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    • 开源硬件项目学习助力信息课堂计算思维培养
    • 来源: |作者:李文丽|2020/12/28 9:20:00|浏览次数:662
    • 开源硬件项目学习助力信息课堂计算思维培养

      一、课堂背景

      信息技术作为一门实践性很强的学科,并不仅仅是软件的操作。随着大数据时代的到来,信息技术高速发展,无时无刻在改变着我们的生活和学习方式对于这些改变如何应对以及以何种态度进行应对信息技术课堂与开源硬件的结合有其独有的优势。

      在以前的信息技术课堂,教师往往更关注学生软件的学习和使用。随着人工智能的发展和信息技术的不断更新信息技术课堂教学更需要硬件的支持通过对硬件的使用,学生可以更好地去理解软件工作原理,能够对软件操作方法和内容进行掌握同时,学生能够利用硬件进行项目设计,完成一定的生活化问题解决方案设计和实施操作作为刚刚接触信息技术的小学生,复杂的硬件对他们来说使用相对困难。因此,把操作方便、原理简单的开源硬件加入到信息课堂,尤其是编程课堂的教学当中,是培养学生计算思维和创新意识的有效途径。

      二、计算思维

      美国卡内基梅隆大学周以真教授认为:计算思维的定义就是运用计算科学的基础概念进行问题求解,系统设计以及人类行为理解的涵盖计算机科学之广度的一系列思维活动。所谓计算思维的本质就是抽象和自动化。《信息技术课程标准》提出信息技术学科核心素养包括信息意识、计算思维、数字化学习与创新、信息社会责任。其中,计算思维是运用合理的算法形成解决问题的方案,并迁移到与之相关的其他问题解决中。高中课堂也纳入了关于计算思维培养的相关课程。这表明,计算思维已经已经成为培养创新人才不可忽视的一个重要判断标准。而中小学信息技术课堂是计算思维培养的一个关键场所。

      三、基于开源硬件项目学习的信息课堂计算思维培养

      以往的教学中,信息技术课堂往往照搬语文、数学课堂的教学模式。通过教师进行理论讲授,进行案例讲解,最终学生进行操作的传统教学方式。实际的教学过程中,往往缺乏对学生个性的了解以及学生兴趣点的掌握。另外,这种单调的教学方式往往脱离了现实的实际生活应用,没有结合学生的年龄特点和心理特点注重学生创新意识和计算思维的培养。对于学生的实际操作能力,也不能得到很好的练习和训练。

      (一)新教材为基础

      学生对于电脑的兴趣几乎可以说是天生他们对于每周的信息技术课充满了兴趣与期待。然而大多数同学是抱着玩电脑的想法来到了信息技术教室的。有的每次都是反复的更换桌面和屏保调整显示屏颜色和亮度,有的想趁着老师不注意打开游戏界面。但是往往学生玩电脑的想法总会受到老师学习技术教学活动的阻碍,败兴而归。但是随着信息技术新教材使用五五年级下册的教学内容改为了scratch编程学生的想法与老师的课堂教学活动终于在一定程度上达成了共识。学生可以在课堂上通过scratch编程编写一些画图程序、游戏程序,设计抽奖游戏。相对以前的教学内容,这一课程更针对于学生的兴趣,为计算思维的培养打下基础。

      (二)开源硬件助力

      信息技术教育绝不仅仅是教信息技术。我的大学老师曾经说过:信息技术这门学科的特点就是更新换代特别快,我们现在学到的知识、技术在你毕业以后,他可能已经是一种过时的信息技术。那我们为什么还要学习这些过时的信息技术呢?其实,我们更多的是学习利用信息技术解决问题的思维和意识。这句话对于小学信息技术课堂同样是有用的。对于学生进行的编程学习,我们的教学目标不是为了帮助孩子进行模块的编写和代码的记忆。我们的目的是孩子能通过学习,利用编程去解决生活中的实际问题,培养解决问题的计算思维。这样哪怕他们以后长大,遇到更新的程序、更新的人工智能、更新的信息技术,他们也知道使用这些技术的目的是什么,他们有了这种计算思维,面对什么样的技术,他们都能进行问题的处理和解决。

