基于As—Block和Arduino教學(xué)的學(xué)生思維能力培養(yǎng)

林綺麗

【摘 要】 思維能力是學(xué)生在未來(lái)學(xué)習(xí)、工作、生活必備的一種能力，編程思維能力是小學(xué)信息技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)之一。本文從小學(xué)信息技術(shù)學(xué)科創(chuàng)客教育和教學(xué)中，對(duì)學(xué)生思維能力的發(fā)展進(jìn)行研究。從學(xué)生思維能力在問(wèn)題分析、算法設(shè)計(jì)、代碼優(yōu)化、材料改進(jìn)、描述表達(dá)等方面的表現(xiàn)，并從思維能力培養(yǎng)實(shí)施的問(wèn)題設(shè)計(jì)導(dǎo)向策略、啟發(fā)性策略、教學(xué)模式等方面呈現(xiàn)了思維能力培養(yǎng)的實(shí)施效果?；贏s-Block和Arduino的小學(xué)創(chuàng)客教育能較好地促進(jìn)學(xué)生思維能力的發(fā)生與發(fā)展。

【關(guān)鍵詞】 創(chuàng)客教育；思維能力培養(yǎng)；實(shí)踐研究

【中圖分類(lèi)號(hào)】 G64.22 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】 A 【文章編號(hào)】 2095-3089（2017）17-00-02

“科技興則民族興，科技強(qiáng)則國(guó)家強(qiáng)”。①在對(duì)中小學(xué)基礎(chǔ)教育現(xiàn)狀觀察中，我們可以看到，在以文化成績(jī)?yōu)槟J(rèn)衡量指標(biāo)的教育前提下，教師們教育教學(xué)更多關(guān)注的是知識(shí)與技能，對(duì)于思維能力培養(yǎng)，信息技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)的關(guān)注較少，然而隨著社會(huì)發(fā)展，思維能力成為學(xué)生未來(lái)學(xué)習(xí)、工作、生活必備而且最重要的能力?！八季S能力是成功解決某類(lèi)問(wèn)題所需要與知識(shí)相關(guān)的穩(wěn)定的主觀條件，它包括分析性思維能力和創(chuàng)造性思維能力兩種。分析性思維能力是指解決相似問(wèn)題的能力；創(chuàng)造性思維能力是指解決新異（解決者以前沒(méi)見(jiàn)過(guò)）問(wèn)題的能力”②。

Arduino是一款電子互動(dòng)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的軟硬件平臺(tái)，有時(shí)也叫做“電子積木”。由于其有豐富的外圍硬件模塊和大量的開(kāi)源軟件庫(kù)可以使用，因此其開(kāi)發(fā)互動(dòng)產(chǎn)品十分便捷。特別是電子制作競(jìng)賽、電子藝術(shù)品創(chuàng)意開(kāi)發(fā)等方面應(yīng)用很廣。③更重要的是，Arduino系統(tǒng)價(jià)格低廉，程序開(kāi)源，便于分享，非常適合普通中小學(xué)生學(xué)習(xí)使用。

但是Arduino有自己特有的編程語(yǔ)言，其語(yǔ)法規(guī)則類(lèi)似于C/C++語(yǔ)言。直接使用Arduino，需要較強(qiáng)的C語(yǔ)言編程能力，C語(yǔ)言對(duì)代碼的準(zhǔn)確性要求高，難度大，不適合小學(xué)生直接學(xué)習(xí)使用。

As-block是一款從Scratch演變過(guò)來(lái)的軟件，As-block代碼采用拖拽方式實(shí)現(xiàn)，并且可以直接轉(zhuǎn)化成Arduino所需要的C語(yǔ)言代碼完成創(chuàng)意創(chuàng)作。Scratch是《小學(xué)信息技術(shù)》教材教學(xué)的內(nèi)容之一，難度不大，As-block與Scratch的界面幾乎一樣，因此以As-block開(kāi)發(fā)平臺(tái)為載體，能夠降低編程難度，促進(jìn)學(xué)生的思維能力的發(fā)生與發(fā)展，很好地推動(dòng)小學(xué)創(chuàng)客教育。它弱化了技術(shù)，強(qiáng)化了思維能力、創(chuàng)造力，所有的代碼圖形化，并且所見(jiàn)即是所得。小學(xué)生在學(xué)習(xí)了As-block后，在生活中遇到了問(wèn)題，分析是否采用該平臺(tái)開(kāi)發(fā)創(chuàng)客作品，該平臺(tái)涉及到算法優(yōu)化度、代碼簡(jiǎn)潔性，最后將其作品應(yīng)用在真實(shí)生活中，解決了問(wèn)題，促進(jìn)學(xué)生思維能力的發(fā)展。

