智能硬件促進課堂教學(xué)模式創(chuàng)新

肖玲 夏小剛 鄭長宏

【摘 要】時代的進步推動著創(chuàng)客教育的發(fā)展，創(chuàng)客教育重點在于將想法進行“實踐創(chuàng)造”，信息技術(shù)學(xué)科則是實現(xiàn)創(chuàng)客教育最重要的載體之一，信息技術(shù)具有很強的時代性和實踐性。2016年起，我們學(xué)校教研組迎勢而動，整合了現(xiàn)行初中信息技術(shù)教程內(nèi)容，開展了以信息技術(shù)學(xué)科為主要內(nèi)容的創(chuàng)客教育。本文以“制作緊急呼救儀”教學(xué)為例，闡述“智能硬件”促進課堂教學(xué)模式創(chuàng)新的路徑。

【關(guān)鍵詞】創(chuàng)客教育;智能硬件;Micro：bit;項目式學(xué)習(xí);教學(xué)模式

【中圖分類號】G434 【文獻標(biāo)識碼】A

【論文編號】1671-7384（2021）05-058-04

為適應(yīng)新時代對人才信息素養(yǎng)的培養(yǎng)需求，全國各地掀起了創(chuàng)客教育的熱潮，不少中小學(xué)也開設(shè)了編程課，以此提升學(xué)生的編程技能、創(chuàng)造性思維以及問題解決能力[1]。我校先后建成了DIY創(chuàng)意工坊、機器人教室、金融實驗室等專屬學(xué)習(xí)空間，購置了3D打印機、智能硬件，這為學(xué)校開展創(chuàng)客教育提供了良好條件。本文以智能硬件Micro：bit教學(xué)為例進行簡述，以創(chuàng)客理念為基礎(chǔ)，在實際生活情景中發(fā)現(xiàn)問題、提出問題、分析問題，引導(dǎo)學(xué)生在新知學(xué)習(xí)中思考并制定方案，在實踐中進行創(chuàng)作，在分享中進行評價與總結(jié)，在拓展中進行優(yōu)化與提升。

案例簡述

學(xué)生利用學(xué)習(xí)卡記錄好生活中的奇思妙想，通過課前微視頻提前學(xué)習(xí)新課知識，回到課堂時，討論并統(tǒng)一制作主題，小組合作，共同努力將“金點子”物化。本課以智能硬件為基礎(chǔ)，借助Makecode App編程軟件，通過藍牙將Micro：bit主板與平板相連接，在Makecode軟件中搭建程序積木，并反復(fù)調(diào)試、完善程序，直至將程序上傳到Micro：bit。然后各小組情景演繹展示作品功能，最后將作品設(shè)計稿上傳至班級學(xué)習(xí)圈，開展分享與評價。課堂氛圍輕松愉悅，學(xué)習(xí)效果也更為有效。智能硬件的使用，擺脫了單一編程的枯燥乏味，學(xué)生編寫的程序在硬件上的展現(xiàn)立竿見影，大大提升了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、體驗感和效能感。

案例設(shè)計

項目名稱：制作緊急呼救儀。

項目分析：本節(jié)課的內(nèi)容選自我校創(chuàng)客教育系列校本教材中的“智能硬件”課程。我校的“智能硬件”校本課程以學(xué)生為主體，將課程進行了系統(tǒng)的規(guī)劃，劃分為：Micro：bit板載傳感器、造物粒子套件模塊、綜合項目制作等三個模塊。通過三個模塊循序漸進地學(xué)習(xí)，最終學(xué)生能夠完成一個完整的項目作品，以此來達到讓學(xué)生學(xué)習(xí)編程和電子電路的目的。軟件采用Makecode圖形化編程方式，大大降低了學(xué)生編程的難度，硬件Micro：bit造物粒子套件操作簡單。在前置課程中，同學(xué)們已經(jīng)認(rèn)識了Micro：bit，并熟悉了Makecode編程軟件。本節(jié)課以學(xué)生完成、分享項目作品為主，讓學(xué)生在過程中創(chuàng)造生成，為綜合項目的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。

學(xué)情分析：學(xué)生已初步認(rèn)識了Micro：bit主板，熟悉了Makecode編程軟件以及通過藍牙將主板與編程軟件相連接;了解了如何在Makecode上對5*5LED點陣屏編寫顯示程序，并模擬測試，能夠?qū)⒕幒玫某绦蛳螺d至Micro：bit主板;學(xué)習(xí)了無線發(fā)射與接收技術(shù)應(yīng)用方法，掌握了分配通道、發(fā)送數(shù)據(jù)的編程方法，并且通過微視頻學(xué)習(xí)了簡易緊急呼救儀的制作。

