智能硬件促進課堂教學模式創新

肖玲 夏小剛 鄭長宏

【摘 要】時代的進步推動著創客教育的發展，創客教育重點在于將想法進行“實踐創造”，信息技術學科則是實現創客教育最重要的載體之一，信息技術具有很強的時代性和實踐性。2016年起，我們學校教研組迎勢而動，整合了現行初中信息技術教程內容，開展了以信息技術學科為主要內容的創客教育。本文以“制作緊急呼救儀”教學為例，闡述“智能硬件”促進課堂教學模式創新的路徑。

【關鍵詞】創客教育;智能硬件;Micro：bit;項目式學習;教學模式

【中圖分類號】G434 【文獻標識碼】A

【論文編號】1671-7384（2021）05-058-04

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

案例簡述

學生利用學習卡記錄好生活中的奇思妙想，通過課前微視頻提前學習新課知識，回到課堂時，討論并統一制作主題，小組合作，共同努力將“金點子”物化。本課以智能硬件為基礎，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，并反復調試、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，最后將作品設計稿上傳至班級學習圈，開展分享與評價。課堂氛圍輕松愉悅，學習效果也更為有效。智能硬件的使用，擺脫了單一編程的枯燥乏味，學生編寫的程序在硬件上的展現立竿見影，大大提升了學生的學習興趣、體驗感和效能感。

案例設計

項目名稱：制作緊急呼救儀。

項目分析：本節課的內容選自我校創客教育系列校本教材中的“智能硬件”課程。我校的“智能硬件”校本課程以學生為主體，將課程進行了系統的規劃，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習，最終學生能夠完成一個完整的項目作品，以此來達到讓學生學習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，同學們已經認識了Micro：bit，并熟悉了Makecode編程軟件。本節課以學生完成、分享項目作品為主，讓學生在過程中創造生成，為綜合項目的學習奠定基礎。

學情分析：學生已初步認識了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，能夠將編好的程序下載至Micro：bit主板;學習了無線發射與接收技術應用方法，掌握了分配通道、發送數據的編程方法，并且通過微視頻學習了簡易緊急呼救儀的制作。

學習目標：（1）知識與技能。學會使用無線通信技術制作的產品并應用到實際生活情景。分層目標：a.會使用無線發送、接收數據指令，實現Micro：bit開發板的無線發射與接收，能夠制作緊急呼救儀;b.在a的基礎上不斷優化功能，更新換代緊急呼救儀;c.在b基礎上實現創意想法及應用。（2）過程與方法。用Micro：bit智能硬件制作“緊急呼救儀”;制作學習卡、測試記錄表;開展小組合作、團隊協作。（3）情感、態度與價值觀：用科技影響思維，用工程的系統思維方式解決現實問題，體會參與的社會責任感與價值感。

項目學習重點：熟悉無線發射與接收技術，制作簡易緊急呼救儀。

項目學習難點：處理藍牙配對問題，制作復雜的緊急呼救儀。

教學方法：講授法、自主探究法、合作學習法、項目式學習法。

教學實施

具體教學實施流程如圖1。

圖1 ?教學實施流程

1.情境引入—— 提問與討論

本環節通過“蠟筆小新一鍵呼叫”的故事視頻引入，激發學生的學習興趣，引導學生發現生活中的一鍵呼叫服務，再提出問題：“能否為老人和小孩制作一個法寶，當他們遇到危險時，搖一搖、按一按此法寶，就會有英雄出現幫助他們？”讓學生積極參與頭腦風暴，從呼喚英雄任務中分析本節課要達成的目標。總結討論的答案，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？教師及時組織學生積極討論，引導學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。給學生發布制作緊急呼救儀任務，再討論呼救儀的程序設計思路。通過視頻故事情景加以想象，讓學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—— 學習與思考

第一步，開展微課教學，使學生掌握技術使用方法。學生們開展小組思考、討論，提煉出“無線發射”“無線接收”兩個關鍵詞，對無線技術有初步的概念。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。兩塊主板想要實現無線通信，首先需要建立連接：分配通道，設置為同一通信組（參數可設置為0-255）;接著發送、接收數據即可。

第二步，強調發送和接收數據是調用相應的圖形化發送和接收模塊。發送數據模塊有“無線發送數字”“無線發送值”“無線發送字符串”，對應的接收模塊為“在無線接收到數據時運行數字、值或字符串”。學生通過微視頻學習無線通信核心技術及方法，對于理解能力較弱的學生，可以通過重復觀看視頻進行學習，對于理解能力較強的學生，可以加速或跳躍觀看視頻進行學習。同步操作實踐，強化記憶。

