數(shù)字技術(shù)賦能拔尖創(chuàng)新人才早期培養(yǎng)模式革新

數(shù)字技術(shù)有助于教師更新教育理念，豐富教學(xué)手段。創(chuàng)客課程是培養(yǎng)創(chuàng)新精神的重要實踐載體，本文以“智能寵物管家”創(chuàng)客課程教學(xué)為例，探討數(shù)字技術(shù)賦能拔尖創(chuàng)新人才早期培養(yǎng)模式革新的具體措施。

一、項目驅(qū)動，構(gòu)建實踐導(dǎo)向?qū)W習路徑

課程伊始，教師將制作智能寵物管家的項目拆解為多個相對獨立又緊密關(guān)聯(lián)的子項目，具體包括硬件選型與搭建、軟件編程實現(xiàn)功能、系統(tǒng)集成與測試等。

實施硬件選型與搭建子項目時，學(xué)生要先深入分析智能寵物管家應(yīng)具備的各項功能，進而精準選擇適配的硬件設(shè)備。例如，為了檢測智能設(shè)備對寵物靠近的靈敏度，學(xué)生經(jīng)過對比研究選用了性能穩(wěn)定的紅外傳感器；在監(jiān)測喂食量時，高精度的重量傳感器成為他們的首選。在實際搭建過程中，學(xué)生需要仔細研讀硬件設(shè)備說明書，了解其電氣特性、接口類型與工作原理。他們仔細地連接各個傳感器與微控制器（如Arduino開發(fā)板），通過排線、杜邦線等構(gòu)建起硬件電路框架。在這個過程中，學(xué)生常常遇到接口不匹配、電路短路等問題，但正是在排查故障、解決問題的過程中，他們對硬件原理的理解逐漸從抽象知識轉(zhuǎn)化為實踐認知。

實施軟件編程子項目時，學(xué)生依據(jù)寵物管家的功能邏輯，運用Python或Scratch等編程語言編寫控制程序。選用Python語言的學(xué)生需要掌握基本的語法結(jié)構(gòu)，學(xué)會調(diào)用傳感器數(shù)據(jù)采集的庫函數(shù)，以及運用條件判斷、循環(huán)等語句實現(xiàn)智能控制的方式方法。比如，當紅外傳感器檢測到寵物靠近喂食器時，程序要能迅速做出響應(yīng)，控制電機驅(qū)動喂食器投放適量食物，并通過重量傳感器實時監(jiān)測喂食量。一旦發(fā)現(xiàn)喂食量異常，系統(tǒng)應(yīng)立即觸發(fā)預(yù)警機制，向主人發(fā)送提醒信息。在編程過程中，學(xué)生頻繁遭遇代碼報錯、邏輯錯誤等困境。他們通過查閱資料、參考示例代碼、請教老師和其他同學(xué)等方式，逐步調(diào)試代碼，完善程序功能。這個過程鍛煉了學(xué)生的邏輯思維能力與問題解決能力。

實施系統(tǒng)集成與測試子項目時，學(xué)生整合之前完成的硬件部分與軟件部分，進行全面的功能測試。他們模擬各種實際使用場景，如不同時間段寵物的進食需求，不同環(huán)境、溫度、濕度下的設(shè)備運行狀況等，嚴格測試智能寵物管家功能實現(xiàn)情況。在測試過程中，學(xué)生一旦發(fā)現(xiàn)問題，如設(shè)備響應(yīng)延遲、數(shù)據(jù)采集不準確等，就要綜合運用硬件與軟件知識，深入排查問題根源，針對性地優(yōu)化與改進。

通過這一完整且連貫的項目實踐過程，學(xué)生不僅熟練掌握了數(shù)字技術(shù)在硬件與軟件層面的應(yīng)用，還在解決一系列實際問題的過程中發(fā)展了創(chuàng)新思維，提升了實踐操作能力。

二、數(shù)字平臺，實現(xiàn)線上線下混合教學(xué)

數(shù)字技術(shù)的蓬勃發(fā)展為線上線下混合教學(xué)模式的實施提供有力支撐，這種模式在“智能寵物管家”課程教學(xué)中發(fā)揮顯著優(yōu)勢。

在線上教學(xué)板塊，教師充分利用功能強大的學(xué)習管理平臺，如慕課、學(xué)堂在線等，上傳精心準備的多元化教學(xué)資源。其中，編程基礎(chǔ)教學(xué)視頻由淺入深地講解Python或Scratch編程語言的基本語法、數(shù)據(jù)類型、控制結(jié)構(gòu)等基本知識，以生動形象的動畫演示、案例分析，幫助學(xué)生輕松進人編程學(xué)習領(lǐng)域；傳感器原理講解文檔詳細剖析各類傳感器的工作原理、技術(shù)參數(shù)、應(yīng)用場景等，為學(xué)生選擇與搭建硬件提供理論支撐；優(yōu)秀案例分析依托國內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域的前沿案例，展示智能設(shè)備的創(chuàng)新設(shè)計思路與實現(xiàn)方法，有利于拓寬學(xué)生的視野，激發(fā)他們的創(chuàng)新靈感。