學(xué)習(xí)目標(biāo)：（1）知識與技能。學(xué)會使用無線通信技術(shù)制作的產(chǎn)品并應(yīng)用到實際生活情景。分層目標(biāo)：a.會使用無線發(fā)送、接收數(shù)據(jù)指令，實現(xiàn)Micro：bit開發(fā)板的無線發(fā)射與接收，能夠制作緊急呼救儀;b.在a的基礎(chǔ)上不斷優(yōu)化功能，更新?lián)Q代緊急呼救儀;c.在b基礎(chǔ)上實現(xiàn)創(chuàng)意想法及應(yīng)用。（2）過程與方法。用Micro：bit智能硬件制作“緊急呼救儀”;制作學(xué)習(xí)卡、測試記錄表;開展小組合作、團隊協(xié)作。（3）情感、態(tài)度與價值觀：用科技影響思維，用工程的系統(tǒng)思維方式解決現(xiàn)實問題，體會參與的社會責(zé)任感與價值感。

項目學(xué)習(xí)重點：熟悉無線發(fā)射與接收技術(shù)，制作簡易緊急呼救儀。

項目學(xué)習(xí)難點：處理藍牙配對問題，制作復(fù)雜的緊急呼救儀。

教學(xué)方法：講授法、自主探究法、合作學(xué)習(xí)法、項目式學(xué)習(xí)法。

教學(xué)實施

具體教學(xué)實施流程如圖1。

圖1 ?教學(xué)實施流程

1.情境引入—— 提問與討論

本環(huán)節(jié)通過“蠟筆小新一鍵呼叫”的故事視頻引入，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)生活中的一鍵呼叫服務(wù)，再提出問題：“能否為老人和小孩制作一個法寶，當(dāng)他們遇到危險時，搖一搖、按一按此法寶，就會有英雄出現(xiàn)幫助他們？”讓學(xué)生積極參與頭腦風(fēng)暴，從呼喚英雄任務(wù)中分析本節(jié)課要達成的目標(biāo)?？偨Y(jié)討論的答案，并提出問題“如何制作緊急呼救儀”，思考在生活中求助與救援的過程是什么？教師及時組織學(xué)生積極討論，引導(dǎo)學(xué)生從討論中提煉出策略，遇到危險就呼救（呼救的方法可以有很多種），收到呼救信號就去救援。給學(xué)生發(fā)布制作緊急呼救儀任務(wù)，再討論呼救儀的程序設(shè)計思路。通過視頻故事情景加以想象，讓學(xué)生擁有討論的動力和材料，在相互討論的過程中，更深刻地理解呼救與救援在實際生活中的作用，并以此討論制作呼救儀策略與制作方案。

2.知識新授—— 學(xué)習(xí)與思考

第一步，開展微課教學(xué)，使學(xué)生掌握技術(shù)使用方法。學(xué)生們開展小組思考、討論，提煉出“無線發(fā)射”“無線接收”兩個關(guān)鍵詞，對無線技術(shù)有初步的概念。緊急呼救儀要有兩塊Micro：bit主板，其中一塊作為發(fā)射板，一鍵按下就求救;另一塊作為接收板，收到信號就報警顯示。兩塊主板想要實現(xiàn)無線通信，首先需要建立連接：分配通道，設(shè)置為同一通信組（參數(shù)可設(shè)置為0-255）;接著發(fā)送、接收數(shù)據(jù)即可。

第二步，強調(diào)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)是調(diào)用相應(yīng)的圖形化發(fā)送和接收模塊。發(fā)送數(shù)據(jù)模塊有“無線發(fā)送數(shù)字”“無線發(fā)送值”“無線發(fā)送字符串”，對應(yīng)的接收模塊為“在無線接收到數(shù)據(jù)時運行數(shù)字、值或字符串”。學(xué)生通過微視頻學(xué)習(xí)無線通信核心技術(shù)及方法，對于理解能力較弱的學(xué)生，可以通過重復(fù)觀看視頻進行學(xué)習(xí)，對于理解能力較強的學(xué)生，可以加速或跳躍觀看視頻進行學(xué)習(xí)。同步操作實踐，強化記憶。

