智能硬件促进课堂教学模式创新

肖玲 夏小刚 郑长宏

【摘 要】时代的进步推动着创客教育的发展，创客教育重点在于将想法进行“实践创造”，信息技术学科则是实现创客教育最重要的载体之一，信息技术具有很强的时代性和实践性。2016年起，我们学校教研组迎势而动，整合了现行初中信息技术教程内容，开展了以信息技术学科为主要内容的创客教育。本文以“制作紧急呼救仪”教学为例，阐述“智能硬件”促进课堂教学模式创新的路径。

【关键词】创客教育;智能硬件;Micro：bit;项目式学习;教学模式

【中图分类号】G434 【文献标识码】A

【論文编号】1671-7384（2021）05-058-04

为适应新时代对人才信息素养的培养需求，全国各地掀起了创客教育的热潮，不少中小学也开设了编程课，以此提升学生的编程技能、创造性思维以及问题解决能力[1]。我校先后建成了DIY创意工坊、机器人教室、金融实验室等专属学习空间，购置了3D打印机、智能硬件，这为学校开展创客教育提供了良好条件。本文以智能硬件Micro：bit教学为例进行简述，以创客理念为基础，在实际生活情景中发现问题、提出问题、分析问题，引导学生在新知学习中思考并制定方案，在实践中进行创作，在分享中进行评价与总结，在拓展中进行优化与提升。

案例简述

学生利用学习卡记录好生活中的奇思妙想，通过课前微视频提前学习新课知识，回到课堂时，讨论并统一制作主题，小组合作，共同努力将“金点子”物化。本课以智能硬件为基础，借助Makecode App编程软件，通过蓝牙将Micro：bit主板与平板相连接，在Makecode软件中搭建程序积木，并反复调试、完善程序，直至将程序上传到Micro：bit。然后各小组情景演绎展示作品功能，最后将作品设计稿上传至班级学习圈，开展分享与评价。课堂氛围轻松愉悦，学习效果也更为有效。智能硬件的使用，摆脱了单一编程的枯燥乏味，学生编写的程序在硬件上的展现立竿见影，大大提升了学生的学习兴趣、体验感和效能感。

案例设计

项目名称：制作紧急呼救仪。

项目分析：本节课的内容选自我校创客教育系列校本教材中的“智能硬件”课程。我校的“智能硬件”校本课程以学生为主体，将课程进行了系统的规划，划分为：Micro：bit板载传感器、造物粒子套件模块、综合项目制作等三个模块。通过三个模块循序渐进地学习，最终学生能够完成一个完整的项目作品，以此来达到让学生学习编程和电子电路的目的。软件采用Makecode图形化编程方式，大大降低了学生编程的难度，硬件Micro：bit造物粒子套件操作简单。在前置课程中，同学们已经认识了Micro：bit，并熟悉了Makecode编程软件。本节课以学生完成、分享项目作品为主，让学生在过程中创造生成，为综合项目的学习奠定基础。

学情分析：学生已初步认识了Micro：bit主板，熟悉了Makecode编程软件以及通过蓝牙将主板与编程软件相连接;了解了如何在Makecode上对5*5LED点阵屏编写显示程序，并模拟测试，能够将编好的程序下载至Micro：bit主板;学习了无线发射与接收技术应用方法，掌握了分配通道、发送数据的编程方法，并且通过微视频学习了简易紧急呼救仪的制作。

学习目标：（1）知识与技能。学会使用无线通信技术制作的产品并应用到实际生活情景。分层目标：a.会使用无线发送、接收数据指令，实现Micro：bit开发板的无线发射与接收，能够制作紧急呼救仪;b.在a的基础上不断优化功能，更新换代紧急呼救仪;c.在b基础上实现创意想法及应用。（2）过程与方法。用Micro：bit智能硬件制作“紧急呼救仪”;制作学习卡、测试记录表;开展小组合作、团队协作。（3）情感、态度与价值观：用科技影响思维，用工程的系统思维方式解决现实问题，体会参与的社会责任感与价值感。

