基于PicoBoard的 Scratch創客校本課程設計與實踐

劉海武

當前社會對創新型人才需求達到了一個新的高度。那么，如何在教學中培養創新型人才成為眾多教育工作者亟待思考的一個問題。當前，創客教育悄然地進入了中小學課堂，創客課程設計顯得尤為重要。基于以上背景，筆者開展了基于PicoBoard的Scratch校本課程的設計與教學實踐，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，發展到2.0再到3.0，目前還融入了PicoBoard的物聯網技術，加之軟件的趣味性、互動性、簡易性和可視化等特點，更適用于小學階段開展創客教學活動。PicoBoard即傳感器板，是基于物聯網技術開發的一款專門為教育工作者或初學者設計的交互板。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個額外的模擬信號輸入端口和2個信號輸出端口。PicoBoard與Scratch利用物聯網技術相連，可以滿足基本的創客需求。目前，我國很多地區已經把Scratch作為小學生學習編程語言的必修課程，為此，有許多學校和教師還編寫了Scratch校本課程。但基于PicoBoard的Scratch創客研究并不多，加之創客指導教師基本為計算機或物理教師兼任，總體上講，師資和設備參差不齊，課時和實踐安排不足。雖然基于PicoBoard的Scratch創客教育在國內還處于探索階段，也未形成一定的課程標準，但隨著新技術的不斷完善和普及，基于PicoBoard的Scratch創客課程教學一定會走進課堂。

小學Scratch創客教育課程開發實施方案設計

1.設計原則

開發小學Scratch創客教育課程涉及到Scratch軟件和PicoBoard硬件的運用，要求以學生生活中的項目學習理論為指導，以創新能力培養為目標，將知識與技能進行重構，在教學中設置規定式和開放式目標。規定式目標是在案例分析和模仿制作的基礎上，培養學生的相關知識與技能，通過傳感器感知身邊的世界，要求參與者能積極主動地開展項目探究和制作，完成規定的案例作品。開放式目標可分為兩個層面，一是在原有案例的基礎上引導學生充分發揮個人想象擴展和完善程序功能；二是將所學知識與技能聯系生活，完成生活中相關類似案例，并在此基礎上進行功能創新與改進。例如，學習者在完成聲、光控燈制作后，可聯系生活實際，研究“廣場舞”警示燈，只有在光線低于某個值且聲音低于某個值的強度時才播放廣場舞音樂，可以很好地解決廣場舞愛好者和居民生活之間的矛盾。通過目標實現能進一步促進學生動手操作能力的培養，提升其認知能力的發展，提高其設計思維和創新能力。

2.教學設計模型

小學Scratch創客教育校本課程，應以培養學生創新意識和能力為目標，根據設計的案例和學習階段的不同，選擇不同的教學方法，如下頁圖1所示。如在講解PicoBoard傳感器板時，可以帶領學生先分析生活中能感知的現象，如聲音、光線、溫度、濕度等，并引導學生分組完成相關資料的查找和學習，之后再進行相關聲、光、馬達、按鈕等方面的測試和講解。

小學Scratch創客教育課程開發的設計與實現

小學Scratch創客校本課程教學內容與課時安排可參考上表。現以《智能燈》一課為例，對課堂教學中的教學設計與教學過程所涉及的各個方面進行闡述。

一是確定探究主題。智能燈是模仿生活中的樓道聲控燈原理而設計的。當燈光強度在某個設定值范圍內且聲音值超過某個值時燈就會變亮，一定的時間后燈滅，相反燈就一直不亮。教學時，筆者在教師機器上先打開事先做好的聲、光控燈程序，并全班進行廣播，之后筆者用手捂住傳感器板（燈沒有亮），過了幾秒后大吼一聲，這時，外接傳感器板的LED燈就變亮了。在整個展示過程中，筆者提醒學生注意觀察筆者的行為和周圍設備的變化，引導學生產生質疑，從而進入課堂探究主題——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。學生通過流程圖設計能很快掌握程序的設計步驟和方法，通過流程圖設計也能找到程序設計的重點和難點所在。筆者在學生完成對智能燈的觀察和分析之后，讓學生開展小組討論，并要求各組小組長繪制智能燈算法流程圖。之后邀請小組長對本組設計的流程圖進行說明，其他學生進行修改和補充。學生在開始繪制流程圖時會感覺到很困難，這時筆者先是組織學生學習了流程圖中框的作用和意義，在每次流程圖設計之前先讓學生用自然語言進行表達，然后再帶領學生一起用圖形來繪制。幾節課下來，學生自然就掌握了，同一個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。