學(xué)生可以依據(jù)自身的學(xué)習進度與知識掌握程度，靈活自主地安排學(xué)習時間與內(nèi)容。對于難以理解的編程知識點，他們可以反復(fù)觀看教學(xué)視頻，深入思考關(guān)鍵算法的原理；對于傳感器原理的疑問，他們可以隨時查閱講解文檔，從中尋求答案。這種自主學(xué)習模式打破了傳統(tǒng)課堂時間與空間的限制，讓學(xué)生能夠按照自己的節(jié)奏學(xué)習，充分滿足了他們的個性化學(xué)習需求。

線下課堂教學(xué)活動聚焦于實踐操作與小組討論，教師現(xiàn)場指導(dǎo)學(xué)生組裝硬件，手把手地教他們正確連接傳感器與微控制器及檢查電路連接正確性的方式方法，確保硬件設(shè)備能夠正常工作。在程序調(diào)試階段，教師密切關(guān)注學(xué)生的操作過程，及時發(fā)現(xiàn)并解決他們在代碼編寫、上傳、運行過程中遇到的問題。例如，當學(xué)生遇到程序無法正常讀取傳感器數(shù)據(jù)的問題時，教師引導(dǎo)他們逐步排查代碼邏輯、硬件連接以及傳感器配置等方面的問題，幫助他們掌握調(diào)試技巧。

小組討論環(huán)節(jié)是思維碰撞的主戰(zhàn)場。學(xué)生圍坐在一起，分享在線上學(xué)習過程中遇到的疑問，交流實踐操作的新思路與新發(fā)現(xiàn)。有的學(xué)生提出通過優(yōu)化程序算法，提高設(shè)備的響應(yīng)速度；有的學(xué)生建議改進硬件布局，增強設(shè)備的穩(wěn)定性。在激烈的討論中，學(xué)生相互啟發(fā)、相互學(xué)習，不斷完善設(shè)計方案。

課后，學(xué)生通過線上平臺提交作業(yè)，作業(yè)內(nèi)容涵蓋硬件設(shè)計圖紙、程序代碼、測試報告等。教師利用平臺自帶的數(shù)據(jù)分析功能，全面細致地分析學(xué)生的作業(yè)。通過分析學(xué)生代碼編寫的規(guī)范性、錯誤類型與頻率，以及對知識要點的掌握情況，教師可以精準掌握每名學(xué)生的學(xué)習狀況，了解學(xué)生的學(xué)習難點與薄弱環(huán)節(jié)。基于這些數(shù)據(jù)，教師針對性地調(diào)整教學(xué)策略：對于普遍存在的問題，在課堂上集中講解；對于個別學(xué)生的個性化問題，通過線上溝通或線下輔導(dǎo)的方式給予幫助。

三、數(shù)據(jù)分析，推動教學(xué)個性化與精準化

在“智能寵物管家\"課程教學(xué)全過程中，數(shù)字技術(shù)所具備的強大數(shù)據(jù)分析功能發(fā)揮著關(guān)鍵作用。

教師借助編程軟件自帶的代碼分析工具，如PyCharm中的代碼檢查功能、Scratch的腳本調(diào)試工具等，以及學(xué)習平臺的后臺數(shù)據(jù)統(tǒng)計功能，全面收集學(xué)生學(xué)習過程中的多維度數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)包括學(xué)生代碼編寫錯誤類型，如語法錯誤、邏輯錯誤、變量命名錯誤等；學(xué)生學(xué)習時長，如學(xué)生在不同學(xué)習內(nèi)容、不同學(xué)習環(huán)節(jié)上所花費的時間；學(xué)生作業(yè)完成情況，如作業(yè)提交的及時性、準確性、創(chuàng)新性；等等。

通過深度挖掘與科學(xué)分析這些數(shù)據(jù)，教師能精準洞察學(xué)生的學(xué)習難點。例如，當數(shù)據(jù)分析結(jié)果顯示多數(shù)學(xué)生對基于機器學(xué)習的寵物健康狀況預(yù)測算法的理解存在問題時，教師立即調(diào)整教學(xué)計劃。一方面，教師增加針對性的理論講解，通過引入實際案例、簡化算法步驟、運用可視化工具等方式，幫助學(xué)生更好地理解算法原理；另一方面，教師安排更多的實踐練習，讓學(xué)生在實際編程操作中加深對算法的掌握，通過不斷調(diào)試代碼、優(yōu)化算法，提高應(yīng)用能力。

教師依據(jù)數(shù)據(jù)分析結(jié)果，精準識別出學(xué)習進度較快、基礎(chǔ)知識掌握扎實的學(xué)生，并為他們提供拓展性學(xué)習資源。比如，推薦他們閱讀前沿的學(xué)術(shù)論文，了解智能寵物管家領(lǐng)域的最新研究成果；引導(dǎo)他們參與開源項目，與國內(nèi)外的開發(fā)者交流合作；鼓勵他們嘗試運用更高級的技術(shù)，如深度學(xué)習框架，對智能寵物管家進行功能創(chuàng)新，實現(xiàn)更精準的寵物行為分析、健康診斷等。

（作者單位：鄂州市梁子湖區(qū)宅俊中學(xué)）

（本文系湖北省教育科學(xué)規(guī)劃2023年度一般課題“運用幾何畫板構(gòu)建初中數(shù)學(xué)動態(tài)智慧課堂研究”的階段性研究成果。課題編號：2023JB469）