基于開源硬件的數字化學習與創新課堂實踐

劉曉玉

摘要：作者嘗試以陶行知先生的“教學做合一”教學論為指導，在STEM的大視域下，基于開源硬件開展人工智能編程教學課堂實踐研究，形成引教、促學、創做的新型教學模式，尋求提升學生數字化學習與創新素養的最佳途徑。

關鍵詞：教學做合一;開源硬件;數字化學習與創新

中圖分類號：G434? 文獻標識碼：A? 論文編號：1674-2117（2022）11-0047-02

陶行知先生的“教學做合一”教學論以推動學生創新為主旨，而信息技術學科的核心素養之一——數字化學習與創新是個體通過評估并選用常見的數字化資源與工具，有效地管理學習過程與學習資源，創造性地解決問題，從而完成學習任務，形成創新作品的能力，這與陶行知先生所提倡的教學做合一中的創新不謀而合。因此，筆者所在學校以陶行知先生的“教學做合一”教學論為指導，在STEM視域下，基于開源硬件的人工智能編程教學展開了課堂實踐研究，并在八年級以開設實驗班的形式開展了物聯網編程教學實踐，同時，在前期實踐的基礎上，進行經驗總結，提煉思維。

● 教學做合一思想帶來的啟示

教學做合一思想強調教和學都要圍繞“做”展開，這就要求信息技術教師要帶領學生體驗利用工具解決實際生活問題的過程。學生要在模仿教師操作的基礎上進行創新，探究工具在其他生活問題中的應用，實現工具的創新應用和問題的創新解決。在整個教學活動中，教師要充分發揮引導者的作用，引導學生積極探索知識、掌握知識，讓學生學會自主探究，主動積極地思考，對知識進行真正意義上的建構。

● 基于開源硬件的數字化學習與創新課堂教學模式

筆者在八年級開展了掌控板物聯網編程的教學實踐，構建了一個基于開源硬件的編程教學模式（如下頁圖1）。在該模式中，教師的角色從教授者轉為引導者，有效地培養了學生數字化學習與創新能力。

1.引教

教師在課堂上重在引導學生自主創新，引導方式如下：

情境創設——引導學生創造性解決問題，情境的創設要源于生活又要能回歸生活，服務于實際問題;

問題拋出——引導學生將問題轉換為項目，在分析問題的基礎上進行項目設計;

解決問題——在學生開展項目活動的過程中，教師成為程序救火員，哪個小組遇到問題，就去立刻解決;

引導評價——教師策劃分享交流活動，引領思維提煉，實現遷移應用。

2.促學

教師圍繞問題轉換的項目選擇合適的掌控板軟硬件資源進行項目設計、算法設計。同時，在算法設計的引領下，學生基于mPython平臺展開編程，反復調試運行，檢驗是否創造性解決問題，實現項目創新。最后，在教師的引領下學生進行設計思路、創新性思維、遷移問題解決思路的交流碰撞。

3.創做

物聯網實驗是提升學生數字化學習與創新能力的關鍵。在創做過程中，沒有解決問題的標準答案，沒有項目設計的唯一參考，有的學生天馬行空，有的學生異想天開，有的則有可視化的作品呈現。

● 課堂教學實踐思考

在實踐掌控板編程教學的過程中，筆者制訂了體驗掌控板物聯網的單元主題，并將其細分為智能手環、智慧家居、智慧農場三個子主題，在主題的引領下，通過掌控板、掌控板+掌控寶、掌控板+微信小程序+BLYNK手機APP三類軟硬件資源設備支撐，形成掌控板物聯網編程課程體系（如圖2）。

在智能手環項目中，筆者為學生提供了一個關于掌控板各類傳感器的知識卡片庫，引導學生在初步認識這些傳感器功能的基礎上，自主選擇合適的傳感器和硬件資源來實現具體的功能。例如，在計步器項目中，學生先從傳感器知識庫里找到加速度傳感器，再判定是否可行、是否行進一步，還有如何實現步數累計，在小組充分討論思考的基礎上，筆者再進行點撥。

在智能家居項目中，筆者為學生展示智能音箱、智能開關燈實體、生活場景視頻來增強學生的代入感，并提供傳感器、掌控板知識卡片庫，引導學生自主選擇。該項目的核心是要實現語音識別功能，還需要添加語音識別擴展應用，因此教師需詳細講解，以保證項目順利完成。

智慧農場項目的難度較高，對設備的要求也很高，因此筆者設計的目標是拓寬視野，展開想象，大膽創想。

● 結束語

數字化學習與創新是信息技術學科的重要核心素養，學生的創新培養離不開教師的創新教學，教師只有敢于邁開創新改革的步伐，才能更好地培養學生的創新思維。

參考文獻：

陶行知.陶行知文集[M].南京：江蘇教育出版社，2008.