一、學(xué)生思維能力培養(yǎng)的環(huán)節(jié)

思維能力培養(yǎng)表現(xiàn)在真實(shí)學(xué)習(xí)、生活中遇到問(wèn)題，分析問(wèn)題的原因，使用As-block和Arduino平臺(tái)進(jìn)行作品創(chuàng)作，解決問(wèn)題，讓學(xué)生作品產(chǎn)品化，促進(jìn)思維能力的發(fā)展，尤其是創(chuàng)造性思維能力的發(fā)展，具體包括以下幾個(gè)方面：

（一）問(wèn)題分析環(huán)節(jié)的思維能力培養(yǎng)

學(xué)習(xí)了As-block和Arduino后，為學(xué)生提供了一條解決問(wèn)題的途徑與方法。學(xué)生在實(shí)踐生活中遇到問(wèn)題，學(xué)生會(huì)思考能否采用As-block來(lái)解決生活、學(xué)習(xí)中的問(wèn)題，并在分析問(wèn)題過(guò)程中，促進(jìn)了思維能力的發(fā)展。

（二）算法設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的思維能力培養(yǎng)

確定要使用As-block來(lái)解決問(wèn)題后，學(xué)生需要對(duì)作品進(jìn)行規(guī)劃與設(shè)計(jì)，這就涉及了算法的問(wèn)題，每個(gè)學(xué)生的思維方式不同，算法也不同，過(guò)程也不同，會(huì)帶來(lái)不一樣的作品效果，促進(jìn)思維能力的發(fā)展。

在學(xué)生完成作品后，鼓勵(lì)學(xué)生使用自己熟悉的軟件如畫(huà)圖、word等軟件畫(huà)出原理圖，促進(jìn)思維發(fā)展。

（三）代碼優(yōu)化環(huán)節(jié)的思維能力培養(yǎng)

在As-block代碼模塊編寫(xiě)過(guò)程中，同樣的效果，會(huì)有多種不同的方法來(lái)完成，在眾多方法中，可找出比較合理的方式方法，這就是思維能力表現(xiàn)在代碼優(yōu)化過(guò)程。

上面例子中如電機(jī)啟動(dòng)的時(shí)間，需要不斷地進(jìn)行嘗試進(jìn)行優(yōu)化。

（四）作品完善環(huán)節(jié)的思維能力培養(yǎng)

學(xué)生創(chuàng)作的作品最重要的是，能在真實(shí)世界中使用，而作品使用過(guò)程中再次發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，根據(jù)需求，對(duì)作品再完善，再創(chuàng)造，體驗(yàn)成就感，價(jià)值感。

以“智能語(yǔ)音分類(lèi)垃圾桶”作品為例，起先的垃圾筒蓋是使用積木搭建的，比較重，馬達(dá)有時(shí)難以開(kāi)合到合適的位置，學(xué)生就想辦法，減輕蓋子的重量，使用了塑料紙板來(lái)代替。

（五）對(duì)自己作品介紹和宣傳環(huán)節(jié)的思維能力培養(yǎng)

學(xué)生做完自己的創(chuàng)客作品之后，還需要對(duì)自己的作品進(jìn)行描述、介紹、制作宣傳展板等，學(xué)生在老師的指導(dǎo)下，不斷修改PPT演示文稿、錄制講解視頻、修改宣傳展板評(píng)委答辯等過(guò)程中，促進(jìn)了學(xué)生綜合能力的提高，促進(jìn)了思維的發(fā)展。

二、思維能力培養(yǎng)原則、策略和教學(xué)模式

教師需要設(shè)計(jì)具有一定價(jià)值的問(wèn)題，在作品創(chuàng)作的過(guò)程中，啟發(fā)學(xué)生進(jìn)行作品創(chuàng)作，以及如何開(kāi)展具有可操作性的教學(xué)模式。

（一）思維能力問(wèn)題設(shè)計(jì)導(dǎo)向原則

思維能力問(wèn)題設(shè)計(jì)導(dǎo)向，需設(shè)計(jì)與學(xué)生的學(xué)習(xí)、生活有著密切關(guān)系的問(wèn)題，具有趣味性的問(wèn)題，這樣能夠既能調(diào)動(dòng)學(xué)習(xí)積極性，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)欲望，又能增強(qiáng)作品應(yīng)用的價(jià)值，因此思維能力問(wèn)題設(shè)計(jì)導(dǎo)向原則是思維發(fā)展的基石。

