尋找水源

田迎春 中國人民大學附屬中學實驗小學信息技術教師，高級教師。喜歡創客，輔導學生參加各種科技競賽成績顯著，目前輔導學生獲得實用新型專利4項，本人獲得實用新型專利3項。

教學背景

2017年國務院印發的《新一代人工智能發展規劃》明確提出：在中小學階段設置人工智能相關課程，逐步推廣編程教育。教育部印發的《中小學綜合實踐活動課程指導綱要》也指出，要讓學生學會創意物化，能運用信息技術設計并制作出有一定創意的數字作品，運用常見、簡單的信息技術解決實際問題，服務于學習和生活。

中國成功發射“天問一號”火星探測器之后，全球高度關注火星探測進展。“祝融號”火星車也于去年安全到達火星表面，開始巡視探測，春節前夕“天問一號”還傳回了高清自拍照，引起了全國人民的關注。基于這一學生真實關心的熱點話題，我們設計開展了火星探測主題式項目。本項目有益于激發學生創新的興趣，培養學生動手實踐的能力，同時也是在信息技術課程中實踐STEAM教育的理念方法，力圖讓學生初步形成以信息技術學科方法觀察事物和求解問題的能力，靈活運用信息技術服務生活，提高學生的信息素養。

教學目標

知識與技能 掌握使用磁力計測量附近環境磁場大小的方法，學會分析數據，完善自己的作品。

過程與方法 通過親歷磁力探測器的編寫流程，初步體驗編制計算機程序解決問題的基本過程。

情感態度與價值觀 經歷小組合作、探究完成任務，能夠根據實際需求，初步建立編程解決問題的信心，產生繼續學習程序設計的學習欲望。

教學重點與難點

教學重點 掌握Micro：bit磁力傳感器的正確使用。

教學難點 根據實際情況設計符合實際需要的作品。

教學準備

教學課件、Micro：bit及其電池板、USB數據線、紙盒、磁扣等。

教學過程

一、創設情境，確定研究主題

師：春節前夕，“天問一號”從火星給我們傳回了高清自拍照，引起了廣泛關注。人類為什么要探索火星？火星環境與地球環境有什么不同？人類在火星建設基地可能面臨哪些困難？

學生思考并討論交流。

教師播放火星風暴視頻，引導學生觀看，感受火星風暴的強大破壞力，如圖1。

師：強大的火星風暴把人類先期探測到的水源地的標志破壞掉了，這時候就需要重新搜索水源。請同學們想一想，我們可以借助什么設備幫助科學家搜索水源呢？

預設學生答案：磁力計或磁力傳感器。

師：對，磁法勘探是常用的水源探測方法之一，今天我們就嘗試利用磁力傳感器模擬如何在火星上搜索水源地。

二、初步嘗試，自學磁力模塊

師：其實，我們的Micro：bit主板中就包含磁力傳感器，因此Micro：bit編程環境中肯定藏有磁力檢測模塊，大家快來找一找它藏在哪了？

學生自主探究，在Micro：bit編程環境里找到磁力檢測模塊。

教師演示拖出磁力檢測模塊，如圖2。

師：這個模塊除了能夠測量出磁力強度外還有其他功能，這節課我們主要學習磁力強度模塊。這個和我們之前學過的溫度模塊很相似，你能用Micro：bit主板探測出黑盒某一區域的磁力強度嗎？

學生思考討論，根據舊知解決磁力顯示問題。

教師根據學生的學習效果，展示程序，如圖3。

學生向Micro：bit主板上傳程序，并測試程序效果。

教師巡視，指導學生實踐操作，同時收集問題。

學生集中反饋問題：無法測試黑盒中磁鐵的磁力大小。

教師解惑：地球存在著一個巨大的磁場，而且每個地方的磁場不同，對結果有比較大的影響。如果是第一次使用，Micro：bit會自動提示需要校準，校準過程在軟件運行時會自動啟動，學生只需根據提示自行校準，即可測量出磁力的大小。

教師展示校準過程。

教師出示任務：利用Micro：bit主板測試黑盒中標記點的磁力強度。

學生校準磁力計，并進行磁力大小的測試。在測試過程中，教師引導學生變換不同位置，測試出黑盒標記點的磁力大小，記錄在學習單中，如表1，并預測出水源地。

表1 黑盒不同位置磁力強度表

教師展示學生成果，揭秘如何分析水源地位置。

三、創意物化，設計作品

1.分析任務，繪制流程圖

師：通過剛才的設計，我們知道可以通過磁力強度數據的變化來判斷水源地的位置，老師也編了一個小程序，大家看看和你們的有什么不同？

教師展示自己編寫的程序，學生對比分析，找出兩個程序的區別。

師：這個程序同樣能找到水源地，只是使用的方式不同，那我們如何實現呢？

師生共同完成流程圖的繪制，如圖4。

學生根據流程圖進行編程設計，如圖5，將測量過程記錄下來，如表2。

2.交流體驗，完成探測任務

教師隨機選取五個盒子，讓各組選擇其中的三個進行測量，將測量結果填寫在學習單上，如表3，學生可以多次測量。

教師總結統計完成任務的小組數，并邀請成功率最高的小組分享經驗。

四、歸納總結，拓展延伸

師：通過大家的努力，我們不僅學會了如何使用磁力傳感器，還能經過不斷地修改完善，設計出較為實用的水源探測器，幫助科學家找回了火星上的水源地。其實水源地標志丟失的問題是可以避免的，比如我們的火星車可以隨時與地球控制中心進行交流，傳遞搜集的信息，這樣就可以避免類似事件的再次發生。但是如何與地球進行數據交換呢？請同學們課后自己動手實踐，嘗試用Micro：bit實現無線通信。

五、教學評價

過程性評價以學習單為主，通過課堂學習單可以推測學生的思考過程;總結性評價以評價單為主，通過評價單了解學生本節課的掌握情況。

實踐反思

本節課情境設計新穎，貼近我國航天發展實際，師生對話和諧自然，學生在“玩”中探究磁力傳感器的使用，感受科學實驗的全過程。從課程導入到學習實踐再到課堂總結，體現了項目式學習的連貫性，實現了學習情境的螺紋連接與螺旋傳動，計算思維的培養過程清晰，滲透自然，鍛煉了學生的高階思維能力。