錢唯偉

摘要：本文以新課標(biāo)理念為指導(dǎo)，構(gòu)建基于培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的教學(xué)模式，結(jié)合Arduino開(kāi)源硬件開(kāi)展人工智能編程教學(xué)實(shí)踐研究，借此改善目前編程教學(xué)現(xiàn)狀，并希望能為信息科技課程改革提供新思路。

關(guān)鍵詞：新課標(biāo)；開(kāi)源硬件；教學(xué)模式

中圖分類號(hào)：G434? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? 論文編號(hào)：1674-2117（2023）07-0052-03

2022年4月，教育部頒布了《義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》（以下簡(jiǎn)稱“新課標(biāo)”），新課標(biāo)突出強(qiáng)調(diào)了由信息意識(shí)、計(jì)算思維、數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新、信息社會(huì)責(zé)任所組成的核心素養(yǎng)等概念，并倡導(dǎo)通過(guò)對(duì)真實(shí)問(wèn)題的求解，支撐學(xué)生的學(xué)科理解，指明學(xué)科融合趨勢(shì)，以符合學(xué)生認(rèn)知特征的呈現(xiàn)方式培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)，系統(tǒng)闡述評(píng)價(jià)體系，促進(jìn)基于學(xué)生主體的精準(zhǔn)學(xué)業(yè)測(cè)量與品德塑造。

編程教學(xué)面臨的問(wèn)題

1.教學(xué)情境設(shè)置理想化，脫離生活實(shí)際

大部分教師基于融合課程知識(shí)點(diǎn)的目的，將知識(shí)的應(yīng)用環(huán)境設(shè)置在理想狀態(tài)下，導(dǎo)致出現(xiàn)學(xué)生課堂表現(xiàn)良好，但生活遷移能力不足的情況。因?yàn)檎鎸?shí)問(wèn)題往往是非良構(gòu)的，所以需要在真實(shí)情境中進(jìn)行動(dòng)態(tài)再造，而知識(shí)點(diǎn)的融入也應(yīng)當(dāng)以真實(shí)應(yīng)用場(chǎng)景為導(dǎo)向。

2.學(xué)科知識(shí)單一，缺少體系架構(gòu)

現(xiàn)階段信息科技課程開(kāi)展大多還局限于本學(xué)科知識(shí)，對(duì)跨學(xué)科知識(shí)涉及較少。同時(shí)，局限于特定主題中的知識(shí)關(guān)聯(lián)性薄弱，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程中跨度過(guò)大，知識(shí)缺少系統(tǒng)架構(gòu)。

3.重終結(jié)評(píng)價(jià)，輕過(guò)程評(píng)價(jià)

大多數(shù)教師往往偏向于終結(jié)性評(píng)價(jià)帶來(lái)的直觀與便利性，課堂缺少即時(shí)多元的過(guò)程性評(píng)價(jià)，不利于學(xué)生價(jià)值觀、品格及關(guān)鍵能力的塑造。

基于新課標(biāo)的教學(xué)模式設(shè)計(jì)

鑒于編程教學(xué)中存在的弊病，筆者在六年級(jí)開(kāi)展了基于Arduino開(kāi)發(fā)板的項(xiàng)目化編程教學(xué)，并結(jié)合教學(xué)模式要素與新課標(biāo)理念，以提升學(xué)生核心素養(yǎng)為目標(biāo)，構(gòu)建了項(xiàng)目化編程教學(xué)模式（如上頁(yè)圖1）。

在該模式中，教師始終站在輔導(dǎo)者立場(chǎng)，適時(shí)地為學(xué)生提供指導(dǎo)，突破難點(diǎn)，促進(jìn)合作學(xué)習(xí)。學(xué)生作為活動(dòng)主體，在進(jìn)行原型分析制作、實(shí)踐檢驗(yàn)、修正完善的過(guò)程中，及時(shí)展示與分享成果，并可根據(jù)訂立的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，自主開(kāi)展多元即時(shí)評(píng)價(jià)。

