基于掌控板的初中信息技术课程创客活动的设计与实施
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作者:韩亚慧
摘要：现代信息技术的飞速发展使得作为时代产物的信息技术课程也随之重新定位，创客活动教学作为顺应时代发展的新兴教学形式，已成为初中信息化教学的重要实践形式。文章主要对初中信息技术课程存在的问题和将掌控板融入初中信息技术课程的价值两方面进行了分析，并以“人体测温系统”为例，设计并实施了基于掌控板的初中信息技术课程创客活动，以便能更好地在信息技术课程中培养学生的核心素养和高阶能力，并提供实践案例参考。
关键词：创客活动；初中；教学；掌控板；信息技术
中图分类号：G642 文献标识码：A
文章编号：1009-3044（2022）32-0134-03
随着人工智能、大数据和互联网等现代信息技术的飞速发展，人类社会正走向以创新为核心的智慧时代[1]。信息技术课程作为时代化产物的一种，应重新进行定位，以根据新时代的要求重新赋能。信息技术课程可以通过改变传统的教学方式，培养学生的创造性思维和学科核心素养，引领学生未来发展[2]。掌控板是由创客教育专家委员会推出的一款专门用于教学的开源硬件，是一款为反应一线Python编程教学需求而开发出来的迎接信息技术新课改的产品。掌控板体积虽小，但是它集OLED显示屏、蜂鸣器、彩色Led灯、声音传感器、按钮、环境光传感器、Wi-Fi、加速度计等多种传感器于一身，性能强大且扩展性强。同时掌控板上手简单且易操作，只需一根USB数据线即可与电脑连接，实现代码上传与软硬件连接。掌控板不仅支持如Mind+和Scratch这类的图形化编程，还支持代码式Python编程，功能非常强大。此外，掌控板的用途也很广泛，可以用于造物，也可以用于轻松玩转物联网，还可以用于可穿戴的应用。目前掌控板已经成为中小学教师进行编程教育的好帮手，也是创客和编程爱好者的创作工具。
基于此，本研究在分析了现阶段初中信息技术课程实施存在的问题和将掌控板融入信息技术课程的价值的基础上，设计并实施了基于掌控板的初中信息技术课程创客活动，以期能够为提升学生信息技术核心素养提供实践指导。本文的主要目的是通过对基于掌控板的初中信息技术课程创客活动的实施，来探索出与时代发展相适应的信息技术教学方法，以便能在实际教学中提升学生学习的主动性和积极性，从而实现在信息技术课程中培养学生信息技术核心素养的目标。
1 现阶段初中信息技术课程教学实施存在的问题
1.1 教学模式陈旧
现代信息技术的飞速发展使得学生几乎人人都能接触到计算机和互联网，这就使得初中学生普遍对信息技术课程存在着较高的期待。而在初中阶段，大部分学校把精力主要放在了和中考相关的课程上，导致很多学校对信息技术课程不重视，或者占用其授课时间，使得信息技术课程教学模式陈旧且不符合课程特点。学生在学校实际学习信息技术课程的情况与自己的期望大相径庭，从而影响了其教学质量，导致信息技术课程无法发挥其教学价值[3]。
智慧时代的发展对信息技术课程提出了更高的要求，信息技术课程在教学中要培养学生的学科素养和创造性思维，但是其陈旧的教学模式使得这些目标变得遥不可及。所以，为了能够在初中信息技术课程中培养学生相应的思维和能力，必须对信息技术课程的教学模式进行一定的创新。
1.2教学内容比较固定
相比于其他课程，信息技术课程由于大部分学校的不重视，以及经常被其他主课（如语文、数学、英语等中考必考科目）占用的原因，导致其实际上课的课时很少。甚至有些学校的信息技术教师还经常会身兼数职，从而导致这些老师很难投入大量精力来充实自己的专业知识，这就使得信息技术课程的教学内容比较固定，无法及时进行更新。且随着现在信息技术的飞速发展，初中信息技术的知识体系也在发生着翻天覆地的变化。教师只有主动迎合信息技术的发展变化，并相应调整优化教学内容，才能使得信息技术课程的教学质量得到提高。同时，学校也应该加强对信息技术课程的重视程度，只有在学校和老师的双重重视下，信息技术课程的教学内容才能够与时俱进，不断更新。只有这样才能满足在该课程中培养学生信息技术核心素养的教学要求。
1.3 缺乏合作，“搭便车”现象严重
传统的信息技术教学模式很少会对学生进行分组，学生大都是听老师讲解相关知识，或者是听老师讲解如何完成一个项目，然后只要把这些知识牢记就好。这样培养的学生十分缺乏动手实践和合作完成任盏囊馐[4]。学生一般在遇到问题时会去求助老师，很少通过同伴沟通交流来解决问题，这导致学生之间的差距越拉越大。而且在实施以小组为单位的合作学习时，大部分情况下都是由学习成绩好的学生完成任务，其他小组成员很少参与任务合作，这种“搭便车”的现象很严重。
1.4 思想僵化，缺乏创新意识
