数字技术赋能拔尖创新人才早期培养模式革新

数字技术有助于教师更新教育理念，丰富教学手段。创客课程是培养创新精神的重要实践载体，本文以“智能宠物管家”创客课程教学为例，探讨数字技术赋能拔尖创新人才早期培养模式革新的具体措施。

一、项目驱动，构建实践导向学习路径

课程伊始，教师将制作智能宠物管家的项目拆解为多个相对独立又紧密关联的子项目，具体包括硬件选型与搭建、软件编程实现功能、系统集成与测试等。

实施硬件选型与搭建子项目时，学生要先深入分析智能宠物管家应具备的各项功能，进而精准选择适配的硬件设备。例如，为了检测智能设备对宠物靠近的灵敏度，学生经过对比研究选用了性能稳定的红外传感器；在监测喂食量时，高精度的重量传感器成为他们的首选。在实际搭建过程中，学生需要仔细研读硬件设备说明书，了解其电气特性、接口类型与工作原理。他们仔细地连接各个传感器与微控制器（如Arduino开发板），通过排线、杜邦线等构建起硬件电路框架。在这个过程中，学生常常遇到接口不匹配、电路短路等问题，但正是在排查故障、解决问题的过程中，他们对硬件原理的理解逐渐从抽象知识转化为实践认知。

实施软件编程子项目时，学生依据宠物管家的功能逻辑，运用Python或Scratch等编程语言编写控制程序。选用Python语言的学生需要掌握基本的语法结构，学会调用传感器数据采集的库函数，以及运用条件判断、循环等语句实现智能控制的方式方法。比如，当红外传感器检测到宠物靠近喂食器时，程序要能迅速做出响应，控制电机驱动喂食器投放适量食物，并通过重量传感器实时监测喂食量。一旦发现喂食量异常，系统应立即触发预警机制，向主人发送提醒信息。在编程过程中，学生频繁遭遇代码报错、逻辑错误等困境。他们通过查阅资料、参考示例代码、请教老师和其他同学等方式，逐步调试代码，完善程序功能。这个过程锻炼了学生的逻辑思维能力与问题解决能力。

实施系统集成与测试子项目时，学生整合之前完成的硬件部分与软件部分，进行全面的功能测试。他们模拟各种实际使用场景，如不同时间段宠物的进食需求，不同环境、温度、湿度下的设备运行状况等，严格测试智能宠物管家功能实现情况。在测试过程中，学生一旦发现问题，如设备响应延迟、数据采集不准确等，就要综合运用硬件与软件知识，深入排查问题根源，针对性地优化与改进。

通过这一完整且连贯的项目实践过程，学生不仅熟练掌握了数字技术在硬件与软件层面的应用，还在解决一系列实际问题的过程中发展了创新思维，提升了实践操作能力。

二、数字平台，实现线上线下混合教学

数字技术的蓬勃发展为线上线下混合教学模式的实施提供有力支撑，这种模式在“智能宠物管家”课程教学中发挥显著优势。

在线上教学板块，教师充分利用功能强大的学习管理平台，如慕课、学堂在线等，上传精心准备的多元化教学资源。其中，编程基础教学视频由浅入深地讲解Python或Scratch编程语言的基本语法、数据类型、控制结构等基本知识，以生动形象的动画演示、案例分析，帮助学生轻松进人编程学习领域；传感器原理讲解文档详细剖析各类传感器的工作原理、技术参数、应用场景等，为学生选择与搭建硬件提供理论支撑；优秀案例分析依托国内外相关领域的前沿案例，展示智能设备的创新设计思路与实现方法，有利于拓宽学生的视野，激发他们的创新灵感。

学生可以依据自身的学习进度与知识掌握程度，灵活自主地安排学习时间与内容。对于难以理解的编程知识点，他们可以反复观看教学视频，深入思考关键算法的原理；对于传感器原理的疑问，他们可以随时查阅讲解文档，从中寻求答案。这种自主学习模式打破了传统课堂时间与空间的限制，让学生能够按照自己的节奏学习，充分满足了他们的个性化学习需求。

线下课堂教学活动聚焦于实践操作与小组讨论，教师现场指导学生组装硬件，手把手地教他们正确连接传感器与微控制器及检查电路连接正确性的方式方法，确保硬件设备能够正常工作。在程序调试阶段，教师密切关注学生的操作过程，及时发现并解决他们在代码编写、上传、运行过程中遇到的问题。例如，当学生遇到程序无法正常读取传感器数据的问题时，教师引导他们逐步排查代码逻辑、硬件连接以及传感器配置等方面的问题，帮助他们掌握调试技巧。

小组讨论环节是思维碰撞的主战场。学生围坐在一起，分享在线上学习过程中遇到的疑问，交流实践操作的新思路与新发现。有的学生提出通过优化程序算法，提高设备的响应速度；有的学生建议改进硬件布局，增强设备的稳定性。在激烈的讨论中，学生相互启发、相互学习，不断完善设计方案。

课后，学生通过线上平台提交作业，作业内容涵盖硬件设计图纸、程序代码、测试报告等。教师利用平台自带的数据分析功能，全面细致地分析学生的作业。通过分析学生代码编写的规范性、错误类型与频率，以及对知识要点的掌握情况，教师可以精准掌握每名学生的学习状况，了解学生的学习难点与薄弱环节。基于这些数据，教师针对性地调整教学策略：对于普遍存在的问题，在课堂上集中讲解；对于个别学生的个性化问题，通过线上沟通或线下辅导的方式给予帮助。

三、数据分析，推动教学个性化与精准化

在“智能宠物管家"课程教学全过程中，数字技术所具备的强大数据分析功能发挥着关键作用。

教师借助编程软件自带的代码分析工具，如PyCharm中的代码检查功能、Scratch的脚本调试工具等，以及学习平台的后台数据统计功能，全面收集学生学习过程中的多维度数据。这些数据包括学生代码编写错误类型，如语法错误、逻辑错误、变量命名错误等；学生学习时长，如学生在不同学习内容、不同学习环节上所花费的时间；学生作业完成情况，如作业提交的及时性、准确性、创新性；等等。

通过深度挖掘与科学分析这些数据，教师能精准洞察学生的学习难点。例如，当数据分析结果显示多数学生对基于机器学习的宠物健康状况预测算法的理解存在问题时，教师立即调整教学计划。一方面，教师增加针对性的理论讲解，通过引入实际案例、简化算法步骤、运用可视化工具等方式，帮助学生更好地理解算法原理；另一方面，教师安排更多的实践练习，让学生在实际编程操作中加深对算法的掌握，通过不断调试代码、优化算法，提高应用能力。

教师依据数据分析结果，精准识别出学习进度较快、基础知识掌握扎实的学生，并为他们提供拓展性学习资源。比如，推荐他们阅读前沿的学术论文，了解智能宠物管家领域的最新研究成果；引导他们参与开源项目，与国内外的开发者交流合作；鼓励他们尝试运用更高级的技术，如深度学习框架，对智能宠物管家进行功能创新，实现更精准的宠物行为分析、健康诊断等。

（作者单位：鄂州市梁子湖区宅俊中学）

（本文系湖北省教育科学规划2023年度一般课题“运用几何画板构建初中数学动态智慧课堂研究”的阶段性研究成果。课题编号：2023JB469）