彭玉兵 中国人民大学附属中学实验小学信息技术教师，中级教师。从事教育工作19年，曾荣获北京市海淀区“四有教师”“信息技术学科骨干教师”等多项称号。擅长创客、人工智能、信息学等科技项目，获CCF NOI指导教师资质。撰写的科研论文多次获国家级、市级一、二等奖。

教学背景

教育部印发的《中小学综合实践活动课程指导纲要》指出：创意物化，学会运用信息技术，设计并制作有一定创意的数字作品。区块链技术因其数据难以篡改、去中心化的特点，赢得了很多人的青睐，并得到了广泛应用。近几年兴起的无人机蜂群表演，演示效果非常震撼，绚丽多彩，但也发生了多起无人机非正常坠毁事故。本项目基于小学生的认知特点，结合区块链技术的分布式记账方法，引导学生逐步探究如何利用分布式记账解决无人机蜂群编队飞行表演的稳定性问题，深刻体会分布式记账安全、可靠的特点。

本项目基于开源硬件的设计与开发，有益于激发学生创新的兴趣，培养学生动手实践的能力。通过学习，学生能够利用开源硬件及相关资料，完成作品编程设计，初步形成以信息技术学科方法观察事物和求解问题的能力，提升计算思维与创新能力。

教学目标

1.理解分布式记账原理，学会使用无线键值对发送、接收模块。

2.完成无人机蜂群定位信息收发任务。

3.感知分布式记账安全、可靠的特点，关注信息传输的安全性与可靠性。

4.培养学生使用编程技术解决问题的能力，培养信息技术服务生活的意识。

教学重点与难点

教学重点 学会无线键值对发送、接收模块的使用方法。

教学难点 理解并学会运用区块链技术的分布式记账原理。

教学准备

PPT课件、Micro：bit开发板及其电池、USB数据线、无人机教具等。

教学过程

一、回顾旧知，引出新知

师：同学们，我们都看过无人机蜂群表演，它们以夜空为幕、荧光为笔，非常震撼。本节课我们就来尝试设计无人机蜂群表演程序。

学生自行分组，3～5人为一组。教师在教室内设置1～20个无人机表演的位置，并发布任务：请将本组无人机位置信息发送到地面接收中心，要求为按B键即可发送。

板书：一对一单向 磁扣○→○

学生回顾上节课知识，明确发送任务：无人机发送位置信息，地面接收中心负责接收信息。

教师引导学生关注接收结果，学生注意观察是否成功发送本组的无人机位置信息到地面接收中心。

教师提出问题：接收的无人机位置信息非常混乱。混乱的原因是发送、接收的模型已经变成了多对一模型。

板书：多对一单向 磁扣○→○←○

学生用可视化方法移动磁扣的摆放位置，摆画出多对一模型。教师趁势引出需要增加用于身份识别的字符串。

学生思考讨论并尝试解决问题。教师提出可以使用行列命名法来标示教室内的无人机名称，参考Excel表格位置命名法，A1表示的信息即为第一行第一列的位置。

设计意图：学生先使用熟悉的旧知识完成无人机位置信息的发送，然后发现接收中心因为接收信息乱而无法识别每台无人机的位置，产生认知冲突。随后教师引导学生分析问题，通过摆画磁扣，理解从“一对一单向”到“多对一单向”通信的变化，经过讨论确定使用行列命名法发送无人机名称信息。

二、问题探究，学习新知

师：请大家用行列命名法编写无人机名称信息，再次发送到地面接收中心，要求使用“字符串”+“数字”形式完成信息的发送。

学生分析任务，练习使用行列命名法来标示无人机，编写程序实现并演示，如图1。

教师提出新问题：然而不幸的是，近几年总有无人机在表演时因突发故障而“炸机”，有资料显示无人机蜂群是在表演中失去了地面接收中心的控制。原因可能是地面接收中心的信号受到干扰，影响对无人机的控制。如果要解决这个弊端，我们该怎么办？

学生思考并讨论。

教师总结：如果接收中心（即中心节点）失去连接，就会造成整个蜂群位置混乱，有可能互相撞击坠毁。解决方法为建立多对多通信系统，生成多个接收中心，互相备份。

设计意图：学生通过思考讨论，找出发送无人机“名称+位置”的方法，学习新知识——无线发送“字符串”+“数字”键值对。教师引入新问题，地面接收中心信号受干扰，造成无人机相撞坠落，使学生认知再次产生冲突，由此引导学生讨论一个接收中心的弊端，引入多对多通信，生成多个接收中心，记录无人机蜂群的位置。

三、探究思考，突破难点

教师提出问题：请同学们思考，怎样改动模型生成多个接收备份中心？

教师指导学生用磁扣摆画出多对多通信的方法模型，如图2，完成思维的可视化，强调安全传输无人机位置信息的重要性。

學生了解从“多对一单向通信”到“多对多双向通信”的变化，观察到接收中心这一节点消失了，形成了分布式的记账样式。

教师发布新任务：分组活动，将无人机飞行到新的位置，然后按B键发送无人机名称及位置信息。

学生按照任务要求，修改程序，如图3，然后小组合作完成无人机飞行表演任务。学生分别以小组为单位离开座位，移动到教室内的不同位置，到达位置后发送自己无人机的名称及位置信息给同伴，填写无人机表演位置学习单，见右表。

设计意图：经过教师讲解、学生模拟演示等环节，学生完成多对多通信的程序设计，分组进行无人机多点飞行及发送、接收信息的任务，潜移默化地体验多对多的记录方法带来的优势，培养解决问题的能力和计算思维。

四、展示交流，总结提升

师：这种多对多的记录方法我们称为分布式记账。对比中心式记账，你能说说它们分别具有哪些优缺点吗？

板书：分布式记账

教师出示中心式记账和分布式记账的模型，如图4，学生直观感受两种记账方法的特点。

小组汇报无人机表演学习单，谈谈自己对分布式记账安全、可靠等特点的理解。安全——信息发送和接收过程由多个无人机共同参与，即便个别无人机存储的信息被破坏，仍然会被其他无人机成功校验。可靠——多个小组都记录了同一个无人机发送的位置消息，更可信。

教师总结：信息技术是我们生活中的好助手，应用分布式记账这一新的信息技术可以增强无人机的表演稳定性，也方便了我们的生活。

设计意图：通过对比分析，让学生理解了分布式记账与中心式记账的优缺点。再通过学习单的汇报验证，以事实证明分布式记账安全、可靠的特点，加深学生对“多对多双向通信”优势的理解，体验信息技术服务于生活所带来的便利。

实践反思

本课基于真实情境，由学生发现问题、提出解决方案、优化解决方案，整个过程都是在探究发现中展开。通过层层递进的任务引发学生认知冲突，并体会到分布式记账的优势。最后教师引导学生辩证思考，辨析两种记账方式的优缺点，关注信息的安全性和可靠性。

课中注重培养学生的高阶思维和计算思维，从导入到实践再到课堂总结，体现了项目式学习的连贯性，以及学习活动难度的螺旋上升、逐步深入的逻辑特点。由于小学生对抽象知识难以理解，必须对区块链这种新技术追本溯源，所以笔者特意设计容易理解的分布式记账场景和方法帮助学生理解接受。整节课学习思路清晰，依次按一对一、多对一、多对多通信的知识点层层递进，突破重难点，完整地体现了在探究中学技术的合理性。另外，课中开展小组合作学习，提升了学生的组织能力和团结协作能力。