传统的信息技术课程大多是学生根据教师提供的学习材料来模仿完成教师讲解的项目制作，很少会主动提出自己的想法或者项目创新改进意见，这使得学生只有单一地创作模仿思想，很少自己动脑思考如何在给定的项目基础上进行创新。仅模仿制作老师给定的项目，这种教学会使得学生的思想僵化，缺乏创新意识。智慧时代的教育核心就是创新[5]，所以信息技术课程也需要进行相应的改革，以便能在实际教学中培养学生的创新意识。
2 基于掌控板的初中信息技术创客活动的价值分析
2.1 时代发展的必然要求
随着现代信息技术的飞速发展，以“程序驱动”的数字化工具开始融入人们生活、工作和学习的方方面面，甚至成为人们身体的一部分，人们开始需要在学会使用这些工具的基础上，从深层次去理解这些工具，知道它们的使用方法和应用流程，并妥善处理好人与工具间的关系[6]，并从中学会发展相应的核心素养。掌控板作为应对新课改专门开发的一款开源硬件，小小的身体就集多种传感器于一身，性能强大且扩展性很强。同时，掌控板操作简单，不仅支持图形化编程而且支持Python代码编程。将掌控板融入初中信息技术课程创客活动是顺应时代发展的一种有效尝试，也是必然选择。
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2.2 有利于提高学生的学习兴趣
传统的信息技术课程只是讲解相关软件的操作知识与技巧，或者是简单的编程知识，很少涉及通过动手实践来进行学习的内容，这样的教学内容比较枯燥且不易吸引学生的学习兴趣。创客活动作为一种新型教学模式，将其融入信息技术课程，可以提高学生的学习兴趣，借助掌控板，学生可以通过做中学这种学习方式，亲身体验项目的整个制作过程，这样获得的知识能够极大地提高学生的学习兴趣和热情[7]。
2.3 软硬件相结合，提高动手实践能力
传统信息技术知识都是理论或者是软件方面的内容，将掌控板带入初中信息技术课程教学中，与Mind+结合使用，不仅可以教会学生相应的编程知识，而且可以让学生通过掌控板类的硬件搭建过程提升动手实践能力，这种把教学软硬件相结合的教学方式，能够让学生在学习相应编程知识的同时，还具备动手实践将想法变成现实产品的能力。这是顺应时代发展要求的一种教育教学方式，它能够培养学生的创造性思维和信息技术核心素养，还可以在一定程度上促进学生创造力的发展。
3 基于掌控板的初中信息技术创客活动的设计与实施过程
在初中信息技术课程中借助掌控板开展创客活动是初中信息技术课程教学顺应时代发展的一种有效尝试。传统的信息技术课程教学只是讲解一些软件的操作和相关知识与技能，很少涉及教学硬件与教学软件的结合，而将掌控板运用到初中信息技术教学中能有效培养学生的动手动脑能力，还能够培养其编程能力和创造性思维。下面以掌控板“人体测温系统”为例，具体分析了基于掌控板的初中信息技术创客活动的教学实施过程，每一个教学环节都是以学生为中心的，注重学生的体验学习和动手操作学习，当学生遇到小组讨论后还无法解决的问题时教师要及时给予针对性指导。
3.1 基础讲解，进行分组
在开始正式的授课之前，教师要给学生讲解关于本节课的基础知识，如使用掌控板有什么注意事项，使用教学软件Mind+时应该如何进行操作，如何把掌控板和Mind+结合起来使用等。在讲解完这些相关知识后，教师要根据班级每个学生的学习水平，对他们进行分组，使得每一个小组的学习水平都差不多，每个小组的人数是三个人。接著教师要让小组成员选出每一组的小组长和设备管理员，小组长负责管理小组的各项学习任务并协调小组成员之间的沟通交流，设备管理员负责保护和管理本组的实验器材。
3.2 设计问题情境，选定项目
在正式上课过程中，首先可以设置以下任务情境：“同学们，随着疫情的发展，现在不管是去哪些场所，我们都需要出示健康码、行程码并测量体温，以便检查该人是否有发烧情况，然后才允许进入公共场所。那同学们知道如何使用掌控板实现这个过程吗？我们是否可以借助掌控板和Mind+编程来实现对经过之人体温的测量？我们能否捕捉到企图不测量体温就偷偷进入公共场所的人？”学生在教师提出的问题情境的一步步引导下，就会联想到要将掌控板和其他能够测量温度和距离的传感器结合起来，通过制作一个测温测距仪来解决问题情境中遇到的问题。这样，“人体测温系统”的项目就此确定下来了，接下来学生们要以小组为单位进行分工合作，并制定相应的项目完成计划。
3.3 小组合作制作项目，教师对学生进行针对性指导
项目已经确定好了，接下来学生们要以小组为单位进行协作学习，共同完成项目制作和相关知识点的学习，学生的学习过程主要有以下几个过程：
首先是确定完成本项目所需的实验器材有：掌控板、掌控IO扩展板、SEN0304超声波传感器（该传感器既可以测量距离又可以测量温度）以及若干连接线。在拿到实验器材后要仔细聆听老师对这些器材的使用方法和将掌控板与Mind+软件结合使用等知识的讲解。
