基于As—Block和Arduino教學的學生思維能力培養

林綺麗

【摘 要】 思維能力是學生在未來學習、工作、生活必備的一種能力，編程思維能力是小學信息技術學科核心素養之一。本文從小學信息技術學科創客教育和教學中，對學生思維能力的發展進行研究。從學生思維能力在問題分析、算法設計、代碼優化、材料改進、描述表達等方面的表現，并從思維能力培養實施的問題設計導向策略、啟發性策略、教學模式等方面呈現了思維能力培養的實施效果。基于As-Block和Arduino的小學創客教育能較好地促進學生思維能力的發生與發展。

【關鍵詞】 創客教育；思維能力培養；實踐研究

【中圖分類號】 G64.22 【文獻標識碼】 A 【文章編號】 2095-3089（2017）17-00-02

“科技興則民族興，科技強則國家強”。①在對中小學基礎教育現狀觀察中，我們可以看到，在以文化成績為默認衡量指標的教育前提下，教師們教育教學更多關注的是知識與技能，對于思維能力培養，信息技術學科核心素養的關注較少，然而隨著社會發展，思維能力成為學生未來學習、工作、生活必備而且最重要的能力。“思維能力是成功解決某類問題所需要與知識相關的穩定的主觀條件，它包括分析性思維能力和創造性思維能力兩種。分析性思維能力是指解決相似問題的能力；創造性思維能力是指解決新異（解決者以前沒見過）問題的能力”②。

Arduino是一款電子互動產品開發的軟硬件平臺，有時也叫做“電子積木”。由于其有豐富的外圍硬件模塊和大量的開源軟件庫可以使用，因此其開發互動產品十分便捷。特別是電子制作競賽、電子藝術品創意開發等方面應用很廣。③更重要的是，Arduino系統價格低廉，程序開源，便于分享，非常適合普通中小學生學習使用。

但是Arduino有自己特有的編程語言，其語法規則類似于C/C++語言。直接使用Arduino，需要較強的C語言編程能力，C語言對代碼的準確性要求高，難度大，不適合小學生直接學習使用。

As-block是一款從Scratch演變過來的軟件，As-block代碼采用拖拽方式實現，并且可以直接轉化成Arduino所需要的C語言代碼完成創意創作。Scratch是《小學信息技術》教材教學的內容之一，難度不大，As-block與Scratch的界面幾乎一樣，因此以As-block開發平臺為載體，能夠降低編程難度，促進學生的思維能力的發生與發展，很好地推動小學創客教育。它弱化了技術，強化了思維能力、創造力，所有的代碼圖形化，并且所見即是所得。小學生在學習了As-block后，在生活中遇到了問題，分析是否采用該平臺開發創客作品，該平臺涉及到算法優化度、代碼簡潔性，最后將其作品應用在真實生活中，解決了問題，促進學生思維能力的發展。

一、學生思維能力培養的環節

思維能力培養表現在真實學習、生活中遇到問題，分析問題的原因，使用As-block和Arduino平臺進行作品創作，解決問題，讓學生作品產品化，促進思維能力的發展，尤其是創造性思維能力的發展，具體包括以下幾個方面：

（一）問題分析環節的思維能力培養

學習了As-block和Arduino后，為學生提供了一條解決問題的途徑與方法。學生在實踐生活中遇到問題，學生會思考能否采用As-block來解決生活、學習中的問題，并在分析問題過程中，促進了思維能力的發展。

（二）算法設計環節的思維能力培養

確定要使用As-block來解決問題后，學生需要對作品進行規劃與設計，這就涉及了算法的問題，每個學生的思維方式不同，算法也不同，過程也不同，會帶來不一樣的作品效果，促進思維能力的發展。

在學生完成作品后，鼓勵學生使用自己熟悉的軟件如畫圖、word等軟件畫出原理圖，促進思維發展。

（三）代碼優化環節的思維能力培養

在As-block代碼模塊編寫過程中，同樣的效果，會有多種不同的方法來完成，在眾多方法中，可找出比較合理的方式方法，這就是思維能力表現在代碼優化過程。

上面例子中如電機啟動的時間，需要不斷地進行嘗試進行優化。

（四）作品完善環節的思維能力培養

學生創作的作品最重要的是，能在真實世界中使用，而作品使用過程中再次發現問題，根據需求，對作品再完善，再創造，體驗成就感，價值感。

以“智能語音分類垃圾桶”作品為例，起先的垃圾筒蓋是使用積木搭建的，比較重，馬達有時難以開合到合適的位置，學生就想辦法，減輕蓋子的重量，使用了塑料紙板來代替。

（五）對自己作品介紹和宣傳環節的思維能力培養

學生做完自己的創客作品之后，還需要對自己的作品進行描述、介紹、制作宣傳展板等，學生在老師的指導下，不斷修改PPT演示文稿、錄制講解視頻、修改宣傳展板評委答辯等過程中，促進了學生綜合能力的提高，促進了思維的發展。

二、思維能力培養原則、策略和教學模式

教師需要設計具有一定價值的問題，在作品創作的過程中，啟發學生進行作品創作，以及如何開展具有可操作性的教學模式。

（一）思維能力問題設計導向原則

思維能力問題設計導向，需設計與學生的學習、生活有著密切關系的問題，具有趣味性的問題，這樣能夠既能調動學習積極性，激發學生的學習欲望，又能增強作品應用的價值，因此思維能力問題設計導向原則是思維發展的基石。

