張明

摘要：本文以教學(xué)實踐為基礎(chǔ)，闡述了如何通過項目推進，引導(dǎo)學(xué)生利用Scratch軟件進行針對智能硬件的編程，實現(xiàn)諸如“節(jié)能智能燈”“溫控自動風(fēng)扇”等項目的創(chuàng)造，提高學(xué)生創(chuàng)新能力，使其體驗成功的樂趣。

關(guān)鍵詞：Scratch;開源智能硬件;分層導(dǎo)學(xué)

中圖分類號：G434? 文獻標(biāo)識碼：A? 論文編號：1674-2117（2019）06-0028-03

培養(yǎng)創(chuàng)新能力一直是新課標(biāo)的重要理念，《小學(xué)信息技術(shù)新課程標(biāo)準(zhǔn)》中明確指出：要讓學(xué)生具有應(yīng)用信息技術(shù)的能力;要注重培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實踐能力。引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)生活中的問題，思考并尋找解決方法，使其以積極探索的態(tài)度，綜合運用所學(xué)信息技術(shù)知識和能力，創(chuàng)造性地解決問題。

Scratch的模塊化編程教學(xué)引入小學(xué)信息技術(shù)教學(xué)，開拓了小學(xué)信息技術(shù)的新天地，使枯燥的編程教學(xué)變得生動有趣，一幅幅漂亮工藝畫、一個個實用小程序、一個個趣味小游戲在學(xué)生的手中誕生，學(xué)生的創(chuàng)造性和想象力得到了很大提高。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合開源智能硬件，可以使學(xué)生的創(chuàng)造實體化、實用化、生活化，更好地發(fā)揮學(xué)生的創(chuàng)造性，以及解決實際問題的能力。

開源智能硬件與Scratch

開源智能硬件包含兩個概念：開源硬件和智能硬件。開源硬件是繼承開源軟件的思想開發(fā)的，開源硬件的開發(fā)者將硬件所有資料包括原理圖、零件列表等公開，任何人或組織都可以使用這些資料。而智能硬件是繼智能手機之后的一個科技概念，是指通過軟硬件結(jié)合的方式，對傳統(tǒng)設(shè)備進行改造，進而讓其擁有智能化的功能。智能化之后，硬件具備連接的能力，實現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)的加載，形成“云+端”的典型架構(gòu)，具備了大數(shù)據(jù)等附加價值。簡單來說，開源智能硬件就是可以依托軟件開發(fā)系統(tǒng)進行編程，使之實現(xiàn)指定功能的智能化硬件產(chǎn)品。

Scratch軟件是一款由麻省理工學(xué)院（MIT）設(shè)計開發(fā)的面向少年的簡易編程工具。這款軟件的特點是構(gòu)成程序的命令和參數(shù)通過積木形狀的模塊來實現(xiàn)。其本身并不是開源硬件的軟件開發(fā)工具。但是經(jīng)過努力，結(jié)合自身產(chǎn)品，很多廠商都推出了帶有硬件編程接口的Scratch軟件定制版，這就為小學(xué)階段實施基于Scratch的開源智能硬件編程打下了基礎(chǔ)，也能為學(xué)生將來學(xué)習(xí)Arduino智能硬件編程做鋪墊。

編程教學(xué)的實施

以“節(jié)能智能燈”項目為例，將整個教學(xué)活動分成如下頁圖1所示的五步。

1.合作討論，提出項目

問題是開啟任何一門科學(xué)的鑰匙，恰當(dāng)?shù)膯栴}是良好學(xué)習(xí)的開端。問題的發(fā)現(xiàn)要來源于生活，問題的存在本身就反映了生活中的某個需求。激活學(xué)生的問題細胞，讓學(xué)生進入主動思考、發(fā)現(xiàn)問題的狀態(tài)，激發(fā)學(xué)生的問題意識。

筆者在進行“節(jié)能智能燈”項目時，創(chuàng)設(shè)了“校長請大家?guī)兔鉀Q學(xué)校用電比較浪費”的情境，引導(dǎo)學(xué)生觀察學(xué)校里的燈具使用情況，小組討論并思考，得出“設(shè)計一款可以人來亮、人走滅和白天滅、晚上亮的智能燈具”的項目設(shè)計思路（如圖2）。

在整個項目的提出和設(shè)計的過程中，教師只是一個旁觀者、引導(dǎo)者。觀察、設(shè)計都由學(xué)生分組合作完成，培養(yǎng)學(xué)生的分析能力和項目設(shè)計能力。由于學(xué)生的能力不同，教師要對小組內(nèi)成員進行合理分工，讓他們分別負責(zé)如觀察、討論分析問題、設(shè)計圖紙等不同任務(wù)。

2.依據(jù)實際，分析需求

在完成項目整體設(shè)計和流程圖設(shè)計的基礎(chǔ)上，教師要根據(jù)學(xué)校的開源智能硬件配備情況，進行需求分析，如采用怎樣的智能硬件進行編程，可以實現(xiàn)項目設(shè)計時所要達成的功能。

本項目中，在學(xué)生完成項目設(shè)計和流程圖設(shè)計后，根據(jù)需求，筆者決定以智能開發(fā)板為基礎(chǔ)，綜合利用光線感應(yīng)器、人體紅外感應(yīng)器等智能硬件，來實現(xiàn)指定功能（如圖3）。