其次是进行小组分工，从网上搜索相关资料。然后小组在整理好搜集的资料的基础上，将掌控板和Mind+结合起来，画出本项目程序的流程图，并把硬件搭建起来。在这个过程中教师要观察学生有无硬件搭错的现象，并及时对其进行纠正。硬件搭建好后，学生小组可以进行头脑风暴，借助纸板或其他材料给搭建好的硬件产品设计外观形象，让其更加美观。硬件搭建的效果如图1所示。
然后，学生要根据自己组绘制的流程图在Mind+中进行图形化编程，并将编写好的代码上传到掌控板中，如图2所示。在这个过程中，有的小组遇到了自己小组讨论后都无法解决的问题，这时候就需要教师对这些小组进行针对性的指导，以帮助他们解决自己组难以解决的问题。
最后，小组成员要对实验项目进行完善，并总结归纳自己小组在项目制作过程中遇到的问题。在代码上传到掌控板后，要检查一下搭建好的硬件产品是否实现了我们项目所要求的功能，如果没有则要仔细检查代码，并对代码进行不断完善，直至最后使上传的代码能够让掌控板实现预期的效果，如图3所示。同时，小组还需要把自己组在做这个项目中遇到的问题总结起来并进行分享。
当然，在这个过程中不同的小组也可以在这个项目的基础上添加自己的想法，并对该项目进行一定的改进与完善。教师在学生的整个学习过程中，只在学生遇到无法自行解决问题的情况下对其进行针对性的指导，这种学习方式主要是以学生为学习主体进行的。
3.4 作品展示与评价
小组协作完成项目的制作后，要在讲台上向大家展示自己小组的作品、遇到的问题和解决方法、小组成员之间的分工和自我评价。在小组展示的过程中，其他组要对这个组的项目进行评价，评价的内容可以是对这个项目的内容评价，可以是汇报存在的问题，也可以是对项目提出的改进或创新建议。在这个过程中学生也可以讨论彼此小组在做项目时遇到的问题及相应的解决方法，还可以通过彼此之间的交流来归纳出更好地改进或解决办法。教师在这个过程中也要对学生的作品进行总结评价，这些评价是鼓励性的，目的是激发学生学习的积极性，并不断鼓励他们进行创新，鼓励他们积极发表自己的观点和想法。
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3.5 知识建构与反思改进
在观看别人作品展示的过程中，每一位同学都需要根据汇报组的项目内容绘制相应的思维导图，以便能够清晰地了解这个项目的具体内容，在评价的时候能够有理有据，从而培养学生的知识概括和批判思考的能力。在传统的作品展示中，学生不使用思维导图对汇报内容进行总结归纳，但这很可能会导致学生因为对项目的不了解而错过相关知识的学习，也可能会导致学生对其他小组作品的评价变得没有参考意义。
同时，汇报的小组要有一个人专门记录别人对自己组提出的创新或者改进的建议。汇报结束后，小组要在这些创新改进建议的基础上进行讨论交流，反思自己小组存在的问题，并提出对自己组的项目进行改进或创新的想法或方案，并把这些想法或方案写下来。
4 总结
基于掌控板的初中信息技术课程创客活动的设计与实施，是初中信息技术课程教学改革的一种新尝试。这种通过软件和硬件相结合来进行信息技术教学的方式，将会成为我国信息技术课程改革的一种必然趋势。
学生通过际动手操作把自己的想法变成现实产品的这种学习方式，能够大大加深学生对相关知识的理解和记忆，一定程度上提高学生学习的主动性和积极性。借助思维导图记录相关知识和创新想法的方式也能够培养学生的知识概括能力和发散思维。最后对项目进行评价并提出创新想法以及在这些想法基础上对项目进行改进创新的环节能够鼓励学生多动脑思考，并通过动手实践把想法变成现实。这种教学方式在一定程度上改变了传统教育模式陈旧的问题，使得学生的课堂学习更加丰富，学生在课堂学习中也变得更有活力，极大地改善信息技术课程的教学效果。
参考文献：
[1] 陈耀华，陈琳.互联网+教育智慧路向研究[J].中国电化教育，2016（9）：80-84，135.
[2] 刘雪飞，陈琳，王丽娜，等.走向智慧时代的信息技术课程核心素养建构研究[J].中国电化教育，2018（10）：55-61.
[3] 孙丽娜.初中信息技术教学中的问题及策略初探[J].新课程，2022（2）：174.
[4] 谢如.基于PBL的小学信息技术Scratch编程教学设计研究[J].中小学电教（教学），2021（5）：54-55.
[5] 冯熳，陈琳.信息化支持的智慧时代教育创新发展探索[J].中国远程教育，2018（6）：75-78.
[6] 李锋，熊璋.面向核心素养的信息技术课程：“数据与计算”模块[J].中国电化教育，2017（1）：27-32.
[7] 韦练.创客教育和STEAM教育的融合与创新[C]//融合信息技术・赋能课程教学创新――第六届中小学数字化教学研讨会论文案例集.北京，2021：307-310.
【通联编辑：王力】
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