      而想要去解决生活中各种实际问题,仅仅软件上的编程是不够的,这需要强大的硬件做支持,结合小学生的年龄特点和理解能力,简单的开源硬件无疑是小学课堂最好的选择。学生在电脑上是编写程序,然后利用各种简单的小灯泡、二极管、电池、传感器以及面包板等进行搭建,通过硬件设施和编程的组合,能够更好的解决生活中的问题。这种编程与开源硬件结合,进行问题解决的思维方式,正是计算思维的本质。

      (三)项目学习为途径

      人工智能教育核心素养最重要的就是培养孩子的计算思维,俗话说:授人以鱼不如授人以渔,作为教师不仅需要教会学生知识,更要教会学生学习的方法,“why”比“what”更重要。因此,信息技术教学以项目为切入点,项目教学贯穿于整个教学过程达到培养学生学习能力和计算思维目的项目学习主要以学为主体,教师只是作为课堂的引导者,主要是负责激发学生的学习兴趣。项目式的学习更注重学生学习能力和学习方法的培养,注重培养学生的创新意识和创新思维。在信息技术课堂中实现项目学习的方法主要是通过实施一个完整的项目,在这个项目中,把知识学习技能训练以及学生计算思维的培养贯穿在整个教学过程中。课程实施将理论知识学习和实际项目创意制作结合在一起,学生通过理论学习后,对基本知识认知的基础上,进行项目主题设计与制作,最终实现项目。

      《幸运大转盘》课为例教学方法应用项目式教学。先让学生进行有效的项目分析,绘制项目的流程图。学生在绘制流程图的过程中,不仅能够找到需要的程序模块,更能明白这个大转盘的工作原理。随后利用掌控板进行程序编写和导入。把软件中编写的程序与硬件相结合,形成一个可以使用的抽奖工具。在项目实施过程中,生很容易掌握转盘的原理和工作方式今后在面对生活中类似问题的时候能够举一反三,提出合适的解决方案。通过这样的项目学习潜移默化的培养了他们的计算思维。

      (四)教师素养是保障

      俗话说,要给学生一碗水,你首先要有一缸水。老师的能力与眼界决定了教学的高度与宽度。基于开源硬件项目学习的信息技术课堂计算思维培养教师的素养也提出了更高的要求,教师首先要不断学习对开源硬件的知识进行掌握。要深入研究项目式学的特点,项目学更多的是以孩子为主,我们只是孩子的一个引路人。在对知识讲解的时候要精练清晰,抓重点,但是又不必要面面俱到。我们要允许并鼓励学生在实施项目中不断的犯错,学生在对错误的分析和解决的过程中,能够自己去发现知识,学习知识,这样更有利于学生计算思维的培养。以磁敏开关一课为例。教师主要对磁敏开关工作原理进行讲解。学生刚开始的时候很容易的就学会利用磁铁磁敏开关进行操作。但是,有的小组因为不小心把磁敏开关弄破,开关中的两条导线就不能接到一起了,这个小组的学生很聪明,他就想到了用电烙铁把两条焊丝焊到一块儿,可是焊到一块儿之后仍然没有形成通路,这是什么原因呢?他们小组的成员就开始进行讨论,最终,他们通过查找资料发现磁敏开关使用的是极易氧化的导线,它的开关内部充斥着惰性气体。磁敏开关破裂以后,惰性气体消失,导线就氧化了,即使焊接到一块儿,也无法形成通路。在这种自行进行尝试、讨论、解决、在尝试的过程中,孩子们就养成了自行解决问题思考的思维方式,也就是我们说的计算思维。

      、总结

      17年国务院颁发了《新一代人工智能发展规划》。《规划》明确指出:在中小学阶段设置人工智能相关课程、逐步推广编程教育、建设人工智能学科,培养复合型人才,形成我国人工智能人才高地。随着人工智能发展的不断普及,信息技术教学也进入了一个新的阶段。计算思维的作为信息技术的核心素养的培养对信息技术教学和信息技术教师既是机遇也是挑战我们要在充分深挖信息技术新教材内容的基础上,以开源硬件助力通过项目学习实施了解和应用编程的基本原理,着力提高学生的计算思维能力。

       


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