)程來(lái)創(chuàng)作出具有時(shí)代個(gè)性的基于PicoBoard的Scratch創(chuàng)客作品，從而進(jìn)一步提升學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和能力。