在項目需求的分析中，教師的角色轉(zhuǎn)變?yōu)椤巴其N員”，介紹本校開源智能硬件的配備情況及其功能，由學(xué)生自主進行分析，哪些硬件可以實現(xiàn)本項目所需要的功能，如果編程，該怎樣進行。經(jīng)過這樣的鍛煉，學(xué)生的分析能力和利用資源解決實際問題的能力得到了培養(yǎng)。

3.自主編程，實施創(chuàng)作

軟硬件都確定以后，接下來就可著手引導(dǎo)學(xué)生進行項目的實際編程。編程的過程分為兩步，一是設(shè)計程序流程草圖，確定程序的整體結(jié)構(gòu)和需要用到的模塊，二是據(jù)此進行實際模塊化編程。由于學(xué)生的程序設(shè)計和理解能力差別較大，筆者在教學(xué)時采用了分層導(dǎo)學(xué)，對不同學(xué)生提出不同設(shè)計要求，力求實現(xiàn)所有人都有所收獲、不同的人在學(xué)習(xí)中有不同的收獲。

本項目中，學(xué)生先是進行了程序流程圖設(shè)計，利用兩次判斷架構(gòu)進行功能的實現(xiàn)，然后進行了實際的程序設(shè)計：當(dāng)綠旗被點擊—判斷光線感應(yīng)器值是否大于200—是（燈滅）—否（判斷人體紅外感應(yīng)器的值是否大于200）—否（燈亮）—是（燈滅）—等待60秒—程序重復(fù)（如上頁圖4），學(xué)生程序作品如上頁圖5所示。

通過先設(shè)計后制作的編程過程，引導(dǎo)學(xué)生意識到凡事預(yù)則立不預(yù)則廢，樹立設(shè)計意識，為學(xué)生創(chuàng)造想象空間，有效提高學(xué)生的設(shè)計規(guī)劃技術(shù)和實際編程能力。

4.回顧反思，優(yōu)化產(chǎn)品

比爾·蓋茨曾經(jīng)說過，“沒有什么東西比成功更能增加滿足的感覺，也沒有什么東西比成功更能鼓起進一步追求成功的努力”。當(dāng)學(xué)生完成項目的程序設(shè)計以后，實際教學(xué)中不應(yīng)滿足于現(xiàn)狀，而是應(yīng)該將其作為拓展教學(xué)的契機，引導(dǎo)學(xué)生思考如何進行程序或產(chǎn)品的優(yōu)化，來更好地解決生活中的實際問題?；蛘咦寣W(xué)生互相進行討論，提出對產(chǎn)品的意見或建議，拓寬學(xué)生的思路和設(shè)計理念。

本項目設(shè)計中，學(xué)生完成整體程序設(shè)計后，基本掌握了兩次判斷架構(gòu)的程序設(shè)計和光線感應(yīng)器、人體紅外感應(yīng)器的應(yīng)用。在此基礎(chǔ)上適當(dāng)放手，給學(xué)生自由發(fā)揮的空間，引導(dǎo)學(xué)生舉一反三，拓展能力，將知識遷移應(yīng)用，運用已有知識結(jié)構(gòu)優(yōu)化或者開發(fā)新工具。例如，通過判斷值的改變更精確地進行外界光線明暗和人體感應(yīng)的判斷，防止出現(xiàn)誤觸發(fā);通過等待時間的精確設(shè)計實現(xiàn)不同地點亮燈時間的不同變化，更好地節(jié)約能源等。

通過分析，引導(dǎo)學(xué)生對解決問題過程中的思路和所使用的策略進行反思，通過不斷的反思進行提煉整合，從而產(chǎn)生解決實際問題的有效策略，使方法實現(xiàn)最優(yōu)化。而解決問題的教學(xué)不應(yīng)把實現(xiàn)功能作為唯一教學(xué)目標(biāo)，而應(yīng)把眼光放在培養(yǎng)學(xué)生能力上，發(fā)展學(xué)生問題意識、策略水平和元認(rèn)知水平，最終實現(xiàn)發(fā)展學(xué)生的創(chuàng)造力。

5.分享作品，享受成功

任何一個作品都是集體智慧的結(jié)晶，在完成作品的過程當(dāng)中，學(xué)生們在物質(zhì)上分享資源，在精神上分享知識和成功的喜悅。這種分享精神有助于培養(yǎng)學(xué)生的合作意識，有助于其以后更好地融入社會。

項目完成后，在教師的引導(dǎo)下，各小組之間進行了作品共享，學(xué)生互相欣賞作品，提出自己作品的設(shè)計思路，發(fā)現(xiàn)對方作品中的亮點，進一步思考如何優(yōu)化自己的產(chǎn)品。互相的討論迸發(fā)了智慧的火花，互相的欣賞使他們收獲了成功的喜悅。

基于Scratch的開源智能硬件編程緊隨最新的科技發(fā)展潮流，采用了最適合小學(xué)生學(xué)習(xí)的模塊化編程學(xué)習(xí)法，經(jīng)過一學(xué)年的教學(xué)，學(xué)生完成了多個用于解決實際問題的程序和硬件作品。接下來，筆者要將教學(xué)活動整理編撰，設(shè)計主題教學(xué)活動，力爭實現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容科學(xué)化、實效化、教材化。

參考文獻：

[1]淺談Scratch平臺下學(xué)生四個意識的培養(yǎng)[EB/OL].http：//www.docin.com/p-1396140035.html.

[2]廖巍.終于輪到開源硬件了[EB/OL].http：//www.docin.com/p-1136545648.html.