黄震 江苏省南京市秦淮区教师发展中心

2022年4月颁布的《义务教育信息科技课程标准（2022年版）》（以下简称“新课标”），首次将信息科技从综合实践活动课程中独立出来。信息科技课程的命名体现了“科”与“技”并重，课程名称的改变体现了教育思维的重大变革，在教学方式上以真实问题或项目驱动，引导学生认识原理,学会利用算法思维思考，最终能够运用数字化工具解决问题。在教学中注重鼓励学生“做中学”“用中学”“创中学”，在课程教学设计中要注重科学原理的介绍，但也不能忽视技能的学习。因此，笔者基于新课标的课程理念开展了小学高年级开源机器人课程教学设计与实践。

● 小学高年级开源机器人课程教学理念

1.注重创设真实情境

新课标课程理念第4条倡导真实性学习提到“创新教学方式”，以真实问题或项目驱动，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。在开源机器人课程中，所有的问题情境都来源于学生的生活实际，用学生的亲身经历引发思考，并能将生活中的问题解决方法迁移到设计开源机器人解决问题的过程中。

2.在机器人完成任务的过程中“做中学”“用中学”“创中学”

新课标课程理念第4条倡导真实性学习中提到“鼓励‘做中学’‘用中学’‘创中学’”。在机器人课程中，编程需要在现实世界实现，在硬件设备的使用和连接中，需要了解硬件设备的属性，如电压、接口、引脚、如何读取设备的数值、确定设备的阙值等。在使用传感器、舵机等配件来进行任务设计时，需要考虑是否有足够的接口连接传感器？可以利用哪种设备解决当下的问题？电压是否能够满足？引脚连接正确了吗？积木命令使用正确了吗？……学生在尝试、使用、实验、调整、调试的过程中必须经历失败的体验、调试的艰辛和成功的喜悦。

3.通过生活中实例了解算法

新课标课程目标中计算思维学段目标第三学段（5～6年级）提到“通过生活中的实例，了解算法的特征和效率。能用自然语言、流程图等方式描述算法”“使用顺序、分支、循环三种基本控制结构简单描述实施过程，通过编程验证该过程”。机器人课程中通过解决生活中的实际问题，帮助学生理解程序设计中的变量、程序结构等概念，学会创建和运用变量实现控制，体会使用自然语言描述问题的解决过程，使用流程图抽象、建模编程的过程，最后使用积木命令完成编程设计解决问题的各种样式的算法表达方式，形成解决方案，进而理解并掌握利用算法解决问题的策略和方法。

4.“科”与“技”并重

新课标课程理念第3条遴选科学原理和实践应用并重的课程内容提到“从信息科技实践应用出发，注重帮助学生理解基本概念和基本原理”“体现科与技并重”。信息技术注重技能操作，是工具的学习和掌握，对于如何运用计算机科学领域的思想方法，通过科学原理的了解和学习创新性地解决问题，培养学生的创造能力，技术的学习是远远达不到的。课程对学生信息素养的培养重点必须由掌握学科知识和工具应用转变为了解科学原理，掌握思维方法，但也不能是脱离知识和技能的空谈。机器人课程通过一个个具体的机器人实例任务，让学生在知识、技能的实践中体会工具的使用、传感器的应用，从而深入理解相关电子元器件的科学原理。

● 《智能升降病床》教学设计与实践

1.在导入环节创设真实问题情境，培养学生的信息意识

在课堂导入环节，出示两位学生的对话。小艺：“班长，上周末我们到社区敬老院活动，爷爷奶奶们可开心了。”班长：“现在生活条件好了，爷爷奶奶们吃穿不愁，就想提高生活质量。”小艺:“班长，唐奶奶最近卧床，总是躺着很不舒服，唐奶奶想，病床要能够自动升降就好了。”班长：“是啊，如果一直躺着不能活动，想想都难受，我们设计一款智能升降病床吧！”通过对话将学生带入到真实的生活情境中，为了设计出符合病人要求的智能升降病床，学生通过换位思考提出问题：传统的病床是什么样式的？具备哪些功能？如果只能躺在床上不能动弹，会有哪些需要？可以用什么传感器控制病床的升降？可以用什么方式控制病床升降的角度？……经过调研、思考、讨论，学生发现传统的医疗升降病床具备辅助坐卧、升降等功能，大多借助于按钮或者遥控进行控制和调节，这种方式需要精准操控，不够智能，无法帮助到无法动弹、不便于用手操作的病人。在学生充分思考和探究后，请他们完成设计“智能升降病床”模型需要的功能，将功能名称、功能描述填写在表格中。下表是学生填写的智能升降病床功能设计表格。

