基于开源硬件的数字化学习与创新课堂实践

摘要：作者尝试以陶行知先生的“教学做合一”教学论为指导，在STEM的大视域下，基于开源硬件开展人工智能编程教学课堂实践研究，形成引教、促学、创做的新型教学模式，寻求提升学生数字化学习与创新素养的最佳途径。

关键词：教学做合一;开源硬件;数字化学习与创新

中图分类号：G434  文献标识码：A  论文编号：1674-2117（2022）11-0047-02

陶行知先生的“教学做合一”教学论以推动学生创新为主旨，而信息技术学科的核心素养之一——数字化学习与创新是个体通过评估并选用常见的数字化资源与工具，有效地管理学习过程与学习资源，创造性地解决问题，从而完成学习任务，形成创新作品的能力，这与陶行知先生所提倡的教学做合一中的创新不谋而合。因此，笔者所在学校以陶行知先生的“教学做合一”教学论为指导，在STEM视域下，基于开源硬件的人工智能编程教学展开了课堂实践研究，并在八年级以开设实验班的形式开展了物联网编程教学实践，同时，在前期实践的基础上，进行经验总结，提炼思维。

● 教学做合一思想带来的启示

教学做合一思想强调教和学都要围绕“做”展开，这就要求信息技术教师要带领学生体验利用工具解决实际生活问题的过程。学生要在模仿教师操作的基础上进行创新，探究工具在其他生活问题中的应用，实现工具的创新应用和问题的创新解决。在整个教学活动中，教师要充分发挥引导者的作用，引导学生积极探索知识、掌握知识，让学生学会自主探究，主动积极地思考，对知识进行真正意义上的建构。

● 基于开源硬件的数字化学习与创新课堂教学模式

笔者在八年级开展了掌控板物联网编程的教学实践，构建了一个基于开源硬件的编程教学模式（如下页图1）。在该模式中，教师的角色从教授者转为引导者，有效地培养了学生数字化学习与创新能力。

1.引教

教师在课堂上重在引导学生自主创新，引导方式如下：

情境创设——引导学生创造性解决问题，情境的创设要源于生活又要能回归生活，服务于实际问题;

问题抛出——引导学生将问题转换为项目，在分析问题的基础上进行项目设计;

解决问题——在学生开展项目活动的过程中，教师成为程序救火员，哪个小组遇到问题，就去立刻解决;

引导评价——教师策划分享交流活动，引领思维提炼，实现迁移应用。

2.促学

教师围绕问题转换的项目选择合适的掌控板软硬件资源进行项目设计、算法设计。同时，在算法设计的引领下，学生基于mPython平台展开编程，反复调试运行，检验是否创造性解决问题，实现项目创新。最后，在教师的引领下学生进行设计思路、创新性思维、迁移问题解决思路的交流碰撞。

3.创做

物联网实验是提升学生数字化学习与创新能力的关键。在创做过程中，没有解决问题的标准答案，没有项目设计的唯一参考，有的学生天马行空，有的学生异想天开，有的则有可视化的作品呈现。

● 课堂教学实践思考

在实践掌控板编程教学的过程中，笔者制订了体验掌控板物联网的单元主题，并将其细分为智能手环、智慧家居、智慧农场三个子主题，在主题的引领下，通过掌控板、掌控板+掌控宝、掌控板+微信小程序+BLYNK手机APP三类软硬件资源设备支撑，形成掌控板物联网编程课程体系（如图2）。

在智能手环项目中，笔者为学生提供了一个关于掌控板各类传感器的知识卡片库，引导学生在初步认识这些传感器功能的基础上，自主选择合适的传感器和硬件资源来实现具体的功能。例如，在计步器项目中，学生先从传感器知识库里找到加速度传感器，再判定是否可行、是否行进一步，还有如何实现步数累计，在小组充分讨论思考的基础上，笔者再进行点拨。

在智能家居项目中，笔者为学生展示智能音箱、智能开关灯实体、生活场景视频来增强学生的代入感，并提供传感器、掌控板知识卡片库，引导学生自主选择。该项目的核心是要实现语音识别功能，还需要添加语音识别扩展应用，因此教师需详细讲解，以保证项目顺利完成。

智慧农场项目的难度较高，对设备的要求也很高，因此笔者设计的目标是拓宽视野，展开想象，大胆创想。

● 结束语

数字化学习与创新是信息技术学科的重要核心素养，学生的创新培养离不开教师的创新教学，教师只有敢于迈开创新改革的步伐，才能更好地培养学生的创新思维。

参考文献：

陶行知.陶行知文集[M].南京：江苏教育出版社，2008.