1.計(jì)貼近學(xué)習(xí)、生活

設(shè)計(jì)貼近學(xué)生學(xué)習(xí)、生活中的問(wèn)題，能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，同時(shí)學(xué)生的作品能夠在真實(shí)生活被應(yīng)用，提升作品的應(yīng)用的價(jià)值，對(duì)于自己設(shè)計(jì)的作品，會(huì)更有成就感，價(jià)值感。

2.設(shè)計(jì)感興趣，趣味性

引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行作品創(chuàng)作，設(shè)計(jì)一些具有趣味性的問(wèn)題，讓學(xué)生喜歡，調(diào)動(dòng)學(xué)生的內(nèi)在動(dòng)機(jī)。endprint

例如：同學(xué)們?cè)趯?shí)際生活中，玩過(guò)真人版“打地鼠”游戲，請(qǐng)你結(jié)合生活中的游戲規(guī)則，設(shè)計(jì)一個(gè)As-block或者scratch“打地鼠”游戲。

在制作了電腦版打地鼠游戲后，還鼓勵(lì)學(xué)生思考能否做出實(shí)際的打地鼠裝置。

（二）思維能力培養(yǎng)啟發(fā)性策略

思維能力培養(yǎng)的啟發(fā)策略和以往的提示有很大的不同。啟發(fā)是指學(xué)生在嘗試解決問(wèn)題的過(guò)程中，遇到了困難，經(jīng)過(guò)努力，但是沒(méi)有有效的解決問(wèn)題時(shí)，教師利用另外一個(gè)問(wèn)題引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行思考，而提示僅僅是指直接告訴學(xué)生的知識(shí)與技能，這種提示沒(méi)有促進(jìn)學(xué)生的思維能力的發(fā)展。因此在思維能力培養(yǎng)啟發(fā)可以遵循以下三個(gè)策略：

1.提示最優(yōu)化

程序設(shè)計(jì)思維能力是學(xué)生自己解決問(wèn)題的過(guò)程中取得的，學(xué)生經(jīng)歷的越多，越充分，學(xué)生的思維能力培養(yǎng)效果就越好。因此在知識(shí)與技能方面，提示的越少，越準(zhǔn)確越好，讓學(xué)生體驗(yàn)其解決問(wèn)題的成就感和價(jià)值感。

2.盡量從人格、素質(zhì)進(jìn)行干預(yù)

評(píng)價(jià)可以三個(gè)方面對(duì)學(xué)生進(jìn)行干預(yù)：知識(shí)與技能、思維能力（分析性思維、創(chuàng)作性思維、實(shí)用性思維）、人格（開(kāi)放、靈活、理性、自信心）和素質(zhì)（態(tài)度、習(xí)慣、意志力）。在實(shí)際教學(xué)實(shí)踐過(guò)程中，學(xué)生在開(kāi)發(fā)As-block項(xiàng)目時(shí)，會(huì)遇到很多困難，教師若從人格、素質(zhì)上進(jìn)行干預(yù)的越多，越加能激發(fā)學(xué)生內(nèi)在動(dòng)機(jī)，并具有強(qiáng)大的意志力去克服困難，最終收獲成功。例如：鼓勵(lì)學(xué)生堅(jiān)持，強(qiáng)調(diào)其具有強(qiáng)大的意志力，良好的習(xí)慣，認(rèn)真的態(tài)度，包括經(jīng)歷困難、愉悅等；從人格上干預(yù)，講勵(lì)志故事，教師修養(yǎng)的感染等方面進(jìn)行干預(yù)。

3.學(xué)生提問(wèn)導(dǎo)向策略

當(dāng)學(xué)生編寫(xiě)程序，遇到困難時(shí)，可能會(huì)提出外形設(shè)計(jì)、程序設(shè)計(jì)、調(diào)試錯(cuò)誤等相關(guān)問(wèn)題，此時(shí)教師主要可以從促進(jìn)二種思維能力方向上引導(dǎo)：

例如：你覺(jué)得你的這個(gè)作品有什么價(jià)值？有哪些原因?qū)е履兀繉?duì)于這個(gè)問(wèn)題，你自己的怎么思考的？你是怎么實(shí)現(xiàn)的呢？假如你是用戶(hù)，你覺(jué)得使用過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)什么問(wèn)題？等一些具有較高思維含量的問(wèn)題，促進(jìn)學(xué)生思考，從而自己發(fā)現(xiàn)“幫助”。

（三）思維能力培養(yǎng)教學(xué)模式

思維能力培養(yǎng)的教學(xué)模式的基本觀點(diǎn)是“在項(xiàng)目學(xué)習(xí)中促進(jìn)思維的發(fā)生與發(fā)展”，基本的特點(diǎn)是“有問(wèn)題，能分析，會(huì)設(shè)計(jì)，敢動(dòng)手，樂(lè)分享”。該教學(xué)模式在時(shí)間上安排，既可以應(yīng)用于一個(gè)課時(shí)，也可以應(yīng)用于連續(xù)幾個(gè)課時(shí)才能完成一個(gè)教大的一個(gè)項(xiàng)目。