三是確定設計問題。筆者組織學生先連接PicoBoard傳感器板，并測試板中傳感器的值是否正常。然后，筆者引導學生說出智能照明程序設計的難點。本程序設計的主要難點為兩個，一是如何將傳感器板的模擬值變為Scratch的變量值，二是如何用邏輯表達式來表示當且僅當的條件。為了更好地引導學生開展自主探究，筆者在教學PowerPoint課件中展示了傳感模塊和特效模塊，如上頁圖3所示。

四是自主探究與實踐。自主探究是學生在觀看完案例程序并進行相應的功能分析后展開的探究性學習，學生可根據自己的知識與經驗和演示文稿的提示獨立完成相關任務。學生在搭建程序時，基本都能建立變量，并將聲和光的模擬信號轉化為數字信號，但在運用判斷條件表達時，有部分學生出了些問題，如有的學生只判斷了光線強度，有的學生只判斷了聲音強度，還有的學生用“或”條件來判斷，這導致程序顯示的結果完全不一樣。為引導學生少走彎路，見識效果，筆者對“或”條件判斷進行了班級展示，如上頁圖4所示，引導學生了解“或”和“且”邏輯符號的作用和意義。

五是交流探究與功能擴展。各小組需討論、研究，并從生活實際出發，探討智能燈亮和滅的極限條件和時間，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建議和意見。在小組討論完之后，學生都積極回答，有的學生說需要給程序添加一個初始化條件，即程序開始時燈是滅的；有的學生說燈亮后還要設置一個變量來控制燈亮時間，如5秒或10秒，這樣可以節約電費；還有的學生說可以加入攝像頭來判斷是否有人走動，避免外界聲音導致的燈亮。欣慰的是這些學生的設想在Scratch程序中都一一實現了。

六是點評與作品上傳。在學生完成作品創作之后，筆者邀請小組代表對本組作品進行展示和講解，在講解時應說出創意之處和不足之處，并組織其他學生進行完善和改進。在完成學生作品講解和交流之后，筆者對作品進行評價，并積極鼓勵學生用所學內容展示完成生活中類似的現象，最后組織學生登入E加平臺提交作品。

七是學生課后評價。E加平臺是蘇州工業園區本土開發的網絡教學平臺，學生登入后，可提交自己的作品，教師和學生均可查看其他學生的作品，平臺也提供了學生作品的在線觀看和星級評價，如上頁圖5所示，還能為作品的更改留言。

課程實施感悟與收獲

在開展PicoBoard的Scratch創客教育過程中，教師是課堂教學的引導者，教師要熟練掌握PicoBoard的運用，把握學生在模仿制作中的難點問題，激發學生更多的創意。筆者也發現，“只要給學生時間和空間，他們總會給我們驚喜”。在主題學習中，從認識創客板，到確定創客主題，再到繪制流程圖，最后到程序的實現與創新，整個模擬設計與創新作品的過程，學生都能實實在在地感受到創客教育帶來的智慧碰撞，學生在完成一個個小主題小任務后欲望高漲，興趣盎然，作品創意也層出不窮，學生課后評價及再創造源動力強勁。這樣的課堂是真正將學生放置于課中央，這也正是創客教育思想所希望達到的目的。

小學Scratch教育雖然已經推廣了好幾年，也有部分地區將Scratch納入了小學信息技術的必修課程。但基于PicoBoard的Scratch創客教育還處于起步階段，創客課程還需得到進一步的開發和完善。教育工作者在創客教學實踐中應更好地落實創客教育思想，并貫穿整個Scratch教學過程，引導學生通過構思、設計、反復改進等過程來創作出具有時代個性的基于PicoBoard的Scratch創客作品，從而進一步提升學生的創新意識和能力。