基于PicoBoard的 Scratch创客校本课程设计与实践

刘海武

当前社会对创新型人才需求达到了一个新的高度。那么，如何在教学中培养创新型人才成为众多教育工作者亟待思考的一个问题。当前，创客教育悄然地进入了中小学课堂，创客课程设计显得尤为重要。基于以上背景，笔者开展了基于PicoBoard的Scratch校本课程的设计与教学实践，为教育工作者提供参考。

基于PicoBoard的Scratch校本课程

Scratch从早期的1.4，发展到2.0再到3.0，目前还融入了PicoBoard的物联网技术，加之软件的趣味性、互动性、简易性和可视化等特点，更适用于小学阶段开展创客教学活动。PicoBoard即传感器板，是基于物联网技术开发的一款专门为教育工作者或初学者设计的交互板。该板集成了滑杆、按钮、声音传感器、光线传感器、LED模块等，传感器板中还带有4个额外的模拟信号输入端口和2个信号输出端口。PicoBoard与Scratch利用物联网技术相连，可以满足基本的创客需求。目前，我国很多地区已经把Scratch作为小学生学习编程语言的必修课程，为此，有许多学校和教师还编写了Scratch校本课程。但基于PicoBoard的Scratch创客研究并不多，加之创客指导教师基本为计算机或物理教师兼任，总体上讲，师资和设备参差不齐，课时和实践安排不足。虽然基于PicoBoard的Scratch创客教育在国内还处于探索阶段，也未形成一定的课程标准，但随着新技术的不断完善和普及，基于PicoBoard的Scratch创客课程教学一定会走进课堂。

小学Scratch创客教育课程开发实施方案设计

1.设计原则

开发小学Scratch创客教育课程涉及到Scratch软件和PicoBoard硬件的运用，要求以学生生活中的项目学习理论为指导，以创新能力培养为目标，将知识与技能进行重构，在教学中设置规定式和开放式目标。规定式目标是在案例分析和模仿制作的基础上，培养学生的相关知识与技能，通过传感器感知身边的世界，要求参与者能积极主动地开展项目探究和制作，完成规定的案例作品。开放式目标可分为两个层面，一是在原有案例的基础上引导学生充分发挥个人想象扩展和完善程序功能；二是将所学知识与技能联系生活，完成生活中相关类似案例，并在此基础上进行功能创新与改进。例如，学习者在完成声、光控灯制作后，可联系生活实际，研究“广场舞”警示灯，只有在光线低于某个值且声音低于某个值的强度时才播放广场舞音乐，可以很好地解决广场舞爱好者和居民生活之间的矛盾。通过目标实现能进一步促进学生动手操作能力的培养，提升其认知能力的发展，提高其设计思维和创新能力。

2.教学设计模型

小学Scratch创客教育校本课程，应以培养学生创新意识和能力为目标，根据设计的案例和学习阶段的不同，选择不同的教学方法，如下页图1所示。如在讲解PicoBoard传感器板时，可以带领学生先分析生活中能感知的现象，如声音、光线、温度、湿度等，并引导学生分组完成相关资料的查找和学习，之后再进行相关声、光、马达、按钮等方面的测试和讲解。

小学Scratch创客教育课程开发的设计与实现

小学Scratch创客校本课程教学内容与课时安排可参考上表。现以《智能灯》一课为例，对课堂教学中的教学设计与教学过程所涉及的各个方面进行阐述。

一是确定探究主题。智能灯是模仿生活中的楼道声控灯原理而设计的。当灯光强度在某个设定值范围内且声音值超过某个值时灯就会变亮，一定的时间后灯灭，相反灯就一直不亮。教学时，笔者在教师机器上先打开事先做好的声、光控灯程序，并全班进行广播，之后笔者用手捂住传感器板（灯没有亮），过了几秒后大吼一声，这时，外接传感器板的LED灯就变亮了。在整个展示过程中，笔者提醒学生注意观察笔者的行为和周围设备的变化，引导学生产生质疑，从而进入课堂探究主题——制作智能灯。