Arduino編程項(xiàng)目化教學(xué)實(shí)施

在教學(xué)實(shí)踐中，筆者制訂了以傳感器模塊為學(xué)習(xí)線索的項(xiàng)目化系列主題。下面，筆者以其中的《溢水報(bào)警——水位傳感器應(yīng)用》一課為例，結(jié)合學(xué)生活動(dòng)環(huán)節(jié)逐一進(jìn)行闡述。

學(xué)生活動(dòng)主要分為理解任務(wù)、合作探究、評(píng)價(jià)反思三個(gè)環(huán)節(jié)（如圖2）。環(huán)節(jié)之間相互聯(lián)系，在教師指導(dǎo)與數(shù)字學(xué)習(xí)材料的支撐下，學(xué)生可根據(jù)自身需求進(jìn)行個(gè)性化跳轉(zhuǎn)。

1.理解任務(wù)

在導(dǎo)入環(huán)節(jié)，筆者圍繞真實(shí)問(wèn)題——“生活中的溢水事件”進(jìn)行談話導(dǎo)入，從生活實(shí)際出發(fā)，貼合學(xué)生認(rèn)知，培養(yǎng)學(xué)生善用信息優(yōu)化生活的觀念。在項(xiàng)目需求分析中，讓學(xué)生明晰現(xiàn)狀與產(chǎn)出之間的矛盾點(diǎn)（如何感測(cè)溢水與報(bào)警），從而激發(fā)學(xué)習(xí)動(dòng)力。

在項(xiàng)目明確的前提下，筆者引導(dǎo)學(xué)生從功能所需器材入手，結(jié)合軟硬件搭建順序，嘗試分解任務(wù)。學(xué)生在情境中對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行綜合分析，將完整項(xiàng)目細(xì)化為：①明確實(shí)驗(yàn)物品的作用與使用方法；②思考物理電路搭建方式；③接入傳感器（水位）、蜂鳴器、LED燈等效應(yīng)器；④編寫(xiě)程序，調(diào)試原型機(jī)。學(xué)生在項(xiàng)目系統(tǒng)分析中提升計(jì)算思維，在與同學(xué)的思維碰撞中奠定項(xiàng)目的實(shí)施邏輯。同時(shí)，筆者根據(jù)任務(wù)分解情況，發(fā)布任務(wù)單，及時(shí)訂立分層評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，為多元即時(shí)評(píng)價(jià)提供依據(jù)。

鑒于任務(wù)一為原理理解部分，難度較低，因此筆者結(jié)合蘇州工業(yè)園區(qū)智慧教育平臺(tái)提前發(fā)布數(shù)字學(xué)習(xí)材料，引導(dǎo)學(xué)生開(kāi)展自主探究。學(xué)生通過(guò)圖文與視頻資源了解水位傳感器接口、蜂鳴器與LED燈引腳等知識(shí)，為后面的合作探究做好鋪墊。

2.合作探究

在此環(huán)節(jié)中，學(xué)生需借助跨學(xué)科知識(shí)，通過(guò)小組合作的方式鍛煉信息分析與團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。首先，在電路搭建前，筆者提醒學(xué)生可利用軟件繪圖（如下頁(yè)圖3）演繹思路，組內(nèi)成員針對(duì)可行性進(jìn)行分析：水位傳感器的各接口接線是否正確？Arduino開(kāi)發(fā)板的接口在不夠用的情況下，如何使用面包板來(lái)拓展電路？借此強(qiáng)化傳感器接口知識(shí)與電路搭建規(guī)范。其次，要求學(xué)生通過(guò)實(shí)物電路搭建來(lái)驗(yàn)證想法，反饋修改意見(jiàn)。

在電路搭建完成后，筆者拋出問(wèn)題：如何將回傳的傳感器數(shù)值顯示出來(lái)？引導(dǎo)學(xué)生回顧舊知，促進(jìn)知識(shí)遷移：借助變量“偵測(cè)值”與循環(huán)語(yǔ)句從開(kāi)發(fā)板模擬口Analog讀取傳感器數(shù)值。筆者進(jìn)一步追問(wèn)蜂鳴器與LED燈長(zhǎng)短引腳的含義，以檢驗(yàn)學(xué)生前期自主探究成果。