项目学习重点：熟悉无线发射与接收技术，制作简易紧急呼救仪。

项目学习难点：处理蓝牙配对问题，制作复杂的紧急呼救仪。

教学方法：讲授法、自主探究法、合作学习法、项目式学习法。

教学实施

具体教学实施流程如图1。

图1  教学实施流程

1.情境引入—— 提问与讨论

本环节通过“蜡笔小新一键呼叫”的故事视频引入，激发学生的学习兴趣，引导学生发现生活中的一键呼叫服务，再提出问题：“能否为老人和小孩制作一个法宝，当他们遇到危险时，摇一摇、按一按此法宝，就会有英雄出现帮助他们？”让学生积极参与头脑风暴，从呼唤英雄任务中分析本节课要达成的目标。总结讨论的答案，并提出问题“如何制作紧急呼救仪”，思考在生活中求助与救援的过程是什么？教师及时组织学生积极讨论，引导学生从讨论中提炼出策略，遇到危险就呼救（呼救的方法可以有很多种），收到呼救信号就去救援。给学生发布制作紧急呼救仪任务，再讨论呼救仪的程序设计思路。通过视频故事情景加以想象，让学生拥有讨论的动力和材料，在相互讨论的过程中，更深刻地理解呼救与救援在实际生活中的作用，并以此讨论制作呼救仪策略与制作方案。

2.知识新授—— 学习与思考

第一步，开展微课教学，使学生掌握技术使用方法。学生们开展小组思考、讨论，提炼出“无线发射”“无线接收”两个关键词，对无线技术有初步的概念。紧急呼救仪要有两块Micro：bit主板，其中一块作为发射板，一键按下就求救;另一块作为接收板，收到信号就报警显示。两块主板想要实现无线通信，首先需要建立连接：分配通道，设置为同一通信组（参数可设置为0-255）;接着发送、接收数据即可。

第二步，强调发送和接收数据是调用相应的图形化发送和接收模块。发送数据模块有“无线发送数字”“无线发送值”“无线发送字符串”，对应的接收模块为“在无线接收到数据时运行数字、值或字符串”。学生通过微视频学习无线通信核心技术及方法，对于理解能力较弱的学生，可以通过重复观看视频进行学习，对于理解能力较强的学生，可以加速或跳跃观看视频进行学习。同步操作实践，强化记忆。

3.操作实践—— 创作与测试

学生根据小组设计方案结合现有套件组建紧急呼救仪，边思考边实践，设计程序，提交作品，检测效果，完善作品。

本环节操作时间较长，而学生水平层次不一样，完成进度不一样，按传统课堂教学，教师无法照顾到每一位学生。因此，将学生按特长分组学习，每组4人，每个人选择自己擅长的职业角色（如程序设计师、硬件搭建师、文稿设计师、情景剧主编等），教师负责整体进程的把控，适时引导，学生小组分工、合作，反复试错，发现新问题，再次界定问题、制定新的解决方案……直到问题彻底解决。

4.展示评价—— 分享与建议

场景化的项目展示总是重头戏，学生们的奇思妙想都在此得到释放。组员之间只有通过很好地合作与交流，整个团队才能获取成功。在整个过程中，他们携手并进，共同向同一个目标出发，每位同学的创新意识和创作能力都得到了进一步的拓展和提升。

组织学生从创新思维、艺术设计、逻辑分析和编程技术四个维度评价作品。各小组相互评价，提出改进意见。只有不断地思维碰撞，才能进一步拓展学生的思维，激发学生的灵感，培养学生的创客思维。最后将作品发布至全景课堂的朋友圈，学生可以在线自评、互评以及点赞，平台会及时将评价统计和分析数据推送给师生。

5.拓展任务—— 优化与提升

从产品的功能设计上去加强完善，继续改进，引发兴趣点，形成后续研究。按下A键，就发送求助信号，人在紧急情况时无法分辨A、B键呢？这就要新增一个求助功能：按下B键或者A+B键也可以发送求助信号;那如果来不及按键怎么办呢？新增自由落体功能，比如老人在摔倒时，就自动发送求助信号;那怎样得知对方是否收到求助信号了呢？将两块主板同时作为发送板和接收板，即可实现双方交互通信。那如果……学生不断质疑、提问，甚至将作品包装美化，不要满足于给定的基础任务，要善于去发现更多的问题，能自主提出来并解决，培养个人的创新思维和问题解决能力。

