尋找水源

田迎春 中國人民大學(xué)附屬中學(xué)實驗小學(xué)信息技術(shù)教師，高級教師。喜歡創(chuàng)客，輔導(dǎo)學(xué)生參加各種科技競賽成績顯著，目前輔導(dǎo)學(xué)生獲得實用新型專利4項，本人獲得實用新型專利3項。

教學(xué)背景

2017年國務(wù)院印發(fā)的《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》明確提出：在中小學(xué)階段設(shè)置人工智能相關(guān)課程，逐步推廣編程教育。教育部印發(fā)的《中小學(xué)綜合實踐活動課程指導(dǎo)綱要》也指出，要讓學(xué)生學(xué)會創(chuàng)意物化，能運用信息技術(shù)設(shè)計并制作出有一定創(chuàng)意的數(shù)字作品，運用常見、簡單的信息技術(shù)解決實際問題，服務(wù)于學(xué)習(xí)和生活。

中國成功發(fā)射“天問一號”火星探測器之后，全球高度關(guān)注火星探測進展。“祝融號”火星車也于去年安全到達火星表面，開始巡視探測，春節(jié)前夕“天問一號”還傳回了高清自拍照，引起了全國人民的關(guān)注?；谶@一學(xué)生真實關(guān)心的熱點話題，我們設(shè)計開展了火星探測主題式項目。本項目有益于激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新的興趣，培養(yǎng)學(xué)生動手實踐的能力，同時也是在信息技術(shù)課程中實踐STEAM教育的理念方法，力圖讓學(xué)生初步形成以信息技術(shù)學(xué)科方法觀察事物和求解問題的能力，靈活運用信息技術(shù)服務(wù)生活，提高學(xué)生的信息素養(yǎng)。

教學(xué)目標

知識與技能 掌握使用磁力計測量附近環(huán)境磁場大小的方法，學(xué)會分析數(shù)據(jù)，完善自己的作品。

過程與方法 通過親歷磁力探測器的編寫流程，初步體驗編制計算機程序解決問題的基本過程。

情感態(tài)度與價值觀 經(jīng)歷小組合作、探究完成任務(wù)，能夠根據(jù)實際需求，初步建立編程解決問題的信心，產(chǎn)生繼續(xù)學(xué)習(xí)程序設(shè)計的學(xué)習(xí)欲望。

教學(xué)重點與難點

教學(xué)重點 掌握Micro：bit磁力傳感器的正確使用。

教學(xué)難點 根據(jù)實際情況設(shè)計符合實際需要的作品。

教學(xué)準備

教學(xué)課件、Micro：bit及其電池板、USB數(shù)據(jù)線、紙盒、磁扣等。

教學(xué)過程

一、創(chuàng)設(shè)情境，確定研究主題

師：春節(jié)前夕，“天問一號”從火星給我們傳回了高清自拍照，引起了廣泛關(guān)注。人類為什么要探索火星？火星環(huán)境與地球環(huán)境有什么不同？人類在火星建設(shè)基地可能面臨哪些困難？

學(xué)生思考并討論交流。

教師播放火星風(fēng)暴視頻，引導(dǎo)學(xué)生觀看，感受火星風(fēng)暴的強大破壞力，如圖1。

師：強大的火星風(fēng)暴把人類先期探測到的水源地的標志破壞掉了，這時候就需要重新搜索水源。請同學(xué)們想一想，我們可以借助什么設(shè)備幫助科學(xué)家搜索水源呢？

預(yù)設(shè)學(xué)生答案：磁力計或磁力傳感器。

師：對，磁法勘探是常用的水源探測方法之一，今天我們就嘗試利用磁力傳感器模擬如何在火星上搜索水源地。

二、初步嘗試，自學(xué)磁力模塊

師：其實，我們的Micro：bit主板中就包含磁力傳感器，因此Micro：bit編程環(huán)境中肯定藏有磁力檢測模塊，大家快來找一找它藏在哪了？

學(xué)生自主探究，在Micro：bit編程環(huán)境里找到磁力檢測模塊。

教師演示拖出磁力檢測模塊，如圖2。

師：這個模塊除了能夠測量出磁力強度外還有其他功能，這節(jié)課我們主要學(xué)習(xí)磁力強度模塊。這個和我們之前學(xué)過的溫度模塊很相似，你能用Micro：bit主板探測出黑盒某一區(qū)域的磁力強度嗎？