在真实的问题情境中，学生能够迅速开展场景分析，结合自己的生活经验和自身体验的感悟，发现问题，提出问题，思考解决问题的方法。根据实际需求开发的功能让学生实现了“做中学”“用中学”“创中学”，学生的信息意识在项目的创新开发中得到了很好的培养。

2.绘制流程图初步解决问题，培养学生的计算思维

在新授环节，首先让学生描述了智能升降病床的实现目标，然后通过具体任务分解问题解决过程，最后让学生绘制程序流程图，借助统一的标准符号描述程序运行的具体步骤，帮助学生理清解决问题的思路，辅助程序的编写。

（1）任务发布。任务描述：制作智能升降病床，实现用主板倾斜方向来控制舵机旋转的角度，从而实现病床升降。

（2）具体任务。可以分为两个部分：①当开机时，初始化。②向左倾斜，舵机旋转到120度；向右倾斜，舵机旋转到150度；屏幕朝上，舵机旋转到180度；屏幕朝下，舵机旋转到90度。

序号 功能名称 功能描述1 自动识别姿势 能够识别到病人姿势的改变，控制病床的升降2 病床的升降 病床可以调节0度、30度、60度、90度四档角度

（3）流程图。流程图如图1所示。

图1

3.通过团队合作编程实现机器人操作，培养学生合作与探究的能力

根据程序流程图，学生通过团队合作，进行程序的编写和电路的连接。在《智能升降病床》一课中，学生需要在Micro:bit扩展板上接入舵机模块，舵机模块需要5V电压供电，而Micro:bit主板默认是3V供电，连接舵机就需要舵机的三色线将橙色对准P2插入，旁边的黄色帽子要拔下插入到5V接口中。Micro:bit主板自带加速度传感器，可以侦测多种动作实现自动感应。在了解了相关电子元器件的基本属性后，学生进行程序的编写,并正确连接电路（如图2）。

在将程序结合硬件实现设计方案的过程中，学生合作解决连接电路和调试程序中遇到的各种困难，合作和探究的能力在解决问题的过程中得到历练。

4.用实践成果辅助解释科学原理

在《智能升降病床》一课中，主要用到两个电子元器件：舵机、Microbit主板上自带加速度传感器。学生对这两个专业的电子元器件是陌生的，没有知识储备，而通过智能升降病床的实际操作和应用，学生深入了解了Microbit主板上自带加速度传感器可以检测Microbit的振动、徽标朝上、徽标朝下、屏幕朝上、屏幕朝下、向左倾斜、向右倾斜、自由落体等动作，还可以用于记录运动过程中的相关数据，可以用在计步器、运动手环、汽车安全等很多电子仪器上。舵机又称为角度伺服电动机，会根据角度变化而改变运动的方向，舵机主要由小型直流电动机、变速齿轮组、可调电位器等组成，其中电动机是提供动力的主要来源。变速齿轮组可以将小功率的电动机实现大扭力的输出。可调电位器将旋转的数值反馈到主控板上，实现角度的控制。白色塑料板是舵柄，用来旋转角度和定位。

5.通过反思交流创新，对作品进行完善和迭代

在功能实现后，学生需要进行外观设计，思考如何将功能在应用场景中实现。学生在亲手实践中积极主动运用信息科技解决问题，开展交流展示活动对作品进行反思、改善和迭代，进行创新思维活动。

● 结束语

基于新课标课程理念的开源机器人课程教学设计与实践，从学生已有的认知结构、生活经验和学习环境出发创设，以通过机器人实现一个个项目任务的问题为线索，激发学生的思考和对算法的学习运用，引导学生发现问题、提出问题、分析问题、解决问题，并创新问题，在此过程中深入理解科学原理，形成自主学习、合作探究的能力，全面提升学生的信息素养。