5-2-《智造机器人》小学S4A个性化课程实验-闪烁的星星——S4A小学课程体系实例之一2.5P

第一篇：5-2-《智造机器人》小学S4A个性化课程实验-闪烁的星星——S4A小学课程体系实例之一2.5P

《智造机器人》小学S4A个性化课程实验

龙丽嫦 自我国实施中小学信息技术教育以来，学术界一直在讨论学科的价值和定位，近年来尤为激烈。作为长期在教学田野里耕耘的教研员和一线教师，关注学科课程研究发展的同时，更多的努力是寻求解决课程实施问题的方法，找到发展的突破口，使课程目标与课程载体内容和教学操作减少落差，才能实现学科课程提出的育人目标和价值所在。

信息技术课程是一门年轻的课程，且其工具性和社会性极强，受技术的发展而产生的牵制和影响较大。同时，由于课程年轻，对其研究的广度、深度尚不足，以及实施过程中受师资水平、教材承载、课时设置、地区差异等各种因素影响，致使课程目标较多停留在软件操作层面，难以落实培养学生利用信息技术解决问题的意识和能力的目标。

随着信息技术的发展，目前信息技术课程体系已不能满足不同层次学校的学习需求。横观各地的教材和纵观多年来实施的信息技术课程情况，小、初、高三个阶段对课程呈现的逻辑框架及技术载体、教材组织呈现，是课程体系外显的关键性问题，也是影响课程落实的主要因素之一。

为寻求课程研究的突破口，笔者作为教研员先后引领区域开展过关于有效任务设计、虚拟机器人进课堂、Scratch创作等研究。在接触Scratch教学与计算思维理论之后，笔者认同引入计算思维作为信息技术学科课程的理论基础以及核心内在价值，以反映学科的核心性和稳定性，同时提升信息科学的不可替代性。目前，国内外对计算思维的研究仍然处于理论研究和实践的初步探索阶段。在2012年中国教育技术协会信息技术教育专业委会员研制《基础教育信息技术课程标准(2012版)》工作中，李艺教授等极力主张“机器人进课堂”，但是“机器人进课堂”要实现草根化、去精英教育，其硬件平台必须具备价格低廉且可自制、无需专用场室、开源可扩展和符合机器人的教育性要求，而且关键还需要形成一套可操作、可实施的课程内容体系。

基于此，广州市白云区景泰小学从2013年开始了S4A（Scratch for Arduino,它是基于Scratch的二次开发软件，是承载和培养计算思维的较好载体）课程研发的教学实验，并多次在区级、市级层面展示课例，并通过Scratch猫友群向全国传播，产生了一定的影响力。研发此课程的是景泰小学的信息技术教师曾祥潘老师。曾老师专业发展扎实，且具有电子硬件开发特长，平时喜欢摆弄电子产品及元器件，促使他成为开发软硬结合机器人个性化课程先行者之一。他构建的课程为《智造机器人》，以10个课时实现，每课完成一个小项目，最终目标是将支持学生完成一个“土制机器人”。课程以选修的方式开出，4～6年级的学生可选，每期课程收30人，逢周一下午第一节开展。目前已进入第二轮教学实验，基本成型的项目实例约有八个，但还需要实验修正。下面以“闪烁的星星”为例，呈现实例概况，案例由景泰小学曾祥潘老师提供。

闪烁的星星

——S4A个性化课程案例之使用随机积木控制LED闪烁

本课是《智造机器人》课程的第二节内容。在上一课，学生已经初步掌握Arduino板的安装及编写S4A程序控制Arduino板上的LED亮灭。本课在此基础上让学生了解LED的内部结构、掌握LED和电阻连接到控制板的方法、利用S4A的循环和随机数积木块编写LED控制程序，实现控制LED模拟星星闪烁的效果。

利用LED闪烁作为数据输出信号，是常见的反馈方式之一。在Arduino及其他单片机编程学习中，点亮LED是最为经典的案例。但是大多数案例较为单调，体现计算思维不足。为了增加学习内容的趣味性，加强学生对S4A编程思维认识，特设计LED模拟星星闪烁的学习内容，使学生加深对S4A的循环和随机积木块的理解。教学目标

知识与技能：初步了解LED的发光特性及电阻的作用；掌握LED与Arduino主控板的连接方法；懂得使用；能够使用S4A编写程序控制LED的发光。

过程与方法：通过观察LED与电阻的实物及图片，初步认识它们的外观及使用方法；2.亲历LED与电阻的连接及S4A程序编写控制LED的亮灭。

情感、态度与价值观：通过观察模仿，动手实践，养成认真观察、细心操作的良好习惯；通过问题驱动、现象观察、思考与实验探究，培养问题解决的方法意识和实践验证的习惯。

教学重、难点

教学重点：LED与电阻的连接方法、编写程序随机控制LED的亮灭。教学难点：LED与电阻的连接方法。器材准备 Arduino主控板、蓝色LED、470欧姆电阻、面包板、杜邦线、USB-AB线 教学过程 1.情景引入

