創(chuàng)客教育培養(yǎng)學(xué)生信息技術(shù)核心素養(yǎng)的策略

王春艷

【摘 要】本文借助案例“智能光平衡學(xué)習(xí)桌板”來呈現(xiàn)以信息技術(shù)為主要手段的創(chuàng)客教育學(xué)習(xí)過程以及進(jìn)行社會(huì)生活問題解決的基本流程，并從信息技術(shù)核心素養(yǎng)發(fā)展的不同階段來分析如何落實(shí)創(chuàng)客教育的具體目標(biāo)，達(dá)到創(chuàng)新造物的目的。

【關(guān)鍵詞】創(chuàng)客;信息技術(shù)教育;核心素養(yǎng)

【中圖分類號(hào)】G434? 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】B

【論文編號(hào)】1671-7384（2022）04-062-03

高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)中明確提出，要充分注重對(duì)學(xué)生信息技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)，其中包括信息意識(shí)、計(jì)算思維、數(shù)字化學(xué)習(xí)和創(chuàng)新，以及信息社會(huì)責(zé)任。以信息技術(shù)為主要手段的“智能光平衡學(xué)習(xí)桌板”項(xiàng)目的開發(fā)過程呈現(xiàn)了在信息技術(shù)核心素養(yǎng)培養(yǎng)的不同階段落實(shí)創(chuàng)客教育目標(biāo)的不同策略和方法。本課例輔導(dǎo)過的學(xué)生獲第34屆上海市青少年科技創(chuàng)新大賽一等獎(jiǎng) 。

用信息意識(shí)理解世界

1.情境分析，尋找關(guān)鍵信息

在創(chuàng)客教育中“造物”是核心特征，現(xiàn)實(shí)應(yīng)用和改變是其目標(biāo)。這些“造物”的設(shè)想最初來源于生活場(chǎng)景中遇到的“困惑”或“不舒服”。借助信息意識(shí)去分析這些情境下的“痛癢點(diǎn)”是問題解決的第一步。

“智能光平衡學(xué)習(xí)桌板”的痛點(diǎn)來源于近年來中小學(xué)生視力問題的上升趨勢(shì)。針對(duì)這個(gè)痛點(diǎn)，教師引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注情境下的相關(guān)信息并討論引發(fā)視力下降的原因。首先，引導(dǎo)學(xué)生以一天的生活場(chǎng)景為主線，梳理使用視力的主要場(chǎng)景。學(xué)生從睜眼到最后關(guān)燈睡覺，主要的場(chǎng)景以在家和學(xué)校切換頻率最高，因此鎖定青少年的主要用眼場(chǎng)景為學(xué)校。其次，引導(dǎo)學(xué)生以生活事件為線索，關(guān)注使用視力頻率比較高的事件。它們分別是上課、看書寫字和使用電子產(chǎn)品。這三個(gè)事件對(duì)于不同的人出現(xiàn)的時(shí)間頻率存在差異，但整體來看，青少年階段聽課讀書寫字是使用視力密集的主要事件。最后，引導(dǎo)學(xué)生采用查找資料、尋訪專家等方法調(diào)研關(guān)于視力下降的原因。

學(xué)生以信息意識(shí)在用眼場(chǎng)景和用眼事件間建立關(guān)聯(lián)并得出結(jié)論：雖然視力下降與遺傳、飲食和健康、讀寫習(xí)慣有關(guān)系，但是其最重要的因素是所處的光環(huán)境質(zhì)量，即保護(hù)視力的關(guān)鍵是保證個(gè)人所處的光環(huán)境內(nèi)的光通量。

2.信息關(guān)聯(lián)，從情境導(dǎo)向轉(zhuǎn)向問題導(dǎo)向

思維的動(dòng)力來源于問題意識(shí)。問題解決需要學(xué)生將關(guān)鍵信息抽象出問題本質(zhì)，并能轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)可以處理的問題。教室光環(huán)境是環(huán)境問題，視力是個(gè)人問題。通過關(guān)聯(lián)分析可找出這兩個(gè)問題鏈接點(diǎn)是學(xué)生在教室具體位置的光環(huán)境到底如何。學(xué)生可從使用者的角度根據(jù)以下問題對(duì)教室的具體光環(huán)境進(jìn)行調(diào)研：第一，目前教室燈光配置如何？第二，每個(gè)座位具體光通量數(shù)值是多少？第三，對(duì)于科學(xué)用眼，還有什么干擾因素？

這些問題的提出讓學(xué)生對(duì)于教室光環(huán)境有了比較全面的評(píng)估。將解決視力問題轉(zhuǎn)換成解決教室光環(huán)境問題再轉(zhuǎn)換成解決學(xué)生個(gè)人光環(huán)境的光通量問題。最終確定靶心問題：如何保證教室個(gè)人的桌面光通量在科學(xué)范圍內(nèi)，即完成了從情境導(dǎo)向到問題導(dǎo)向的轉(zhuǎn)變。