1.計貼近學習、生活

設計貼近學生學習、生活中的問題，能夠激發學生的學習積極性，同時學生的作品能夠在真實生活被應用，提升作品的應用的價值，對于自己設計的作品，會更有成就感，價值感。

2.設計感興趣，趣味性

引導學生進行作品創作，設計一些具有趣味性的問題，讓學生喜歡，調動學生的內在動機。endprint

例如：同學們在實際生活中，玩過真人版“打地鼠”游戲，請你結合生活中的游戲規則，設計一個As-block或者scratch“打地鼠”游戲。

在制作了電腦版打地鼠游戲后，還鼓勵學生思考能否做出實際的打地鼠裝置。

（二）思維能力培養啟發性策略

思維能力培養的啟發策略和以往的提示有很大的不同。啟發是指學生在嘗試解決問題的過程中，遇到了困難，經過努力，但是沒有有效的解決問題時，教師利用另外一個問題引導學生進行思考，而提示僅僅是指直接告訴學生的知識與技能，這種提示沒有促進學生的思維能力的發展。因此在思維能力培養啟發可以遵循以下三個策略：

1.提示最優化

程序設計思維能力是學生自己解決問題的過程中取得的，學生經歷的越多，越充分，學生的思維能力培養效果就越好。因此在知識與技能方面，提示的越少，越準確越好，讓學生體驗其解決問題的成就感和價值感。

2.盡量從人格、素質進行干預

評價可以三個方面對學生進行干預：知識與技能、思維能力（分析性思維、創作性思維、實用性思維）、人格（開放、靈活、理性、自信心）和素質（態度、習慣、意志力）。在實際教學實踐過程中，學生在開發As-block項目時，會遇到很多困難，教師若從人格、素質上進行干預的越多，越加能激發學生內在動機，并具有強大的意志力去克服困難，最終收獲成功。例如：鼓勵學生堅持，強調其具有強大的意志力，良好的習慣，認真的態度，包括經歷困難、愉悅等；從人格上干預，講勵志故事，教師修養的感染等方面進行干預。

3.學生提問導向策略

當學生編寫程序，遇到困難時，可能會提出外形設計、程序設計、調試錯誤等相關問題，此時教師主要可以從促進二種思維能力方向上引導：

例如：你覺得你的這個作品有什么價值？有哪些原因導致呢？對于這個問題，你自己的怎么思考的？你是怎么實現的呢？假如你是用戶，你覺得使用過程中會出現什么問題？等一些具有較高思維含量的問題，促進學生思考，從而自己發現“幫助”。

（三）思維能力培養教學模式

思維能力培養的教學模式的基本觀點是“在項目學習中促進思維的發生與發展”，基本的特點是“有問題，能分析，會設計，敢動手，樂分享”。該教學模式在時間上安排，既可以應用于一個課時，也可以應用于連續幾個課時才能完成一個教大的一個項目。

通過該模式實踐研究發現，以As-block和Arduino程序設計為載體，能夠較好的促進思維能力的發生與發展。下面以“熱飲自動降溫智能機器人”教學指導為例，談談教學活動過程。

1.熟悉問題

教師可呈現出貼近學生需求性問題，可包括生活或學習中遇到的問題，結合Arduino的優勢，或者根據學生生活中提出需要優化的項目。學生根據問題情景，提取需求的信息，并結合已往學習Scratch相關知識，提出自己的想法。

問題情景：

在生活中我們經常發現熱飲非常燙，不注意的情況下還會燙傷。人們在飲用時，為了達到適宜飲用的溫度，我們需要通過不斷的冷卻、品嘗、再冷卻、再品嘗的過程，為了能減少繁瑣反復的程序，您能夠通過As-block和Arduino相關知識，設計一款能夠自動感溫并降溫到適宜飲用溫度的智能機器人嗎。

還要注意設計的產品，外形美觀哦。

在該問題提出后，學生們有不同的想法，需要給他們一個表達自己的想法的平臺，可采用觀點匯報等活動方式，其中內容包括他們思考的過程，以及如何解決的策略。例如：解決策略，可以有不同的觸發方式、代碼不同的實現方式、需要哪些傳感器等等。在這個活動中，學生們需要對問題過程和策略進行詳細分析，并需要站在使用者角度去思考問題，促進學生的分析性思維的發生。

2.項目設計

熟悉問題后，雖然學生有著自己的想法，但是需要將其想法進行整理分類，在思想整理過程中，可參考使用項目設計表（如表1）：

三、結束語

思維能力提升一直是教育教學工作追求的主題，也是一大難題。筆者在基于As-block和Arduino的小學創客教育思維能力培養教學實踐嘗試中，取得了一些進展，但是思維能力教學之路還需要不斷改進、思考、和實踐，在努力中成長。

注釋：

①深化科技體制改革 增強科技創新活力 真正把創新驅動發展戰略落到實處[N].人民日報，2013-07-18：1

②北京師范大學崔光佐教授《思維能力的教學理論與實踐》

③楊繼志，楊宇環.基于Arduino的網絡互動產品創新設計，2011.11.24

參考文獻：

[1]崔光佐.思維能力的教學理論與實踐[M].高等教育出版社，2014.

[2]趙海燕.思維教學[M].中國輕工業出版社，2001.

[3]來華英.學科核心素養的校本化初探2016年第6期教育與教學

[4]孔凡哲.從結果評價走向核心素養評價究竟難在何處？教育測量與評價2016年05期

[5]楊繼志，楊宇環.基于Arduino的網絡互動產品創新設計，2011.11.24endprint