师：大家在夜晚看过星星吗？星星看上去为什么会一闪一闪的？你看过关于星星的书或电视、电影吗？

学生对星星有一定的认识，纷纷把自己所了解的知识表达出来。师：每一颗星星都离我们很远，但是今天我们将制作一颗自己的星星！2.认识LED与电阻

（1）认识LED外观及内部结构

师：我们使用蓝色的LED来制作一颗星星。拿出零件盒里的LED，观察LED，说一说LED的外观是怎样的，内部又看到了什么？

学生观察LED，说出所看到的内容。

教师展示LED外观及内部结构图，简单介绍LED的内部结构、两个管脚正负极的辨认方法、LED对电源的特殊要求（正负极要区分，电流大小要限制）。

图1 LED外观及内部结构

（2）电阻的作用及外观

师：怎样限制通过LED的电流大小呢？我们一般使用电阻都要限制电流。请拿出零件盒里的电阻，观察电阻，说一说电阻的外观是怎样的。

学生观察电阻，说出所看到的内容。

教师展示电阻外观图，简单介绍电阻的用途及电阻上面彩色环的作用（标识电阻的大小及误差）。

图2 电阻外观及色环读取方法

3.线路连接方法

师：我们知道了LED和电阻的用途，怎样才能把两者连接到Arduino板上呢？ 教师出示连接图，介绍连接方法。

图3 LED、电阻与Arduino板的连接

学生对照连接图，完成LED、电阻与Arduino板的连接。

设计意图：LED、电阻连接Arduino主控板的操作十分重要。如果连接错误，轻则LED无法点亮，严重的会造成Arduino板烧毁。使用对照图示连线的方式可以降低操作难度。同时，利用小组成员互助，让动手能力强的学生帮助其他学生完成连线任务，确保连线正确。

4.编写LED控制程序（1）LED一亮一灭

师：LED连好线后，怎样控制LED的亮灭呢？在上一节课，我们曾经控制了Arduino板上第13号管脚的LED，刚才我们把蓝色LED也连接到13号管脚，我们可以用上一节课学习的方法控制蓝色LED。

图4 LED亮灭控制S4A程序

学生尝试编写程序控制LED亮灭，观察Arduino板及面板的LED，检查LED亮灭是否正常，小组交流。

设计意图：通过旧知识引入新学习内容，有助于学生掌握LED控制程序的编写。LED接入到13号管脚的目的是通过对比两个LED的发光状态，发现、检查连线有无发生错误。

（2）LED循环一亮一灭

师：刚才我们已经成功点亮了LED，但是我们看到的星星是不停地闪烁，有没有办法可以不用连续点开始绿旗，也可以使LED不停闪烁呢？

部分学生知道循环积木块的用途，指名回答。接下来，学生利用循环积木块编写LED连续闪烁控制程序。

学生小组内讨论：等待时间调到0.01秒或者去掉等待，LED的闪烁效果是怎样的？ 教师：小结循环积木块的用途及使用方法。

设计意图：在原有程序的基础上加入循环积木块的使用，可以有效降低学生对新知识的掌握难度。

（3）LED随机闪烁

师：刚才看到大家的LED是非常有规律地在闪烁，但是怎样才能使星星随机闪烁呢？ 教师介绍随机数积木块的使用方法。学生尝试使用随机积木块，完成随机闪烁程序的编写。

图5 LED随机闪烁程序

小组讨论：如果要控制LED闪烁得快一些，随机数范围应该怎样设置？慢一些呢？ 教师小结随机积木块的使用方法。

设计意图：通过层层深入，让学生懂得在完成一个项目过程中可以使用逐步逼近法。5.综合练习

师：刚才我们已经成功制造了一颗星星，能不能再制造一颗呢？让两颗星星互不干扰地各自闪烁。

通过小组讨论，确定LED连接方法及程序编写方向后，学生独立完成第二个LED的连接及程序的改编。教师转播、展示学生的程序，讲解程序编写的方法。

设计意图：通过综合练习巩固LED连接方式及深化循环、随机数模块的使用方法。6.课堂总结

师：今天我们认识了LED及电阻的用途及连接方法，还能够编写脚本控制LED的闪烁。下面的问题你能够回答吗？

（1）LED可以直接接到电源上吗？为什么？

（2）LED和电阻连接到Arduino板，程序运行后却不能点亮，原因可能有哪些？ 本课教学目的明确，围绕“认识LED及电阻→LED与电阻的连接→点亮LED→LED重复闪烁→LED随机闪烁”的教学主线，环环相扣、层层深入。从教学组织来看，教师既有传统的讲授，又给出了基于问题解决的探究任务。学生既有个体的动手操作，也有小组协作。从课堂表现来看，学生的参与兴趣十分浓厚，学习劲头足，思维活跃，自始至终投入最大的注意力到学习中来。基于《智造机器人》课程的电子元器件及套件价格低廉、可扩展，如果该课程能够研发出体系并教学实验推广成功，将对机器人进课堂实施普及性教育具有积极意义。由于该课程尚在开发初期阶段，从课程结构、内容选取、元器件准备和制作等方面还需要进一步斟酌研究，同时，教学方法的使用和教学过程的策略控制如何渗透计算思维的培养，也需要时间和实验去完善。此外，常态课堂的40分钟不利于此类动手装配与发展问题探究思维并存的课程，建议尽可能增加每次课程的时长，以利于每次项目主题课的充分实践与探究。

（作者单位：广东广州市白云区教育发展中心）