學(xué)生思考討論，根據(jù)舊知解決磁力顯示問題。

教師根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，展示程序，如圖3。

學(xué)生向Micro：bit主板上傳程序，并測試程序效果。

教師巡視，指導(dǎo)學(xué)生實踐操作，同時收集問題。

學(xué)生集中反饋問題：無法測試黑盒中磁鐵的磁力大小。

教師解惑：地球存在著一個巨大的磁場，而且每個地方的磁場不同，對結(jié)果有比較大的影響。如果是第一次使用，Micro：bit會自動提示需要校準，校準過程在軟件運行時會自動啟動，學(xué)生只需根據(jù)提示自行校準，即可測量出磁力的大小。

教師展示校準過程。

教師出示任務(wù)：利用Micro：bit主板測試黑盒中標記點的磁力強度。

學(xué)生校準磁力計，并進行磁力大小的測試。在測試過程中，教師引導(dǎo)學(xué)生變換不同位置，測試出黑盒標記點的磁力大小，記錄在學(xué)習(xí)單中，如表1，并預(yù)測出水源地。

表1 黑盒不同位置磁力強度表

教師展示學(xué)生成果，揭秘如何分析水源地位置。

三、創(chuàng)意物化，設(shè)計作品

1.分析任務(wù)，繪制流程圖

師：通過剛才的設(shè)計，我們知道可以通過磁力強度數(shù)據(jù)的變化來判斷水源地的位置，老師也編了一個小程序，大家看看和你們的有什么不同？

教師展示自己編寫的程序，學(xué)生對比分析，找出兩個程序的區(qū)別。

師：這個程序同樣能找到水源地，只是使用的方式不同，那我們?nèi)绾螌崿F(xiàn)呢？

師生共同完成流程圖的繪制，如圖4。

學(xué)生根據(jù)流程圖進行編程設(shè)計，如圖5，將測量過程記錄下來，如表2。

2.交流體驗，完成探測任務(wù)

教師隨機選取五個盒子，讓各組選擇其中的三個進行測量，將測量結(jié)果填寫在學(xué)習(xí)單上，如表3，學(xué)生可以多次測量。

教師總結(jié)統(tǒng)計完成任務(wù)的小組數(shù)，并邀請成功率最高的小組分享經(jīng)驗。

四、歸納總結(jié)，拓展延伸

師：通過大家的努力，我們不僅學(xué)會了如何使用磁力傳感器，還能經(jīng)過不斷地修改完善，設(shè)計出較為實用的水源探測器，幫助科學(xué)家找回了火星上的水源地。其實水源地標志丟失的問題是可以避免的，比如我們的火星車可以隨時與地球控制中心進行交流，傳遞搜集的信息，這樣就可以避免類似事件的再次發(fā)生。但是如何與地球進行數(shù)據(jù)交換呢？請同學(xué)們課后自己動手實踐，嘗試用Micro：bit實現(xiàn)無線通信。

五、教學(xué)評價

過程性評價以學(xué)習(xí)單為主，通過課堂學(xué)習(xí)單可以推測學(xué)生的思考過程;總結(jié)性評價以評價單為主，通過評價單了解學(xué)生本節(jié)課的掌握情況。

實踐反思

本節(jié)課情境設(shè)計新穎，貼近我國航天發(fā)展實際，師生對話和諧自然，學(xué)生在“玩”中探究磁力傳感器的使用，感受科學(xué)實驗的全過程。從課程導(dǎo)入到學(xué)習(xí)實踐再到課堂總結(jié)，體現(xiàn)了項目式學(xué)習(xí)的連貫性，實現(xiàn)了學(xué)習(xí)情境的螺紋連接與螺旋傳動，計算思維的培養(yǎng)過程清晰，滲透自然，鍛煉了學(xué)生的高階思維能力。