用計(jì)算思維思考世界

計(jì)算思維的能力習(xí)得主要表現(xiàn)為能夠用計(jì)算機(jī)處理的方式界定問題，抽象特征，建立模型;能夠合理組織數(shù)據(jù)，通過判斷、歸納、分析、綜合相關(guān)信息，推演出算法，形成解決問題的方案并遷移到類似問題中。

1.以計(jì)算概念理清事件的關(guān)系，問題結(jié)構(gòu)化

簡(jiǎn)約化是計(jì)算思維解決問題的第一步，結(jié)構(gòu)化是計(jì)算思維解決問題的關(guān)鍵點(diǎn)。教師可引導(dǎo)學(xué)生首先對(duì)解決的問題整體梳理，然后借助順序、遞進(jìn)、并行、拆分等方法，將要解決的問題分解成一些小問題，最后借助思維導(dǎo)圖梳理問題，建立結(jié)構(gòu)化模型。

確定靶心問題實(shí)質(zhì)，學(xué)生完成問題解決的場(chǎng)景轉(zhuǎn)換。對(duì)靶心問題再進(jìn)行拆解：一是教室個(gè)人桌面的光通量如何測(cè)量;二是教室個(gè)人桌面的光通量主要來源;三是不足的光通量如何補(bǔ)充。

對(duì)以上分解問題，學(xué)生可開展討論并探究不同的解決方法，落實(shí)可實(shí)施性。保證個(gè)人桌面光通量可借助教室整體光源+局部光源的解決方案。整體光源一般由學(xué)校統(tǒng)一設(shè)置，因此問題的解決便聚焦在如何利用技術(shù)使用局部光源來保證個(gè)人光通量的問題。問題解決再次轉(zhuǎn)換成如何添加光源設(shè)備并進(jìn)行智能檢測(cè)和設(shè)置來滿足不同時(shí)間段桌面光通量的需求，形成最終問題結(jié)構(gòu)化模型，如圖1所示。

2.計(jì)算思維可視化，對(duì)接編程語言

計(jì)算思維培養(yǎng)的關(guān)鍵點(diǎn)是抽象能力的培養(yǎng)，即將自然屬性問題抽象成為計(jì)算機(jī)能夠識(shí)別并處理的問題。其過程主要是界定問題，梳理問題解決的流程，形成算法。雖然學(xué)生理清了提高桌面光通量的一些主要因素，但是自然語言描述轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)語言描述，必須要通過計(jì)算問題抽象、程序語言模塊對(duì)接等方式才可能完成。

對(duì)于“智能光平衡學(xué)習(xí)桌板”項(xiàng)目，學(xué)生根據(jù)家里可調(diào)LED臺(tái)燈的操作方法，結(jié)合教室實(shí)際使用情況，梳理了一個(gè)智能LED燈自然操作的流程。再將流程圖內(nèi)自然語言對(duì)接轉(zhuǎn)換成可執(zhí)行的計(jì)算機(jī)語言，完成了第二次抽象過程。

3.計(jì)算思維具體化，設(shè)計(jì)算法流程圖

自然操作流程圖，從功能上解釋了提高桌面光通量的過程，涉及光照度傳感器、LED等待、MOS管開關(guān)等智能元器件。將其流程反饋在具體適用場(chǎng)景會(huì)發(fā)現(xiàn)，并不能完全解決所有的場(chǎng)景問題，對(duì)應(yīng)的計(jì)算機(jī)程序模塊也不夠清晰。為此需要進(jìn)一步抽象計(jì)算概念，調(diào)整寫出對(duì)應(yīng)Arduino實(shí)現(xiàn)的算法流程圖，如圖2。

計(jì)算機(jī)算法流程圖與功能自然操作流程的最大差別就是強(qiáng)調(diào)了計(jì)算機(jī)編程的指令性。從流程圖到算法的過程完成了對(duì)學(xué)生從功能到腳本圖的正向引導(dǎo)，加強(qiáng)了計(jì)算思維培養(yǎng)的有序性和整體性。

用編程語言表達(dá)世界

表達(dá)世界對(duì)于每個(gè)學(xué)科都需要不同的形式。以上算法流程圖的描述，需要利用編程語言有條理地表達(dá)解決問題的思路、方法和過程，這是計(jì)算思維的外在表現(xiàn)形式。

1.編寫腳本，反向理解意圖，驗(yàn)證計(jì)算觀點(diǎn)