3.操作實踐—— 創(chuàng)作與測試

學(xué)生根據(jù)小組設(shè)計方案結(jié)合現(xiàn)有套件組建緊急呼救儀，邊思考邊實踐，設(shè)計程序，提交作品，檢測效果，完善作品。

本環(huán)節(jié)操作時間較長，而學(xué)生水平層次不一樣，完成進度不一樣，按傳統(tǒng)課堂教學(xué)，教師無法照顧到每一位學(xué)生。因此，將學(xué)生按特長分組學(xué)習(xí)，每組4人，每個人選擇自己擅長的職業(yè)角色（如程序設(shè)計師、硬件搭建師、文稿設(shè)計師、情景劇主編等），教師負(fù)責(zé)整體進程的把控，適時引導(dǎo)，學(xué)生小組分工、合作，反復(fù)試錯，發(fā)現(xiàn)新問題，再次界定問題、制定新的解決方案……直到問題徹底解決。

4.展示評價—— 分享與建議

場景化的項目展示總是重頭戲，學(xué)生們的奇思妙想都在此得到釋放。組員之間只有通過很好地合作與交流，整個團隊才能獲取成功。在整個過程中，他們攜手并進，共同向同一個目標(biāo)出發(fā)，每位同學(xué)的創(chuàng)新意識和創(chuàng)作能力都得到了進一步的拓展和提升。

組織學(xué)生從創(chuàng)新思維、藝術(shù)設(shè)計、邏輯分析和編程技術(shù)四個維度評價作品。各小組相互評價，提出改進意見。只有不斷地思維碰撞，才能進一步拓展學(xué)生的思維，激發(fā)學(xué)生的靈感，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)客思維。最后將作品發(fā)布至全景課堂的朋友圈，學(xué)生可以在線自評、互評以及點贊，平臺會及時將評價統(tǒng)計和分析數(shù)據(jù)推送給師生。

5.拓展任務(wù)—— 優(yōu)化與提升

從產(chǎn)品的功能設(shè)計上去加強完善，繼續(xù)改進，引發(fā)興趣點，形成后續(xù)研究。按下A鍵，就發(fā)送求助信號，人在緊急情況時無法分辨A、B鍵呢？這就要新增一個求助功能：按下B鍵或者A+B鍵也可以發(fā)送求助信號;那如果來不及按鍵怎么辦呢？新增自由落體功能，比如老人在摔倒時，就自動發(fā)送求助信號;那怎樣得知對方是否收到求助信號了呢？將兩塊主板同時作為發(fā)送板和接收板，即可實現(xiàn)雙方交互通信。那如果……學(xué)生不斷質(zhì)疑、提問，甚至將作品包裝美化，不要滿足于給定的基礎(chǔ)任務(wù)，要善于去發(fā)現(xiàn)更多的問題，能自主提出來并解決，培養(yǎng)個人的創(chuàng)新思維和問題解決能力。

教學(xué)反思

1.軟硬件相結(jié)合，助力學(xué)生創(chuàng)新思維培養(yǎng)

智能硬件可操作性與擴展性強，將智能硬件融入教學(xué)將極大擴寬課程設(shè)計的思路，改善普通課程疏于培養(yǎng)學(xué)生動手能力的短板。學(xué)生的編程作品可以更加直觀地通過硬件展現(xiàn)，更具交互性，增強體驗感與趣味感。由于硬件的維護與后期整理，工作量大且繁瑣，搭配編程使用后的難度又大大提升，并不適合全體學(xué)生，因此大多數(shù)學(xué)校只在選修課或是競賽中使用智能硬件。那如何有效地在全校開展普惠課程呢？簡單便攜的智能硬件是關(guān)鍵，如Micro：bit主板，輕便小巧，操作簡單;又或者在套裝里選擇1至2個小零件，聚焦某一個核心問題進行探究，如每人3根小棒，就“三角形”的穩(wěn)定性進行探討;又或者加兩個一大一小的輪子，用小棒依次連接旋轉(zhuǎn)，是大輪子轉(zhuǎn)動時長更久還是小輪子？又或者在下次課中以小組為單位加入主板，用小棒和輪子搭成簡易的機器人，寫入程序讓它動起來，內(nèi)容層層推進，淺入深出，硬件使用完成后整理起來也容易……

