計(jì)算思維視域下的創(chuàng)客教學(xué)實(shí)踐

喻帥英

【摘 要】計(jì)算思維是運(yùn)用計(jì)算科學(xué)的思想方法進(jìn)行問題解決時(shí)產(chǎn)生的思維活動(dòng)，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和實(shí)踐能力有重要作用。筆者嘗試在計(jì)算思維的視域下，運(yùn)用Mixly和MixGo的組合進(jìn)行創(chuàng)新教育的實(shí)踐。

【關(guān)鍵詞】計(jì)算思維;Mixly;創(chuàng)新教育

【中圖分類號(hào)】G434? 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A

【論文編號(hào)】1671-7384（2019）06-071-03

未來教育對(duì)學(xué)生的培養(yǎng)目標(biāo)將從掌握淺層的知識(shí)和技能，轉(zhuǎn)到更深層次的培養(yǎng)核心素養(yǎng)和終身學(xué)習(xí)能力上。如何去實(shí)踐這些課程的教學(xué)，是擺在教師面前的一個(gè)問題。卡內(nèi)基·梅隆大學(xué)的周以真教授在2006年提出了計(jì)算思維的概念，認(rèn)為計(jì)算思維是個(gè)體運(yùn)用計(jì)算科學(xué)的思想方法進(jìn)行問題解決時(shí)產(chǎn)生的思維活動(dòng)，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和實(shí)踐能力有重要作用。

以北京師范大學(xué)傅騫教授為代表的國(guó)內(nèi)多位學(xué)者在創(chuàng)新教育和創(chuàng)客活動(dòng)領(lǐng)域耕耘多年，Mixly是他們的成果之一。Mixly是一款面向創(chuàng)意電子開發(fā)的免費(fèi)開源圖形化編程工具，它不僅僅是一個(gè)編程工具，更是一個(gè)分享平臺(tái)，創(chuàng)客們可通過分享作品獲得進(jìn)步和提高。MixGo是一塊主控制器為ESP32的集成電路板，在這塊板子上集成了多種傳感器，可以快速地實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品原型的制作。Mixly和MixGo的結(jié)合極大地方便了中小學(xué)創(chuàng)意電子課程的開設(shè)，這也是我們采用Mixly和MixGo去實(shí)踐創(chuàng)新教育的重要原因。

智能機(jī)器人設(shè)計(jì)制作、3D打印技術(shù)應(yīng)用、Scratch與機(jī)器人融合被稱為創(chuàng)客教育“三劍客”。不難看出，智能電子技術(shù)、增材制造和積木編程這三種方案是創(chuàng)新教育實(shí)踐的主流。Mixly的積木式編程平臺(tái)與創(chuàng)意電子的結(jié)合，是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力的眾多方案中的優(yōu)秀代表。它采用的積木式編程符合青少年的審美與興趣，一方面滿足學(xué)生好奇心強(qiáng)、喜歡動(dòng)手的需求，把學(xué)生從只知道讀書和沉溺于游戲與娛樂的兩種極端中解救出來;另一方面，Mixly的可擴(kuò)展性非常強(qiáng)，常用的開源硬件都可以支持，為學(xué)習(xí)者向更高層次發(fā)展提供了便利。本文采用計(jì)算思維的理論知識(shí)，結(jié)合Mixly創(chuàng)客教育平臺(tái)，探討如何開展培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維與能力的教學(xué)實(shí)踐。

創(chuàng)客活動(dòng)課“眼疾手快”案例

1.教學(xué)內(nèi)容

筆者在小學(xué)五年級(jí)開展Mixly創(chuàng)客活動(dòng)，在前面的幾節(jié)課中，學(xué)生已經(jīng)初步掌握了重復(fù)語句、隨機(jī)數(shù)、系統(tǒng)延時(shí)等基本命令和操作。本節(jié)課中，學(xué)生首先學(xué)習(xí)LED燈的使用，然后在教師創(chuàng)設(shè)的情景下，綜合運(yùn)用之前所學(xué)的知識(shí)，實(shí)現(xiàn)反應(yīng)測(cè)試器的功能。具體過程包括需求設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)功能、操作使用、拓展改進(jìn)等，這個(gè)過程體現(xiàn)了培養(yǎng)計(jì)算思維能力對(duì)學(xué)生創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力的發(fā)展有著重要作用。

2.學(xué)情分析

小學(xué)生對(duì)創(chuàng)客活動(dòng)有濃厚的興趣，但缺乏對(duì)作品整體的邏輯設(shè)計(jì)，教師需要在教學(xué)過程中進(jìn)行輔助。本課以前幾節(jié)課學(xué)生熟悉的流程圖入手，著重梳理程序的邏輯，待學(xué)生明白基本邏輯后再開始做。以任務(wù)驅(qū)動(dòng)法為主，個(gè)人操作和小組合作相結(jié)合，難度有淺有深，讓每位學(xué)生都能收獲成就感。

3.教學(xué)目標(biāo)

了解MixGo板子中LED燈的基本特征，并使用Mixly編寫程序，成功點(diǎn)亮LED燈;綜合運(yùn)用多種命令與方法，實(shí)現(xiàn)反應(yīng)測(cè)試器的功能;在編寫程序的過程中，感受創(chuàng)客的分享與合作精神;能對(duì)作品進(jìn)行評(píng)價(jià)，發(fā)現(xiàn)存在的不足之處，并有意愿對(duì)缺點(diǎn)進(jìn)行改進(jìn)。