通過(guò)該模式實(shí)踐研究發(fā)現(xiàn)，以As-block和Arduino程序設(shè)計(jì)為載體，能夠較好的促進(jìn)思維能力的發(fā)生與發(fā)展。下面以“熱飲自動(dòng)降溫智能機(jī)器人”教學(xué)指導(dǎo)為例，談?wù)劷虒W(xué)活動(dòng)過(guò)程。

1.熟悉問(wèn)題

教師可呈現(xiàn)出貼近學(xué)生需求性問(wèn)題，可包括生活或?qū)W習(xí)中遇到的問(wèn)題，結(jié)合Arduino的優(yōu)勢(shì)，或者根據(jù)學(xué)生生活中提出需要優(yōu)化的項(xiàng)目。學(xué)生根據(jù)問(wèn)題情景，提取需求的信息，并結(jié)合已往學(xué)習(xí)Scratch相關(guān)知識(shí)，提出自己的想法。

問(wèn)題情景：

在生活中我們經(jīng)常發(fā)現(xiàn)熱飲非常燙，不注意的情況下還會(huì)燙傷。人們?cè)陲嬘脮r(shí)，為了達(dá)到適宜飲用的溫度，我們需要通過(guò)不斷的冷卻、品嘗、再冷卻、再品嘗的過(guò)程，為了能減少繁瑣反復(fù)的程序，您能夠通過(guò)As-block和Arduino相關(guān)知識(shí)，設(shè)計(jì)一款能夠自動(dòng)感溫并降溫到適宜飲用溫度的智能機(jī)器人嗎。

還要注意設(shè)計(jì)的產(chǎn)品，外形美觀哦。

在該問(wèn)題提出后，學(xué)生們有不同的想法，需要給他們一個(gè)表達(dá)自己的想法的平臺(tái)，可采用觀點(diǎn)匯報(bào)等活動(dòng)方式，其中內(nèi)容包括他們思考的過(guò)程，以及如何解決的策略。例如：解決策略，可以有不同的觸發(fā)方式、代碼不同的實(shí)現(xiàn)方式、需要哪些傳感器等等。在這個(gè)活動(dòng)中，學(xué)生們需要對(duì)問(wèn)題過(guò)程和策略進(jìn)行詳細(xì)分析，并需要站在使用者角度去思考問(wèn)題，促進(jìn)學(xué)生的分析性思維的發(fā)生。

2.項(xiàng)目設(shè)計(jì)

熟悉問(wèn)題后，雖然學(xué)生有著自己的想法，但是需要將其想法進(jìn)行整理分類(lèi)，在思想整理過(guò)程中，可參考使用項(xiàng)目設(shè)計(jì)表（如表1）：

三、結(jié)束語(yǔ)

思維能力提升一直是教育教學(xué)工作追求的主題，也是一大難題。筆者在基于As-block和Arduino的小學(xué)創(chuàng)客教育思維能力培養(yǎng)教學(xué)實(shí)踐嘗試中，取得了一些進(jìn)展，但是思維能力教學(xué)之路還需要不斷改進(jìn)、思考、和實(shí)踐，在努力中成長(zhǎng)。

注釋?zhuān)?/p>

①深化科技體制改革 增強(qiáng)科技創(chuàng)新活力 真正把創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展戰(zhàn)略落到實(shí)處[N].人民日?qǐng)?bào)，2013-07-18：1

②北京師范大學(xué)崔光佐教授《思維能力的教學(xué)理論與實(shí)踐》

③楊繼志，楊宇環(huán).基于Arduino的網(wǎng)絡(luò)互動(dòng)產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)，2011.11.24

參考文獻(xiàn)：

[1]崔光佐.思維能力的教學(xué)理論與實(shí)踐[M].高等教育出版社，2014.

[2]趙海燕.思維教學(xué)[M].中國(guó)輕工業(yè)出版社，2001.

[3]來(lái)華英.學(xué)科核心素養(yǎng)的校本化初探2016年第6期教育與教學(xué)

[4]孔凡哲.從結(jié)果評(píng)價(jià)走向核心素養(yǎng)評(píng)價(jià)究竟難在何處？教育測(cè)量與評(píng)價(jià)2016年05期

[5]楊繼志，楊宇環(huán).基于Arduino的網(wǎng)絡(luò)互動(dòng)產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)，2011.11.24endprint