教学反思

1.软硬件相结合，助力学生创新思维培养

智能硬件可操作性与扩展性强，将智能硬件融入教学将极大扩宽课程设计的思路，改善普通课程疏于培养学生动手能力的短板。学生的编程作品可以更加直观地通过硬件展现，更具交互性，增强体验感与趣味感。由于硬件的维护与后期整理，工作量大且繁琐，搭配编程使用后的难度又大大提升，并不适合全体学生，因此大多数学校只在选修课或是竞赛中使用智能硬件。那如何有效地在全校开展普惠课程呢？简单便携的智能硬件是关键，如Micro：bit主板，轻便小巧，操作简单;又或者在套装里选择1至2个小零件，聚焦某一个核心问题进行探究，如每人3根小棒，就“三角形”的稳定性进行探讨;又或者加两个一大一小的轮子，用小棒依次连接旋转，是大轮子转动时长更久还是小轮子？又或者在下次课中以小组为单位加入主板，用小棒和轮子搭成简易的机器人，写入程序让它动起来，内容层层推进，浅入深出，硬件使用完成后整理起来也容易……

2.运用多样化教学方式，切实提高课堂教学质量

注重以启发式、互动式、探究式教学手段为主，探索基于学科的课程综合化教学，开展研究型、项目化、合作式学习。教师应当加强与学生之间的互动交流，结合学生的个性化需求进行引导和帮助，满足学生的多元化发展。学生有了多元化的学习机会，也能够在知识探索过程中发现自身学习中的优势与不足之处。强化实践性作业、探索弹性作业和跨学科作业，不断提高作业设计质量，及时、有效地反馈课堂教学效果。

3.合理设置创客课题，满足学生多元需求

好的创客课程应该是多个学科的知识融合。一个课题越复杂，涉及的面越广，需要融合的学科越多，学生需要的知识储备越大。笔者充分考虑了智能硬件课程能与之相融合的学科。比如“紧急呼救仪”这个课题就需要融合美术、劳动技术、语文等课程。课题与课题间有包容渐进的关系，学生能调用自己的知识储备和各自擅长的领域来解决这些课程项目。如何为学生的课程项目量体裁衣？教师要根据学生当前的认知水平及学习差异，有针对性地选择并设计创客课题，将学生的日常生活与创客课题紧密贴合，激发学生的学习积极性。鼓励学生参与到课题创设之中，确保课题选择满足学生的多元化学习需求，进一步提高创客教育的针对性。

4.丰富课程资源，强调互动合作

创客课程设计者能给予的资源越充足，学生在不断探索资源使用的过程中迸发的创新火花就更多，促使学生不断优化项目的动机就更强烈。笔者所在的学校有着丰富的资源，为学生实践探索提供了可能。本项目中，智能硬件的充分利用促进了课堂教学模式的创新，大大提升了课堂教学效果。项目式学习就意味着分组互动合作，一个学生的知识储备是有限的，他们擅长的领域也各不相同，为了完成这个课题，他们需要学习如何合作，如何沟通，如何发挥自己的特长来为这项共同的工作贡献自己的力量。

5.加强实践教学，注重学生深度参与

加强实践教学，在实践过程中不断改进、完善课程方案。创客教育提倡学生深度参与，这就决定了创客课程需要安排合理充裕的时间。每个班一周一节的信息技术课，学生是无法做到深度参与的，创新更无从谈起。正如笔者所观察到的，学生在完成上面的“Micro：bit Show”综合项目时，他们从观察生活中的实际问题、文案构思撰写、到作品的设计与制作、程序的编写与调试、情景演绎、作品的功能完善和包装美化，整个过程需要花费大量的时间。而合理充分的时间安排，让学生在这个复杂的过程中学会研究问题，学会自我学习、协作学习。

综上所述，在初中信息技术课堂教学过程中，创客教育能够满足学生多元化发展，激发学生的创新思想，开阔学生的眼见，可为学生提供人人学习、人人创新的良好機会和平台[2] 。

参考文献

祝智庭，孙妍妍. 创客教育——信息技术使能的创新教育实践场[J]. 中国电化教育，2015（1）.

郑燕林. 新课改背景下创客教育如何融入初中信息技术课堂教学实践[J]. 开放教育研究，2017（3）.

作者单位：四川成都市第七中学初中学校