4.教學(xué)過程

（1）課程導(dǎo)入。小學(xué)生對(duì)短視頻的興趣非常大，因此筆者對(duì)一檔知識(shí)搶答類型的綜藝節(jié)目進(jìn)行裁剪和編輯，并讓學(xué)生進(jìn)行討論：想要在這樣的游戲里取勝，除了需要非常豐富的知識(shí)之外，還需要什么能力？就此引入本課的教學(xué)。那你們的反應(yīng)快不快？如何知道自己的反應(yīng)時(shí)間是多長(zhǎng)？我們今天就要來比比看，同學(xué)們誰的反應(yīng)更快。

（2）提出需求，設(shè)計(jì)程序。在提出任務(wù)之后，就和學(xué)生一起分析任務(wù)的邏輯，讓學(xué)生暢所欲言，把學(xué)生的問題都挖出來，一起討論，也有利于培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維。

PPT：讓板子發(fā)出信號(hào)，然后人做出反應(yīng)，系統(tǒng)計(jì)算并顯示兩者的間隔時(shí)間。

生1：什么是信號(hào)呢？

師：在節(jié)目當(dāng)中，主持人念的題目就是一種信號(hào)，選手在聽到信號(hào)之后搶答，搶答就是一種反應(yīng)。最后如果出現(xiàn)兩個(gè)人都答對(duì)的情況，那就要比較誰答得快，也就是誰用的時(shí)間比較短。不同的是，我們這里把反應(yīng)時(shí)間顯示出來。你們認(rèn)為，在MixGo的板子上面，什么可以用來做信號(hào)呢？

生（集體）：震動(dòng)、聲音、燈光…….

師：你們的想法都很好，真是一群愛動(dòng)腦筋的孩子。

生2：我們感覺到了信號(hào)，要怎樣做出反應(yīng)，才能讓板子知道呢？

師：是啊，這是個(gè)問題，怎么辦呢，同學(xué)們有沒有好的建議呢？

（3）知識(shí)新授。LED燈是今天的新授部分，學(xué)生也都能想到用LED燈作為反應(yīng)測(cè)試器的信號(hào)。在新授的過程中，配合著微課進(jìn)行講解，主要包括亮燈與操作間的前后邏輯、滅燈的必要性等。與此同時(shí)，完成一個(gè)初級(jí)的任務(wù)，用按鈕點(diǎn)亮LED燈。

（4）梳理任務(wù)流程圖。流程圖是編程常用的思維工具，有利于培養(yǎng)學(xué)生在清晰的邏輯下解決問題，這也是計(jì)算思維在培養(yǎng)創(chuàng)新能力方面的重要體現(xiàn)。

任務(wù)流程圖

在講解的過程中，不是把流程圖全部展示出來，而是利用希沃白板的蒙層與橡皮擦功能，一步一步地展示出來，不斷地提問和啟發(fā)學(xué)生，直到最后師生一起完成整個(gè)流程圖。

（5）大展身手。在梳理完流程圖后，學(xué)生著手編寫程序。教師在小組間巡回指導(dǎo)，能力較強(qiáng)的幾個(gè)小組完成比較快，可以讓他們分頭去指導(dǎo)其他小組。

（6）測(cè)試程序。學(xué)生完成程序的編寫之后，從桌子里拿出反應(yīng)測(cè)試任務(wù)單，按要求進(jìn)行填寫和記錄。一方面，試驗(yàn)自己制作的反應(yīng)測(cè)試器;另一方面，也測(cè)試自己的反應(yīng)時(shí)間。

（7）課程小結(jié)。經(jīng)歷了編寫程序、測(cè)試使用，這節(jié)課也接近尾聲。師生一起交流這節(jié)課的收獲與感想。有較多的學(xué)生提到，個(gè)別同學(xué)的反應(yīng)時(shí)間特別小，只有幾毫秒。分析其原因，有的同學(xué)不停地在按按鈕，即使燈沒有亮起來也在按，甚至是一直按著不放，這樣就會(huì)出現(xiàn)結(jié)果不準(zhǔn)確的問題。并且有的同學(xué)在測(cè)試的過程中，只要盯住那個(gè)燈，等它亮起來就馬上按下按鈕，這和實(shí)際條件下的反應(yīng)力情況是不同的。

教師最后總結(jié)：今天做的反應(yīng)測(cè)試器是比較簡(jiǎn)單的，還有很多可以完善的地方。你們覺得可以怎樣進(jìn)行完善呢？

生3：可以把另外一個(gè)LED燈也用上，兩個(gè)燈隨機(jī)亮起來，讓測(cè)試者不知道哪個(gè)燈會(huì)亮起來，這樣就能解決問題了。

師：非常棒，這位同學(xué)的建議非常好。那請(qǐng)同學(xué)們課后思考一下，如何讓兩個(gè)燈隨機(jī)亮起，實(shí)現(xiàn)反應(yīng)測(cè)試的功能。

總? 結(jié)

本課采用啟發(fā)式和任務(wù)驅(qū)動(dòng)的教學(xué)法，在完成任務(wù)的過程中逐漸地培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)與能力。活動(dòng)有制作、有分享，對(duì)學(xué)生的創(chuàng)新思維和分享精神是一個(gè)很好的培養(yǎng)。同時(shí)，學(xué)生能評(píng)價(jià)作品的優(yōu)缺點(diǎn)，并有意愿對(duì)缺點(diǎn)進(jìn)行改進(jìn)，培養(yǎng)了學(xué)生評(píng)判辨析的精神。創(chuàng)新教育的主要目標(biāo)并不在于讓學(xué)生掌握什么知識(shí)，而在于學(xué)生為了解決一件事情而努力探索，這也正是我們要保護(hù)和培養(yǎng)的。

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