指向计算思维发展的生活情境下的问题驱动教学设计--以“消毒机器人之Scratch侦测”为例.pdf

85现代教学 2023/增刊指向计算思维发展的生活情境下的问题驱动教学设计以“消毒机器人之 Scratch 侦测”为例文/上海青浦区世外学校 乔 雯智能也在此次战役中发挥着重要的作用。“消毒机器人”“测温机器人”“情绪疏导机器人”都是本节活动可以运用的案例，在程序编写的过程中，学生可以接触到拥有智能的“侦测”模块，还可以学习条件判断相关的积木如何与“侦测”模块中的积木配合使用，让角色更具智能化，从而让学生真正感受到技术源于生活，技术又是服务于生活的。学情分析：疫情已经持续了三年，学生能切身感受到科技对于疫情防控起到的巨大作用。Scratch是初中生学习的编程软件之一，在软件的的学习上，学生差异比较大，有些已经在外学习过，有些从未接触过。所以课程设计要考虑到学生的差异性，设计的任务应既有易也有难。教学目标：学生知道什么是侦测模块以及侦测模块的作用；根据需求，掌握添加碰撞侦测、颜色侦测、按键侦测、鼠标侦测积木；掌握条件判断积木与侦测积木的配合使用；学会使用流程的形式整理程序思路，有助于代码的编写；能够体验科技带给生活的便利，感受科技力量的魅力。教学过程：导入环节通过播放相关视频引入课程主题。新课环节则通过生活中的例子让学生理解侦测的作用和意义，并引导学生了解 Scratch 中的碰撞侦测，学习如何编写消毒机器人的代码。随后，通过三个层层递进的情境问题，引导学生学习侦测、使用侦测，根据教师的要求，使用侦测积木来控制消毒机器人的运行，并对代码进行修改。整个课程设计紧密结合实际生活中的应用场景，旨在通过实际动手制作，让学生在创作中学习，深入理解 Scratch 编程的概念和技巧，也为学生提供了一一、案例背景计算思维是信息科技学科的四大核心素养之一，它是指个体在解决问题过程中使用计算机科学的思维方法，如抽象、分解、建模、算法设计等思维活动。因此，要培养学生的计算思维能力，就需要从解决问题能力入手。问题是从哪里来的呢？问题的产生离不开学生真实的生活环境。课程标准提出“倡导真实性学习”“以真实问题或驱动项目，引导学生经历原理运用过程、计算思维过程和数字化工具应用过程，建构知识，提升问题解决能力”。指向素养的学习一定是真实的学习，真实的学习必须有真实的情境介入。在真实的情境中引发真实问题，可以激发学生的兴趣，让他们真正理解知识以及知识背后的价值，并通过学习问题背后的知识和技能以及自主解决问题来感受到学习的真正乐趣。问题驱动教学法是一种以学生为主体、以问题为核心规划学习内容的教学方法，让学生围绕问题寻求解决方案。教学情境是整个教学过程的重要载体，它不仅承载着驱动问题，而且还产生着驱动问题。学生需要不断深入，分析问题、解决问题，从而获取知识和技能，并在此过程中习得思考问题、解决问题的方式和方法。二、案例描述1.教学分析教材分析：本课例教学内容选自中图版信息科技第三单元的第二个活动“智能小家电”，该活动是一个与实际生活相关联的活动，由此想到近年来的疫情，除了疫情防控战场上冲锋在前的平凡英雄，人工【摘 要】本文以“消毒机器人之 Scratch 侦测”教学为例，以近年来发展的抗疫人工智能为教学情境，创设了三个情境问题：如何让消毒机器人动起来并消灭病毒？现在有一款家用消毒机器人，如何在手机上直接控制机器人的运行？一款在医院走道里工作的消毒机器人，但是机器人不会沿着走道行走，如何修复这个 Bug？通过这些情境问题设计相应的学习活动，以促进学生的计算思维发展。【关键词】计算思维 生活情境 问题驱动教学课例研究862023/增刊 现代教学 个探索创新和解决实际问题的平台，促进了学生的创造力和解决问题的能力的发展。三、案例成效1.创设生活情境，形成待解决的驱动问题本文旨在介绍作者的教学内容，其基于学科要求和教材，同时选用贴近学生日常生活和感受的例子进行讲解。