如何運(yùn)用數(shù)字口是本節(jié)課的重點(diǎn)與難點(diǎn)，筆者用1代表電路連通、0代表電路斷開(kāi)來(lái)介紹數(shù)字口Digital的兩種狀態(tài)，引導(dǎo)學(xué)生在利用數(shù)字口通斷的基礎(chǔ)上嘗試結(jié)合長(zhǎng)短引腳所代表的正負(fù)極知識(shí)，進(jìn)行效應(yīng)器搭建與完善。

在觀察“偵測(cè)值”變化的過(guò)程中，筆者通過(guò)自然語(yǔ)言，啟發(fā)學(xué)生利用流程圖將變量變化與效應(yīng)器報(bào)警之間的聯(lián)動(dòng)關(guān)系進(jìn)行可視化。在此過(guò)程中，指導(dǎo)學(xué)生理解運(yùn)用分支判斷結(jié)構(gòu)，明晰分支結(jié)構(gòu)層級(jí)關(guān)系，并按照流程圖的結(jié)構(gòu)化步驟編寫(xiě)代碼（如圖4）：根據(jù)容器形狀，當(dāng)水注滿時(shí)，回傳偵測(cè)值為200，此時(shí)數(shù)字口10與11連通，效應(yīng)器報(bào)警，否則保持?jǐn)嚅_(kāi)。

3.評(píng)價(jià)反思

此環(huán)節(jié)基于各小組對(duì)項(xiàng)目作品的展示交流，結(jié)合完整學(xué)習(xí)過(guò)程中的即時(shí)學(xué)習(xí)單評(píng)價(jià)與自我評(píng)價(jià)展開(kāi)。筆者鼓勵(lì)學(xué)生從自我表現(xiàn)、本組作品、他組作品等多維度提出改良建議，并以此開(kāi)展再行動(dòng)與再學(xué)習(xí)，在完善與拓展作品功能的過(guò)程中，端正學(xué)習(xí)態(tài)度，完善自我認(rèn)知。最后，筆者基于各方討論結(jié)果進(jìn)行適當(dāng)點(diǎn)評(píng)，引導(dǎo)學(xué)生加強(qiáng)信息安全意識(shí)，正確看待信息創(chuàng)新的社會(huì)影響，幫助學(xué)生樹(shù)立正確的信息社會(huì)責(zé)任意識(shí)。

思考與總結(jié)

1.注意引導(dǎo)強(qiáng)度

以學(xué)生為主體的課堂，需要給予學(xué)生充足的時(shí)間進(jìn)行自我探究，需要提供多樣化的數(shù)字學(xué)習(xí)資源與學(xué)習(xí)支架，而教師不可過(guò)多進(jìn)行干預(yù)。只有在學(xué)生陷入瓶頸時(shí)的引導(dǎo)才是真正及時(shí)且有價(jià)值的。

2.完善評(píng)價(jià)維度

教學(xué)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)需要基于真實(shí)問(wèn)題，貼近學(xué)生社會(huì)生活，而評(píng)價(jià)的維度設(shè)計(jì)同樣需要如此。評(píng)價(jià)除了注重對(duì)學(xué)習(xí)效果的測(cè)量，還應(yīng)當(dāng)立足當(dāng)代信息社會(huì)背景，引導(dǎo)學(xué)生觀察社會(huì)，參與社會(huì)，提高社會(huì)責(zé)任意識(shí)。

編程教學(xué)是落實(shí)新課標(biāo)、培養(yǎng)學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的主陣地，教師不僅需要關(guān)注課堂中的知識(shí)傳授，更應(yīng)該幫助學(xué)生在知識(shí)的學(xué)習(xí)與應(yīng)用中培養(yǎng)獨(dú)特的信息學(xué)科思維，在日常生活中遷移所學(xué)知識(shí)去構(gòu)建、分析、解決問(wèn)題，在感受信息學(xué)科魅力中提升核心素養(yǎng)。

參考文獻(xiàn)：

中華人民共和國(guó)教育部.義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）[S].北京：北京師范大學(xué)出版社，2022.