3.操作實踐—— 創作與測試

學生根據小組設計方案結合現有套件組建緊急呼救儀，邊思考邊實踐，設計程序，提交作品，檢測效果，完善作品。

本環節操作時間較長，而學生水平層次不一樣，完成進度不一樣，按傳統課堂教學，教師無法照顧到每一位學生。因此，將學生按特長分組學習，每組4人，每個人選擇自己擅長的職業角色（如程序設計師、硬件搭建師、文稿設計師、情景劇主編等），教師負責整體進程的把控，適時引導，學生小組分工、合作，反復試錯，發現新問題，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，共同向同一個目標出發，每位同學的創新意識和創作能力都得到了進一步的拓展和提升。

組織學生從創新思維、藝術設計、邏輯分析和編程技術四個維度評價作品。各小組相互評價，提出改進意見。只有不斷地思維碰撞，才能進一步拓展學生的思維，激發學生的靈感，培養學生的創客思維。最后將作品發布至全景課堂的朋友圈，學生可以在線自評、互評以及點贊，平臺會及時將評價統計和分析數據推送給師生。

5.拓展任務—— 優化與提升

從產品的功能設計上去加強完善，繼續改進，引發興趣點，形成后續研究。按下A鍵，就發送求助信號，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送板和接收板，即可實現雙方交互通信。那如果……學生不斷質疑、提問，甚至將作品包裝美化，不要滿足于給定的基礎任務，要善于去發現更多的問題，能自主提出來并解決，培養個人的創新思維和問題解決能力。

教學反思

1.軟硬件相結合，助力學生創新思維培養

智能硬件可操作性與擴展性強，將智能硬件融入教學將極大擴寬課程設計的思路，改善普通課程疏于培養學生動手能力的短板。學生的編程作品可以更加直觀地通過硬件展現，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，并不適合全體學生，因此大多數學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，是大輪子轉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.運用多樣化教學方式，切實提高課堂教學質量

注重以啟發式、互動式、探究式教學手段為主，探索基于學科的課程綜合化教學，開展研究型、項目化、合作式學習。教師應當加強與學生之間的互動交流，結合學生的個性化需求進行引導和幫助，滿足學生的多元化發展。學生有了多元化的學習機會，也能夠在知識探索過程中發現自身學習中的優勢與不足之處。強化實踐性作業、探索彈性作業和跨學科作業，不斷提高作業設計質量，及時、有效地反饋課堂教學效果。

3.合理設置創客課題，滿足學生多元需求

好的創客課程應該是多個學科的知識融合。一個課題越復雜，涉及的面越廣，需要融合的學科越多，學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科。比如“緊急呼救儀”這個課題就需要融合美術、勞動技術、語文等課程。課題與課題間有包容漸進的關系，學生能調用自己的知識儲備和各自擅長的領域來解決這些課程項目。如何為學生的課程項目量體裁衣？教師要根據學生當前的認知水平及學習差異，有針對性地選擇并設計創客課題，將學生的日常生活與創客課題緊密貼合，激發學生的學習積極性。鼓勵學生參與到課題創設之中，確保課題選擇滿足學生的多元化學習需求，進一步提高創客教育的針對性。

4.豐富課程資源，強調互動合作

創客課程設計者能給予的資源越充足，學生在不斷探索資源使用的過程中迸發的創新火花就更多，促使學生不斷優化項目的動機就更強烈。筆者所在的學校有著豐富的資源，為學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模式的創新，大大提升了課堂教學效果。項目式學習就意味著分組互動合作，一個學生的知識儲備是有限的，他們擅長的領域也各不相同，為了完成這個課題，他們需要學習如何合作，如何溝通，如何發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，注重學生深度參與

加強實踐教學，在實踐過程中不斷改進、完善課程方案。創客教育提倡學生深度參與，這就決定了創客課程需要安排合理充裕的時間。每個班一周一節的信息技術課，學生是無法做到深度參與的，創新更無從談起。正如筆者所觀察到的，學生在完成上面的“Micro：bit Show”綜合項目時，他們從觀察生活中的實際問題、文案構思撰寫、到作品的設計與制作、程序的編寫與調試、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，讓學生在這個復雜的過程中學會研究問題，學會自我學習、協作學習。

綜上所述，在初中信息技術課堂教學過程中，創客教育能夠滿足學生多元化發展，激發學生的創新思想，開闊學生的眼見，可為學生提供人人學習、人人創新的良好機會和平臺[2] 。

參考文獻

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

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

作者單位：四川成都市第七中學初中學校