新課標視域下Arduino編程項目教學實踐與思考

錢唯偉

摘要：本文以新課標理念為指導，構建基于培養學生核心素養的教學模式，結合Arduino開源硬件開展人工智能編程教學實踐研究，借此改善目前編程教學現狀，并希望能為信息科技課程改革提供新思路。

關鍵詞：新課標；開源硬件；教學模式

中圖分類號：G434? 文獻標識碼：A? 論文編號：1674-2117（2023）07-0052-03

2022年4月，教育部頒布了《義務教育信息科技課程標準（2022年版）》（以下簡稱“新課標”），新課標突出強調了由信息意識、計算思維、數字化學習與創新、信息社會責任所組成的核心素養等概念，并倡導通過對真實問題的求解，支撐學生的學科理解，指明學科融合趨勢，以符合學生認知特征的呈現方式培養學生核心素養，系統闡述評價體系，促進基于學生主體的精準學業測量與品德塑造。

編程教學面臨的問題

1.教學情境設置理想化，脫離生活實際

大部分教師基于融合課程知識點的目的，將知識的應用環境設置在理想狀態下，導致出現學生課堂表現良好，但生活遷移能力不足的情況。因為真實問題往往是非良構的，所以需要在真實情境中進行動態再造，而知識點的融入也應當以真實應用場景為導向。

2.學科知識單一，缺少體系架構

現階段信息科技課程開展大多還局限于本學科知識，對跨學科知識涉及較少。同時，局限于特定主題中的知識關聯性薄弱，導致學生學習過程中跨度過大，知識缺少系統架構。

3.重終結評價，輕過程評價

大多數教師往往偏向于終結性評價帶來的直觀與便利性，課堂缺少即時多元的過程性評價，不利于學生價值觀、品格及關鍵能力的塑造。

基于新課標的教學模式設計

鑒于編程教學中存在的弊病，筆者在六年級開展了基于Arduino開發板的項目化編程教學，并結合教學模式要素與新課標理念，以提升學生核心素養為目標，構建了項目化編程教學模式（如上頁圖1）。

在該模式中，教師始終站在輔導者立場，適時地為學生提供指導，突破難點，促進合作學習。學生作為活動主體，在進行原型分析制作、實踐檢驗、修正完善的過程中，及時展示與分享成果，并可根據訂立的評價標準，自主開展多元即時評價。

Arduino編程項目化教學實施

在教學實踐中，筆者制訂了以傳感器模塊為學習線索的項目化系列主題。下面，筆者以其中的《溢水報警——水位傳感器應用》一課為例，結合學生活動環節逐一進行闡述。

學生活動主要分為理解任務、合作探究、評價反思三個環節（如圖2）。環節之間相互聯系，在教師指導與數字學習材料的支撐下，學生可根據自身需求進行個性化跳轉。

1.理解任務

在導入環節，筆者圍繞真實問題——“生活中的溢水事件”進行談話導入，從生活實際出發，貼合學生認知，培養學生善用信息優化生活的觀念。在項目需求分析中，讓學生明晰現狀與產出之間的矛盾點（如何感測溢水與報警），從而激發學習動力。

在項目明確的前提下，筆者引導學生從功能所需器材入手，結合軟硬件搭建順序，嘗試分解任務。學生在情境中對項目進行綜合分析，將完整項目細化為：①明確實驗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燈等效應器；④編寫程序，調試原型機。學生在項目系統分析中提升計算思維，在與同學的思維碰撞中奠定項目的實施邏輯。同時，筆者根據任務分解情況，發布任務單，及時訂立分層評價標準，為多元即時評價提供依據。

鑒于任務一為原理理解部分，難度較低，因此筆者結合蘇州工業園區智慧教育平臺提前發布數字學習材料，引導學生開展自主探究。學生通過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，為后面的合作探究做好鋪墊。

2.合作探究

在此環節中，學生需借助跨學科知識，通過小組合作的方式鍛煉信息分析與團隊協作能力。首先，在電路搭建前，筆者提醒學生可利用軟件繪圖（如下頁圖3）演繹思路，組內成員針對可行性進行分析：水位傳感器的各接口接線是否正確？Arduino開發板的接口在不夠用的情況下，如何使用面包板來拓展電路？借此強化傳感器接口知識與電路搭建規范。其次，要求學生通過實物電路搭建來驗證想法，反饋修改意見。

在電路搭建完成后，筆者拋出問題：如何將回傳的傳感器數值顯示出來？引導學生回顧舊知，促進知識遷移：借助變量“偵測值”與循環語句從開發板模擬口Analog讀取傳感器數值。筆者進一步追問蜂鳴器與LED燈長短引腳的含義，以檢驗學生前期自主探究成果。

如何運用數字口是本節課的重點與難點，筆者用1代表電路連通、0代表電路斷開來介紹數字口Digital的兩種狀態，引導學生在利用數字口通斷的基礎上嘗試結合長短引腳所代表的正負極知識，進行效應器搭建與完善。

在觀察“偵測值”變化的過程中，筆者通過自然語言，啟發學生利用流程圖將變量變化與效應器報警之間的聯動關系進行可視化。在此過程中，指導學生理解運用分支判斷結構，明晰分支結構層級關系，并按照流程圖的結構化步驟編寫代碼（如圖4）：根據容器形狀，當水注滿時，回傳偵測值為200，此時數字口10與11連通，效應器報警，否則保持斷開。

3.評價反思

此環節基于各小組對項目作品的展示交流，結合完整學習過程中的即時學習單評價與自我評價展開。筆者鼓勵學生從自我表現、本組作品、他組作品等多維度提出改良建議，并以此開展再行動與再學習，在完善與拓展作品功能的過程中，端正學習態度，完善自我認知。最后，筆者基于各方討論結果進行適當點評，引導學生加強信息安全意識，正確看待信息創新的社會影響，幫助學生樹立正確的信息社會責任意識。

思考與總結

1.注意引導強度

以學生為主體的課堂，需要給予學生充足的時間進行自我探究，需要提供多樣化的數字學習資源與學習支架，而教師不可過多進行干預。只有在學生陷入瓶頸時的引導才是真正及時且有價值的。

2.完善評價維度

教學項目的設計需要基于真實問題，貼近學生社會生活，而評價的維度設計同樣需要如此。評價除了注重對學習效果的測量，還應當立足當代信息社會背景，引導學生觀察社會，參與社會，提高社會責任意識。

編程教學是落實新課標、培養學生學科核心素養的主陣地，教師不僅需要關注課堂中的知識傳授，更應該幫助學生在知識的學習與應用中培養獨特的信息學科思維，在日常生活中遷移所學知識去構建、分析、解決問題，在感受信息學科魅力中提升核心素養。

參考文獻：

中華人民共和國教育部.義務教育信息科技課程標準（2022年版）[S].北京：北京師范大學出版社，2022.