2.運用多樣化教學(xué)方式，切實提高課堂教學(xué)質(zhì)量

注重以啟發(fā)式、互動式、探究式教學(xué)手段為主，探索基于學(xué)科的課程綜合化教學(xué)，開展研究型、項目化、合作式學(xué)習(xí)。教師應(yīng)當(dāng)加強與學(xué)生之間的互動交流，結(jié)合學(xué)生的個性化需求進行引導(dǎo)和幫助，滿足學(xué)生的多元化發(fā)展。學(xué)生有了多元化的學(xué)習(xí)機會，也能夠在知識探索過程中發(fā)現(xiàn)自身學(xué)習(xí)中的優(yōu)勢與不足之處。強化實踐性作業(yè)、探索彈性作業(yè)和跨學(xué)科作業(yè)，不斷提高作業(yè)設(shè)計質(zhì)量，及時、有效地反饋課堂教學(xué)效果。

3.合理設(shè)置創(chuàng)客課題，滿足學(xué)生多元需求

好的創(chuàng)客課程應(yīng)該是多個學(xué)科的知識融合。一個課題越復(fù)雜，涉及的面越廣，需要融合的學(xué)科越多，學(xué)生需要的知識儲備越大。筆者充分考慮了智能硬件課程能與之相融合的學(xué)科。比如“緊急呼救儀”這個課題就需要融合美術(shù)、勞動技術(shù)、語文等課程。課題與課題間有包容漸進的關(guān)系，學(xué)生能調(diào)用自己的知識儲備和各自擅長的領(lǐng)域來解決這些課程項目。如何為學(xué)生的課程項目量體裁衣？教師要根據(jù)學(xué)生當(dāng)前的認(rèn)知水平及學(xué)習(xí)差異，有針對性地選擇并設(shè)計創(chuàng)客課題，將學(xué)生的日常生活與創(chuàng)客課題緊密貼合，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。鼓勵學(xué)生參與到課題創(chuàng)設(shè)之中，確保課題選擇滿足學(xué)生的多元化學(xué)習(xí)需求，進一步提高創(chuàng)客教育的針對性。

4.豐富課程資源，強調(diào)互動合作

創(chuàng)客課程設(shè)計者能給予的資源越充足，學(xué)生在不斷探索資源使用的過程中迸發(fā)的創(chuàng)新火花就更多，促使學(xué)生不斷優(yōu)化項目的動機就更強烈。筆者所在的學(xué)校有著豐富的資源，為學(xué)生實踐探索提供了可能。本項目中，智能硬件的充分利用促進了課堂教學(xué)模式的創(chuàng)新，大大提升了課堂教學(xué)效果。項目式學(xué)習(xí)就意味著分組互動合作，一個學(xué)生的知識儲備是有限的，他們擅長的領(lǐng)域也各不相同，為了完成這個課題，他們需要學(xué)習(xí)如何合作，如何溝通，如何發(fā)揮自己的特長來為這項共同的工作貢獻自己的力量。

5.加強實踐教學(xué)，注重學(xué)生深度參與

加強實踐教學(xué)，在實踐過程中不斷改進、完善課程方案。創(chuàng)客教育提倡學(xué)生深度參與，這就決定了創(chuàng)客課程需要安排合理充裕的時間。每個班一周一節(jié)的信息技術(shù)課，學(xué)生是無法做到深度參與的，創(chuàng)新更無從談起。正如筆者所觀察到的，學(xué)生在完成上面的“Micro：bit Show”綜合項目時，他們從觀察生活中的實際問題、文案構(gòu)思撰寫、到作品的設(shè)計與制作、程序的編寫與調(diào)試、情景演繹、作品的功能完善和包裝美化，整個過程需要花費大量的時間。而合理充分的時間安排，讓學(xué)生在這個復(fù)雜的過程中學(xué)會研究問題，學(xué)會自我學(xué)習(xí)、協(xié)作學(xué)習(xí)。

綜上所述，在初中信息技術(shù)課堂教學(xué)過程中，創(chuàng)客教育能夠滿足學(xué)生多元化發(fā)展，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思想，開闊學(xué)生的眼見，可為學(xué)生提供人人學(xué)習(xí)、人人創(chuàng)新的良好機會和平臺[2] 。

參考文獻

祝智庭，孫妍妍. 創(chuàng)客教育——信息技術(shù)使能的創(chuàng)新教育實踐場[J]. 中國電化教育，2015（1）.

鄭燕林. 新課改背景下創(chuàng)客教育如何融入初中信息技術(shù)課堂教學(xué)實踐[J]. 開放教育研究，2017（3）.

作者單位：四川成都市第七中學(xué)初中學(xué)校