計(jì)算機(jī)編程解決問題具備多樣性和開放性特點(diǎn)。多腳本方案不僅可以提高對(duì)編程工具語言的掌握，更可以提高計(jì)算思維的異質(zhì)特點(diǎn)，促進(jìn)計(jì)算思維和創(chuàng)新精神培養(yǎng)。

在“智能光平衡學(xué)習(xí)桌板”項(xiàng)目中，腳本編寫完畢后需要將代碼對(duì)應(yīng)元器件連接結(jié)構(gòu)以及功能實(shí)現(xiàn)流程進(jìn)行一一校驗(yàn)，然后對(duì)具體元器件的功能實(shí)現(xiàn)有效性繼續(xù)進(jìn)行驗(yàn)證。學(xué)生可用自然語言描述腳本功能并對(duì)程序再次梳理，這是培養(yǎng)計(jì)算思維、實(shí)施計(jì)算實(shí)踐、驗(yàn)證計(jì)算觀點(diǎn)的重要方法。通過正反兩次思維梳理，強(qiáng)化了問題解決過程中對(duì)流程步驟和算法實(shí)現(xiàn)的理解，突破了項(xiàng)目教學(xué)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。

2.腳本測(cè)試，優(yōu)化流程，培養(yǎng)評(píng)估思維

找錯(cuò)、糾錯(cuò)、修正、調(diào)整是腳本調(diào)試的基本方法。腳本運(yùn)行過程中出現(xiàn)問題或者出現(xiàn)與預(yù)設(shè)效果不同的結(jié)果時(shí)，就必須根據(jù)最初的算法意圖，進(jìn)行有的放矢地修正與調(diào)整。這個(gè)調(diào)整可以是與編程語言語法相關(guān)，也可以是算法結(jié)構(gòu)的改變。因此，腳本測(cè)試不僅僅是算法流程圖與運(yùn)行結(jié)果的知行合一，更是對(duì)之前算法的評(píng)估與優(yōu)化。從技術(shù)層面可以讓學(xué)生站在全局角度看待算法的優(yōu)劣，培養(yǎng)計(jì)算思維。

3.作品展評(píng)，訓(xùn)練概括思維

創(chuàng)新教育的核心在于“造物”，創(chuàng)新成果回歸實(shí)際生活場(chǎng)景測(cè)試其實(shí)用性和有效性是十分重要的環(huán)節(jié)。作品展評(píng)環(huán)節(jié)主要包括了成果功能介紹和成果測(cè)試兩個(gè)方面。學(xué)生對(duì)成果功能闡述同時(shí)還需要介紹具體的制作過程、方法和原理。如整體構(gòu)思、具體方法和策略，運(yùn)用了哪些具體的技術(shù)，解決了哪些具體的問題，實(shí)現(xiàn)了哪些具體的功能等等。創(chuàng)新造物是為了解決真實(shí)場(chǎng)景的痛點(diǎn)問題，因此對(duì)痛點(diǎn)問題的改善或改變，是評(píng)估創(chuàng)新教育成果最重要的指標(biāo)。

通過對(duì)實(shí)物作品的設(shè)計(jì)、功能和實(shí)效進(jìn)行梳理、提煉、總結(jié)、反思，這是計(jì)算思維概括的過程，也為后續(xù)創(chuàng)新教育的深入研究提供了依據(jù)。

用核心素養(yǎng)改造世界

思維是學(xué)習(xí)的核心。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的普及和應(yīng)用性提高，以計(jì)算概念、計(jì)算實(shí)踐和計(jì)算觀點(diǎn)為支撐的計(jì)算思維能力培養(yǎng)使得創(chuàng)新教育成果呈現(xiàn)智能性、多樣性、廣泛性的特點(diǎn)，結(jié)合信息技術(shù)、物理學(xué)和工程學(xué)為基礎(chǔ)的跨學(xué)科綜合類創(chuàng)客教學(xué)大批涌現(xiàn)。計(jì)算思維也正如讀、寫、說一樣，逐漸成為新型數(shù)字化城市人必備的能力，并影響人們的生活、學(xué)習(xí)和工作。

在中小學(xué)階段，通過信息技術(shù)介入的創(chuàng)客教育教學(xué)，可以使學(xué)生深刻領(lǐng)悟創(chuàng)客教育與信息技術(shù)核心素養(yǎng)的一致性，二者可以相互促進(jìn)、相互提高，并以此培養(yǎng)學(xué)生關(guān)注社會(huì)、關(guān)注生活的人文意識(shí)和精神。創(chuàng)客教育教學(xué)項(xiàng)目本身的實(shí)用性、新穎性和創(chuàng)新性必然會(huì)助力教育教學(xué)改革。

參考文獻(xiàn)

黃偉祥. 可視化編程教育促進(jìn)學(xué)生思維發(fā)展，[J]. 中小學(xué)信息技術(shù)教育，2021（6）： 56-59.