寻找水源

田迎春 中国人民大学附属中学实验小学信息技术教师，高级教师。喜欢创客，辅导学生参加各种科技竞赛成绩显著，目前辅导学生获得实用新型专利4项，本人获得实用新型专利3项。

教学背景

2017年国务院印发的《新一代人工智能发展规划》明确提出：在中小学阶段设置人工智能相关课程，逐步推广编程教育。教育部印发的《中小学综合实践活动课程指导纲要》也指出，要让学生学会创意物化，能运用信息技术设计并制作出有一定创意的数字作品，运用常见、简单的信息技术解决实际问题，服务于学习和生活。

中国成功发射“天问一号”火星探测器之后，全球高度关注火星探测进展。“祝融号”火星车也于去年安全到达火星表面，开始巡视探测，春节前夕“天问一号”还传回了高清自拍照，引起了全国人民的关注。基于这一学生真实关心的热点话题，我们设计开展了火星探测主题式项目。本项目有益于激发学生创新的兴趣，培养学生动手实践的能力，同时也是在信息技术课程中实践STEAM教育的理念方法，力图让学生初步形成以信息技术学科方法观察事物和求解问题的能力，灵活运用信息技术服务生活，提高学生的信息素养。

教学目标

知识与技能 掌握使用磁力计测量附近环境磁场大小的方法，学会分析数据，完善自己的作品。

过程与方法 通过亲历磁力探测器的编写流程，初步体验编制计算机程序解决问题的基本过程。

情感态度与价值观 经历小组合作、探究完成任务，能够根据实际需求，初步建立编程解决问题的信心，产生继续学习程序设计的学习欲望。

教学重点与难点

教学重点 掌握Micro：bit磁力传感器的正确使用。

教学难点 根据实际情况设计符合实际需要的作品。

教学准备

教学课件、Micro：bit及其电池板、USB数据线、纸盒、磁扣等。

教学过程

一、创设情境，确定研究主题

师：春节前夕，“天问一号”从火星给我们传回了高清自拍照，引起了广泛关注。人类为什么要探索火星？火星环境与地球环境有什么不同？人类在火星建设基地可能面临哪些困难？

学生思考并讨论交流。

教师播放火星风暴视频，引导学生观看，感受火星风暴的强大破坏力，如图1。

师：强大的火星风暴把人类先期探测到的水源地的标志破坏掉了，这时候就需要重新搜索水源。请同学们想一想，我们可以借助什么设备帮助科学家搜索水源呢？

预设学生答案：磁力计或磁力传感器。

师：对，磁法勘探是常用的水源探测方法之一，今天我们就尝试利用磁力傳感器模拟如何在火星上搜索水源地。

二、初步尝试，自学磁力模块

师：其实，我们的Micro：bit主板中就包含磁力传感器，因此Micro：bit编程环境中肯定藏有磁力检测模块，大家快来找一找它藏在哪了？

学生自主探究，在Micro：bit编程环境里找到磁力检测模块。

教师演示拖出磁力检测模块，如图2。

师：这个模块除了能够测量出磁力强度外还有其他功能，这节课我们主要学习磁力强度模块。这个和我们之前学过的温度模块很相似，你能用Micro：bit主板探测出黑盒某一区域的磁力强度吗？

学生思考讨论，根据旧知解决磁力显示问题。

教师根据学生的学习效果，展示程序，如图3。

学生向Micro：bit主板上传程序，并测试程序效果。

教师巡视，指导学生实践操作，同时收集问题。

学生集中反馈问题：无法测试黑盒中磁铁的磁力大小。

教师解惑：地球存在着一个巨大的磁场，而且每个地方的磁场不同，对结果有比较大的影响。如果是第一次使用，Micro：bit会自动提示需要校准，校准过程在软件运行时会自动启动，学生只需根据提示自行校准，即可测量出磁力的大小。

教师展示校准过程。

教师出示任务：利用Micro：bit主板测试黑盒中标记点的磁力强度。

学生校准磁力计，并进行磁力大小的测试。在测试过程中，教师引导学生变换不同位置，测试出黑盒标记点的磁力大小，记录在学习单中，如表1，并预测出水源地。

表1 黑盒不同位置磁力强度表

教师展示学生成果，揭秘如何分析水源地位置。

三、创意物化，设计作品

1.分析任务，绘制流程图

师：通过刚才的设计，我们知道可以通过磁力强度数据的变化来判断水源地的位置，老师也编了一个小程序，大家看看和你们的有什么不同？

教师展示自己编写的程序，学生对比分析，找出两个程序的区别。

师：这个程序同样能找到水源地，只是使用的方式不同，那我们如何实现呢？

师生共同完成流程图的绘制，如图4。

学生根据流程图进行编程设计，如图5，将测量过程记录下来，如表2。

2.交流体验，完成探测任务

教师随机选取五个盒子，让各组选择其中的三个进行测量，将测量结果填写在学习单上，如表3，学生可以多次测量。

教师总结统计完成任务的小组数，并邀请成功率最高的小组分享经验。

四、归纳总结，拓展延伸

师：通过大家的努力，我们不仅学会了如何使用磁力传感器，还能经过不断地修改完善，设计出较为实用的水源探测器，帮助科学家找回了火星上的水源地。其实水源地标志丢失的问题是可以避免的，比如我们的火星车可以随时与地球控制中心进行交流，传递搜集的信息，这样就可以避免类似事件的再次发生。但是如何与地球进行数据交换呢？请同学们课后自己动手实践，尝试用Micro：bit实现无线通信。

五、教学评价

过程性评价以学习单为主，通过课堂学习单可以推测学生的思考过程;总结性评价以评价单为主，通过评价单了解学生本节课的掌握情况。

实践反思

本节课情境设计新颖，贴近我国航天发展实际，师生对话和谐自然，学生在“玩”中探究磁力传感器的使用，感受科学实验的全过程。从课程导入到学习实践再到课堂总结，体现了项目式学习的连贯性，实现了学习情境的螺纹连接与螺旋传动，计算思维的培养过程清晰，渗透自然，锻炼了学生的高阶思维能力。