在本课程的导入环节，我使用了一个视频，让学生能够感受到人工智能对我们的帮助。接着，作者提出一个问题：我们能否借用编程软件去实现一款消毒机器人呢？人工智能的背后是编程的机制，而 Scratch 又是初中低阶段学生最易掌握的编程语言，通过关注时事热点，紧密联系生活实际出发，那么这些机器人是如何帮助我们的呢？我们又该如何让它们“智能”起来呢？在这些问题的驱动下，学生们充满兴趣地尝试。因此，本课旨在引导学生了解Scratch 中的“侦测”模块，并指导学生如何使用该模块完成一款消毒机器人的制作。2.基于生活情境，生成递进式的驱动问题本课例的授课过程是由三个情境问题层层递进的，旨在引导学生了解 Scratch 中的“侦测”模块，并指导学生如何使用该模块完成一款消毒机器人的制作。这些情境问题贯穿整个课程，驱动着学生在解决问题的过程中逐渐提升思维能力。在第一个情境问题中，学生需要根据剧本完成代码块的填写，但会遇到“病毒不会消失”的问题。这里通过引入流程框架图给学生分析代码块，让学生理解判断积木、侦测积木、重复执行积木之间的使用。在第二个情境问题中，学生需要使用侦测积木中的“按键侦测”，并通过自主完成流程框图去搭建代码块，从而实现在手机上直接控制机器人的运行。在第三个情境问题中，教师展示了一款在医院走道里工作的消毒机器人，但机器人却不会沿着走道行走。该问题涉及颜色侦测如何使用，使用后如何使得机器人在走道中行走等。这让学生不断调整代码块、调整参数，最终每个学生做出来的效果都不一样。通过这些递进的问题，学生掌握了侦测模块的使用，理解了模块与模块之间的配合，更是体会了人工智能背后离不开工程师们的努力，更是离不开人类的文明。在课程的最后，学生还提出了代码简化的方法和其他抗疫机器人的制作方案，证明了他们在课程中思维能力的提升。四、案例反思1.教学设计的亮点在本次的教学中，我们首先通过视频，引出了本次课程的主题：设计一款智能消毒机器人，这不仅引发了学生们的浓厚兴趣，也为我们介绍了人工智能在疫情防控中的应用，为后续的学习打下了扎实的基础。在教学过程中，我们深入挖掘了生活中的交互性感测名词，这些正是“侦测”积木的核心特征，它可以检测舞台或角色各个动作或参数的变化，引导学生逐步理解编程中的侦测功能的重要性。接着，我们通过三个情境驱动问题，引导学生学习如何通过编程实现碰撞、颜色、按键、鼠标等一系列侦测功能，来完成机器的智能判断，从而激发学生们的思维灵活性和创造性。为了更好地帮助学生掌握编程知识，我们为他们提供了清晰的程序模块搭建学习支架，并让学生完成编程调试与学习单填写，让他们能够沉浸在浓郁的专注和探究学习氛围中，提高了学习效果和积极性。最后，在讲解编程代码的过程中，我们采用了易于理解的流程框图。这种方法不仅让学生更好地理解代码的执行过程，还能够培养学生的逻辑思维能力，进一步提高他们的编程水平。2.实施过程中的困惑在一节课中完成三个驱动问题的学习任务，必然导致课堂生成性的东西会减少，编程课程中思维的碰撞也会因此减弱，多个“侦测”模块的学习可能也不够深入。然而，课堂本身就是一个激发兴趣和探究欲望的地方。如果 40 分钟的课程可以给学生更多的探究机会，也未尝不可。如何培养学生的计算思维能力不能仅依赖于一节课的教学，更需要教师对教学有整体理解，把握教学设计。我认为问题驱动的教学方式比任务驱动更能激发学生的思维练习。问题驱动需要学生自己去寻找知识和解决方法，而任务则更多地是让学生按照一套逻辑去完成。在今后的课程中，我会更多地采用问题链和问题组设计的方式，用问题来激发、培养学生解决问题的能力，提高他们的计算思维素养。参考文献：1 中华人民共和国教育部.义务教育信息科技课程标准（2022 年版）M.北京:北京师范大学出版社,2022.（本文编辑：龚易婷）教学课例研究