數字技術賦能拔尖創新人才早期培養模式革新

數字技術有助于教師更新教育理念，豐富教學手段。創客課程是培養創新精神的重要實踐載體，本文以“智能寵物管家”創客課程教學為例，探討數字技術賦能拔尖創新人才早期培養模式革新的具體措施。

一、項目驅動，構建實踐導向學習路徑

課程伊始，教師將制作智能寵物管家的項目拆解為多個相對獨立又緊密關聯的子項目，具體包括硬件選型與搭建、軟件編程實現功能、系統集成與測試等。

實施硬件選型與搭建子項目時，學生要先深入分析智能寵物管家應具備的各項功能，進而精準選擇適配的硬件設備。例如，為了檢測智能設備對寵物靠近的靈敏度，學生經過對比研究選用了性能穩定的紅外傳感器；在監測喂食量時，高精度的重量傳感器成為他們的首選。在實際搭建過程中，學生需要仔細研讀硬件設備說明書，了解其電氣特性、接口類型與工作原理。他們仔細地連接各個傳感器與微控制器（如Arduino開發板），通過排線、杜邦線等構建起硬件電路框架。在這個過程中，學生常常遇到接口不匹配、電路短路等問題，但正是在排查故障、解決問題的過程中，他們對硬件原理的理解逐漸從抽象知識轉化為實踐認知。

實施軟件編程子項目時，學生依據寵物管家的功能邏輯，運用Python或Scratch等編程語言編寫控制程序。選用Python語言的學生需要掌握基本的語法結構，學會調用傳感器數據采集的庫函數，以及運用條件判斷、循環等語句實現智能控制的方式方法。比如，當紅外傳感器檢測到寵物靠近喂食器時，程序要能迅速做出響應，控制電機驅動喂食器投放適量食物，并通過重量傳感器實時監測喂食量。一旦發現喂食量異常，系統應立即觸發預警機制，向主人發送提醒信息。在編程過程中，學生頻繁遭遇代碼報錯、邏輯錯誤等困境。他們通過查閱資料、參考示例代碼、請教老師和其他同學等方式，逐步調試代碼，完善程序功能。這個過程鍛煉了學生的邏輯思維能力與問題解決能力。

實施系統集成與測試子項目時，學生整合之前完成的硬件部分與軟件部分，進行全面的功能測試。他們模擬各種實際使用場景，如不同時間段寵物的進食需求，不同環境、溫度、濕度下的設備運行狀況等，嚴格測試智能寵物管家功能實現情況。在測試過程中，學生一旦發現問題，如設備響應延遲、數據采集不準確等，就要綜合運用硬件與軟件知識，深入排查問題根源，針對性地優化與改進。

通過這一完整且連貫的項目實踐過程，學生不僅熟練掌握了數字技術在硬件與軟件層面的應用，還在解決一系列實際問題的過程中發展了創新思維，提升了實踐操作能力。

二、數字平臺，實現線上線下混合教學

數字技術的蓬勃發展為線上線下混合教學模式的實施提供有力支撐，這種模式在“智能寵物管家”課程教學中發揮顯著優勢。

在線上教學板塊，教師充分利用功能強大的學習管理平臺，如慕課、學堂在線等，上傳精心準備的多元化教學資源。其中，編程基礎教學視頻由淺入深地講解Python或Scratch編程語言的基本語法、數據類型、控制結構等基本知識，以生動形象的動畫演示、案例分析，幫助學生輕松進人編程學習領域；傳感器原理講解文檔詳細剖析各類傳感器的工作原理、技術參數、應用場景等，為學生選擇與搭建硬件提供理論支撐；優秀案例分析依托國內外相關領域的前沿案例，展示智能設備的創新設計思路與實現方法，有利于拓寬學生的視野，激發他們的創新靈感。

學生可以依據自身的學習進度與知識掌握程度，靈活自主地安排學習時間與內容。對于難以理解的編程知識點，他們可以反復觀看教學視頻，深入思考關鍵算法的原理；對于傳感器原理的疑問，他們可以隨時查閱講解文檔，從中尋求答案。這種自主學習模式打破了傳統課堂時間與空間的限制，讓學生能夠按照自己的節奏學習，充分滿足了他們的個性化學習需求。

線下課堂教學活動聚焦于實踐操作與小組討論，教師現場指導學生組裝硬件，手把手地教他們正確連接傳感器與微控制器及檢查電路連接正確性的方式方法，確保硬件設備能夠正常工作。在程序調試階段，教師密切關注學生的操作過程，及時發現并解決他們在代碼編寫、上傳、運行過程中遇到的問題。例如，當學生遇到程序無法正常讀取傳感器數據的問題時，教師引導他們逐步排查代碼邏輯、硬件連接以及傳感器配置等方面的問題，幫助他們掌握調試技巧。

小組討論環節是思維碰撞的主戰場。學生圍坐在一起，分享在線上學習過程中遇到的疑問，交流實踐操作的新思路與新發現。有的學生提出通過優化程序算法，提高設備的響應速度；有的學生建議改進硬件布局，增強設備的穩定性。在激烈的討論中，學生相互啟發、相互學習，不斷完善設計方案。

課后，學生通過線上平臺提交作業，作業內容涵蓋硬件設計圖紙、程序代碼、測試報告等。教師利用平臺自帶的數據分析功能，全面細致地分析學生的作業。通過分析學生代碼編寫的規范性、錯誤類型與頻率，以及對知識要點的掌握情況，教師可以精準掌握每名學生的學習狀況，了解學生的學習難點與薄弱環節?；谶@些數據，教師針對性地調整教學策略：對于普遍存在的問題，在課堂上集中講解；對于個別學生的個性化問題，通過線上溝通或線下輔導的方式給予幫助。

三、數據分析，推動教學個性化與精準化

在“智能寵物管家\"課程教學全過程中，數字技術所具備的強大數據分析功能發揮著關鍵作用。

教師借助編程軟件自帶的代碼分析工具，如PyCharm中的代碼檢查功能、Scratch的腳本調試工具等，以及學習平臺的后臺數據統計功能，全面收集學生學習過程中的多維度數據。這些數據包括學生代碼編寫錯誤類型，如語法錯誤、邏輯錯誤、變量命名錯誤等；學生學習時長，如學生在不同學習內容、不同學習環節上所花費的時間；學生作業完成情況，如作業提交的及時性、準確性、創新性；等等。

通過深度挖掘與科學分析這些數據，教師能精準洞察學生的學習難點。例如，當數據分析結果顯示多數學生對基于機器學習的寵物健康狀況預測算法的理解存在問題時，教師立即調整教學計劃。一方面，教師增加針對性的理論講解，通過引入實際案例、簡化算法步驟、運用可視化工具等方式，幫助學生更好地理解算法原理；另一方面，教師安排更多的實踐練習，讓學生在實際編程操作中加深對算法的掌握，通過不斷調試代碼、優化算法，提高應用能力。

教師依據數據分析結果，精準識別出學習進度較快、基礎知識掌握扎實的學生，并為他們提供拓展性學習資源。比如，推薦他們閱讀前沿的學術論文，了解智能寵物管家領域的最新研究成果；引導他們參與開源項目，與國內外的開發者交流合作；鼓勵他們嘗試運用更高級的技術，如深度學習框架，對智能寵物管家進行功能創新，實現更精準的寵物行為分析、健康診斷等。

（作者單位：鄂州市梁子湖區宅俊中學）

（本文系湖北省教育科學規劃2023年度一般課題“運用幾何畫板構建初中數學動態智慧課堂研究”的階段性研究成果。課題編號：2023JB469）