基于图形化编程的小学高年级智能创客教学研究

《义务教育信息科技课程标准（2022年版）》强调跨学科知识和综合能力的学习和应用。信息科技课程更适合整合多种学科的知识方法，制作出具有自动感应、遥控广播等智能效果的创客作品，对学生计算思维的养成，信息意识的提升，动手创新、解决问题、交流合作等综合能力的培养具有实际价值[1]。

图形化编程课程的基本情况

图形化编程契合教育信息化时代下多种教育理念，是计算机科学知识体系中有助于理解计算机原理、逻辑等非常重要的组成部分。其把计算机语言直观化、简易化、趣味化，可以非常顺畅地供低幼阶段的学生学习。图形化编程自诞生以来，晦涩难懂的计算机编程语言以图形化、游戏化、模块化的教学内容快速地渗透到学校的信息科技课程中。

图形化编程软件种类繁多，如Scratch 基础创意编程、LEGO MINDSTORMS NXT、Mind+编程软件、编程猫、Mixly等都是比较好的图形化编程平台。这其中拥有自主知识产权的国产青少年编程软件，支持Arduino、Micro：bit、掌控板等各种开源硬件，兼容Scratch3.0，支持AI与IoT功能，还可以使用Python、C语言、C++等高级编程语言，让大家轻松体验创造的乐趣，只需要拖动图形化程序块即可完成编程的Mind+成为我们的首选。

智能创客教育的发展和应用

创客教育一词来源于“Maker Education”，是一种融合科学、技术、工程、艺术、数学五大学科领域的完整的教学体系。创客教育的核心教育理念是通过动手实践培养学生的创新能力、探究力和创造力。而智能创客教育除了要具备上述的教学内容，还要充分体现与计算机程序及具有输入输出功能的电子元件紧密相关的作品设计[2]。

创客教育曾多以数学、劳动、美术课程为主要开展阵地，能够产出一些创意作品，但不能突出智能设计的功能。我们经过两个学期的教学实践，以信息科技课程编程为基础，通过多种教学方式和丰富的教学资源，运用开源软硬件相结合的方案，开展智能创客教学，在智能创意作品方面取得了显著成绩。

图形化编程与创客教育实施方案

1.教学内容的选择

（1）课内知识体系。学生应用Micro：bit造物粒子套盒中的传感器和电子元件积木，学习制作声控灯、温度感应风扇、自动门、人体感应、远程遥开关设施等智能家居设计（图1）。

（2）课外社团实施设计。为了扩大智能创客教育的辐射面，全面提升学生信息素养，我们在小学低、中、高三个学段开展不同类别的图形化编程社团类课程。低段年级开展卡牌AR编程课程；中段年级开展乐高机器人EV3、编程遥控机器人等课程；高段年级开展Arduino单片机编程和三维编程设计等课程，让对计算机领域有兴趣且学有余力的学生有充分的在校学习空间来进行相关学习。

学生通过信息科技课程学习与社团实践活动相结合的方式，有效提升了思维水平。学校学生近一年来在教委组织的国家级、市区级智能创意作品及科技创新类比赛中取得优异成绩。

2.教学模式的设计创新

近年来，随着科技迅猛发展，学生可以感受到生活中的智能家电越来越普及，带来了很多生活方式的革新。这些智能家居设备的工作原理也引起学生的广泛关注。如声控灯、运动感应灯、温度感应电风扇、语音识别、人脸识别等技术，学生学习过的电子元件都可以实现，用传感器来模仿人的视觉、触觉、听觉等多方面感官；用无线广播系统、声音识别系统都可以作为开启电子设备的开关。用程序来指挥电子元件从而参与智能家居的设计，让学生感受自己距离人工智能越来越近，也给他们提供发挥想象力的空间。

学生在参与探究的过程中，由智能家居的一种功能问题入手，如人体感应灯。教师先提出问题：家里卫生间的灯，在黑天的时候，如果摸索开关非常麻烦，是否可以设计为“当感受到有人来时，灯自动被点亮”。学生模拟感应装置，并讨论其属于数字输入还是模拟输入，经历“发现—探究—设计作品—动手制作—编写程序—测试—修改优化—最终完成”的过程。在这一过程中，教师引导学生发现问题，分析问题，分工解决问题，最终完成作品。

基于图形化编程的智能创客教学课程案例

在整个教学活动过程中，学生和教师互相配合，教师全面了解、准确把握学生学情及学习需求，学生能在获得自主实践空间、个性化教学指导及可持续成长空间，从而全面提高课堂教学质量[3]。如六年级信息科技课程“生活中的传感器应用——设计智能家居”一课，教学目标是让学生能够理解模拟人感官的传感器模块的应用，可以根据智能家居的需求编写相应的程序并实现自动启用的相应效果。具体项目要求如图2所示。

在课堂上，学生分小组提出问题、讨论交流，一起探讨，找到解决问题的思路，并合作实施，完成团队写作，所有的学生都能有所收获。学生一起完成连接传感器与Micro：bit主板，并且编写程序调试，一步一步地实现智能家居的效果。上述四个项目由浅入深、层层递进，对学生的实际操作技能有进阶式训练。

图形化编程与创客教学的效果与评价

一是课堂教学活动实现全面参与。结合智能创客作品完成的结果看，学校六年级学生参与信息科技课堂教学活动的积极性大幅提升，表明新型教学方式和学习内容能更好地调动学生的学习兴趣[4]。二是对所学知识的实践应用能力。基于创客教育理念的智慧课堂教学方式不仅能帮助学生更好地理解学科知识，还能让学生的实践应用能力、问题解决能力和创新能力都得到同步提升。

通过开展创客教育活动，我们对目前学生的发展情况有了更加深入的了解，并在一线积累了大量的实践经验，为今后的教学设计和创客教育推广提供了有益的参考。

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，2022：4-11.

范文翔，张一春，李艺. 国内外计算思维研究与发展综述[J]. 远程教育杂志，2018，36（2）：5-19.

罗化瑜，瞿强. STEAM 教育理念下编程教学实施策略研究：以“救援英雄”编程课为例[J]. 创新人才教育，2018（4）： 62-66.

张进宝. 计算思维教育： 概念演变与面临的挑战[J]. 现代远程教育研究， 2019（6）： 89-101.

作者单位：北京市石景山区古城第二小学 北京教育学院石景山分院