新课标视域下Arduino编程项目教学实践与思考

钱唯伟

摘要：本文以新课标理念为指导，构建基于培养学生核心素养的教学模式，结合Arduino开源硬件开展人工智能编程教学实践研究，借此改善目前编程教学现状，并希望能为信息科技课程改革提供新思路。

关键词：新课标；开源硬件；教学模式

中图分类号：G434  文献标识码：A  论文编号：1674-2117（2023）07-0052-03

2022年4月，教育部颁布了《义务教育信息科技课程标准（2022年版）》（以下简称“新课标”），新课标突出强调了由信息意识、计算思维、数字化学习与创新、信息社会责任所组成的核心素养等概念，并倡导通过对真实问题的求解，支撑学生的学科理解，指明学科融合趋势，以符合学生认知特征的呈现方式培养学生核心素养，系统阐述评价体系，促进基于学生主体的精准学业测量与品德塑造。

编程教学面临的问题

1.教学情境设置理想化，脱离生活实际

大部分教师基于融合课程知识点的目的，将知识的应用环境设置在理想状态下，导致出现学生课堂表现良好，但生活迁移能力不足的情况。因为真实问题往往是非良构的，所以需要在真实情境中进行动态再造，而知识点的融入也应当以真实应用场景为导向。

2.学科知识单一，缺少体系架构

现阶段信息科技课程开展大多还局限于本学科知识，对跨学科知识涉及较少。同时，局限于特定主题中的知识关联性薄弱，导致学生学习过程中跨度过大，知识缺少系统架构。

3.重终结评价，轻过程评价

大多数教师往往偏向于终结性评价带来的直观与便利性，课堂缺少即时多元的过程性评价，不利于学生价值观、品格及关键能力的塑造。

基于新课标的教学模式设计

鉴于编程教学中存在的弊病，笔者在六年级开展了基于Arduino开发板的项目化编程教学，并结合教学模式要素与新课标理念，以提升学生核心素养为目标，构建了项目化编程教学模式（如上页图1）。

在该模式中，教师始终站在辅导者立场，适时地为学生提供指导，突破难点，促进合作学习。学生作为活动主体，在进行原型分析制作、实践检验、修正完善的过程中，及时展示与分享成果，并可根据订立的评价标准，自主开展多元即时评价。

Arduino编程项目化教学实施

在教学实践中，笔者制订了以传感器模块为学习线索的项目化系列主题。下面，笔者以其中的《溢水报警——水位传感器应用》一课为例，结合学生活动环节逐一进行阐述。

学生活动主要分为理解任务、合作探究、评价反思三个环节（如图2）。环节之间相互联系，在教师指导与数字学习材料的支撑下，学生可根据自身需求进行个性化跳转。

1.理解任务

在导入环节，笔者围绕真实问题——“生活中的溢水事件”进行谈话导入，从生活实际出发，贴合学生认知，培养学生善用信息优化生活的观念。在项目需求分析中，让学生明晰现状与产出之间的矛盾点（如何感测溢水与报警），从而激发学习动力。

在项目明确的前提下，笔者引导学生从功能所需器材入手，结合软硬件搭建顺序，尝试分解任务。学生在情境中对项目进行综合分析，将完整项目细化为：①明确实验物品的作用与使用方法；②思考物理电路搭建方式；③接入传感器（水位）、蜂鸣器、LED灯等效应器；④编写程序，调试原型机。学生在项目系统分析中提升计算思维，在与同学的思维碰撞中奠定项目的实施逻辑。同时，笔者根据任务分解情况，发布任务单，及时订立分层评价标准，为多元即时评价提供依据。

鉴于任务一为原理理解部分，难度较低，因此笔者结合苏州工业园区智慧教育平台提前发布数字学习材料，引导学生开展自主探究。学生通过图文与视频资源了解水位传感器接口、蜂鸣器与LED灯引脚等知识，为后面的合作探究做好铺垫。

2.合作探究

在此环节中，学生需借助跨学科知识，通过小组合作的方式锻炼信息分析与团队协作能力。首先，在电路搭建前，筆者提醒学生可利用软件绘图（如下页图3）演绎思路，组内成员针对可行性进行分析：水位传感器的各接口接线是否正确？Arduino开发板的接口在不够用的情况下，如何使用面包板来拓展电路？借此强化传感器接口知识与电路搭建规范。其次，要求学生通过实物电路搭建来验证想法，反馈修改意见。

在电路搭建完成后，笔者抛出问题：如何将回传的传感器数值显示出来？引导学生回顾旧知，促进知识迁移：借助变量“侦测值”与循环语句从开发板模拟口Analog读取传感器数值。笔者进一步追问蜂鸣器与LED灯长短引脚的含义，以检验学生前期自主探究成果。

如何运用数字口是本节课的重点与难点，笔者用1代表电路连通、0代表电路断开来介绍数字口Digital的两种状态，引导学生在利用数字口通断的基础上尝试结合长短引脚所代表的正负极知识，进行效应器搭建与完善。

在观察“侦测值”变化的过程中，笔者通过自然语言，启发学生利用流程图将变量变化与效应器报警之间的联动关系进行可视化。在此过程中，指导学生理解运用分支判断结构，明晰分支结构层级关系，并按照流程图的结构化步骤编写代码（如图4）：根据容器形状，当水注满时，回传侦测值为200，此时数字口10与11连通，效应器报警，否则保持断开。

3.评价反思

此环节基于各小组对项目作品的展示交流，结合完整学习过程中的即时学习单评价与自我评价展开。笔者鼓励学生从自我表现、本组作品、他组作品等多维度提出改良建议，并以此开展再行动与再学习，在完善与拓展作品功能的过程中，端正学习态度，完善自我认知。最后，笔者基于各方讨论结果进行适当点评，引导学生加强信息安全意识，正确看待信息创新的社会影响，帮助学生树立正确的信息社会责任意识。

思考与总结

1.注意引导强度

以学生为主体的课堂，需要给予学生充足的时间进行自我探究，需要提供多样化的数字学习资源与学习支架，而教师不可过多进行干预。只有在学生陷入瓶颈时的引导才是真正及时且有价值的。

2.完善评价维度

教学项目的设计需要基于真实问题，贴近学生社会生活，而评价的维度设计同样需要如此。评价除了注重对学习效果的测量，还应当立足当代信息社会背景，引导学生观察社会，参与社会，提高社会责任意识。

编程教学是落实新课标、培养学生学科核心素养的主阵地，教师不仅需要关注课堂中的知识传授，更应该帮助学生在知识的学习与应用中培养独特的信息学科思维，在日常生活中迁移所学知识去构建、分析、解决问题，在感受信息学科魅力中提升核心素养。

参考文献：

中华人民共和国教育部.义务教育信息科技课程标准（2022年版）[S].北京：北京师范大学出版社，2022.