二是绘制流程图。流程图（Flow Chart）是使用图形表示算法的一种极好的方法。学生通过流程图设计能很快掌握程序的设计步骤和方法，通过流程图设计也能找到程序设计的重点和难点所在。笔者在学生完成对智能灯的观察和分析之后，让学生开展小组讨论，并要求各组小组长绘制智能灯算法流程图。之后邀请小组长对本组设计的流程图进行说明，其他学生进行修改和补充。学生在开始绘制流程图时会感觉到很困难，这时笔者先是组织学生学习了流程图中框的作用和意义，在每次流程图设计之前先让学生用自然语言进行表达，然后再带领学生一起用图形来绘制。几节课下来，学生自然就掌握了，同一个程序还能绘制出不同的流程图。本课智能灯流程图如图2所示。

三是确定设计问题。笔者组织学生先连接PicoBoard传感器板，并测试板中传感器的值是否正常。然后，笔者引导学生说出智能照明程序设计的难点。本程序设计的主要难点为两个，一是如何将传感器板的模拟值变为Scratch的变量值，二是如何用逻辑表达式来表示当且仅当的条件。为了更好地引导学生开展自主探究，笔者在教学PowerPoint课件中展示了传感模块和特效模块，如上页图3所示。

四是自主探究与实践。自主探究是学生在观看完案例程序并进行相应的功能分析后展开的探究性学习，学生可根据自己的知识与经验和演示文稿的提示独立完成相关任务。学生在搭建程序时，基本都能建立变量，并将声和光的模拟信号转化为数字信号，但在运用判断条件表达时，有部分学生出了些问题，如有的学生只判断了光线强度，有的学生只判断了声音强度，还有的学生用“或”条件来判断，这导致程序显示的结果完全不一样。为引导学生少走弯路，见识效果，笔者对“或”条件判断进行了班级展示，如上页图4所示，引导学生了解“或”和“且”逻辑符号的作用和意义。

五是交流探究与功能扩展。各小组需讨论、研究，并从生活实际出发，探讨智能灯亮和灭的极限条件和时间，共同制定本组的修改方案。小组与小组之间可参考并提出相关建议和意见。在小组讨论完之后，学生都积极回答，有的学生说需要给程序添加一个初始化条件，即程序开始时灯是灭的；有的学生说灯亮后还要设置一个变量来控制灯亮时间，如5秒或10秒，这样可以节约电费；还有的学生说可以加入摄像头来判断是否有人走动，避免外界声音导致的灯亮。欣慰的是这些学生的设想在Scratch程序中都一一实现了。

六是点评与作品上传。在学生完成作品创作之后，笔者邀请小组代表对本组作品进行展示和讲解，在讲解时应说出创意之处和不足之处，并组织其他学生进行完善和改进。在完成学生作品讲解和交流之后，笔者对作品进行评价，并积极鼓励学生用所学内容展示完成生活中类似的现象，最后组织学生登入E加平台提交作品。

七是学生课后评价。E加平台是苏州工业园区本土开发的网络教学平台，学生登入后，可提交自己的作品，教师和学生均可查看其他学生的作品，平台也提供了学生作品的在线观看和星级评价，如上页图5所示，还能为作品的更改留言。

课程实施感悟与收获

在开展PicoBoard的Scratch创客教育过程中，教师是课堂教学的引导者，教师要熟练掌握PicoBoard的运用，把握学生在模仿制作中的难点问题，激发学生更多的创意。笔者也发现，“只要给学生时间和空间，他们总会给我们惊喜”。在主题学习中，从认识创客板，到确定创客主题，再到绘制流程图，最后到程序的实现与创新，整个模拟设计与创新作品的过程，学生都能实实在在地感受到创客教育带来的智慧碰撞，学生在完成一个个小主题小任务后欲望高涨，兴趣盎然，作品创意也层出不穷，学生课后评价及再创造源动力强劲。这样的课堂是真正将学生放置于课中央，这也正是创客教育思想所希望达到的目的。

小学Scratch教育虽然已经推广了好几年，也有部分地区将Scratch纳入了小学信息技术的必修课程。但基于PicoBoard的Scratch创客教育还处于起步階段，创客课程还需得到进一步的开发和完善。教育工作者在创客教学实践中应更好地落实创客教育思想，并贯穿整个Scratch教学过程，引导学生通过构思、设计、反复改进等过程来创作出具有时代个性的基于PicoBoard的Scratch创客作品，从而进一步提升学生的创新意识和能力。