数字科学类课程：让数码探究为创造奠定扎实的基础

    毛澄洁

    基于艺术、研究、工程的技术学习理论（T-ARE）在校本课程建设方面的意义在于帮助纷繁复杂的信息技术应用领域形成一个“零存整取”的学习状态，让学校的信息技术科目群整体化。接下来选取三篇教师论文和一篇学生论文，试图呈现校本课程促进学科发展和师生成长的全貌。

    数字科学类、数字艺术类和数字工程类课程构成了以创新能力为核心的技术课程群。该课程群是北京景山学校T-ARE课程群中的中坚课程。

    数字科学类课程是一种在数字环境下，以信息技术作为探索工具，培养学生用科学方法探索世界的意识和能力的课程。其教学内容有纸电路探究与创意制作、人面探究，以及开源硬件的科学探索等。该课程是一种在数字环境下，以信息技术作为情感激励工具和探索工具，培养学生利用信息技术（硬件和软件）探索世界的意识和能力的课程与教学模式。其目的是期望学习该课程的学生能够对任何一个感兴趣的问题，选用适当的科学手段解决，从而成为一名自由的探索者。数字科学类课程以steam教育为主要的课程导向，特别强调数据素养、探究素养和学习能力的提升。

    ● “数码探科学”课程

    “数字科学类”的典型课程是“数码探科学”。该课程結合学生的知识基础和认知发展水平，在突出趣味性和有益性的同时，突出数码设备及数字科学类课程理念的渗透，并把最新的科技元素融入其中，具体的课程内容如表1所示。

    本课程采用基于问题的小组探究式学习，即“教师主导，学生主体”探究型的学习模式。从图片分析取得数据、视频分析取得数据这些基础的实验开始，到编程制作研究工具获取数据这些比较复杂的数据获取方式结束，以及对数据获取之后的数据分析和进一步的实验探究都有常年的课程积累。

    ● 开源硬件的项目设计与探究

    基于开源硬件的项目设计与探究课程已经开设两年多了，该课程有利于激发学生创新的兴趣，培养学生动手实践的能力，同时它也是在信息技术课程中实现STEAM（科学、技术、工程、人文艺术与数学）教育的理想方法。本模块是针对学生个性化发展需要，按照开源硬件项目设计流程而设置的选择性必修模块。

    开源硬件是指开放原始设计图纸的硬件。由于价格便宜，它成为很多国家青少年编程教育的有效辅助工具。与此同时，很多大公司如微软、三星、ARM也有自己的开源硬件教育项目，中国的开源硬件教学也是创客教育和STEAM教育的热点。

    本课程使用的开源硬件有很多种，如Micro：bit、Arduino、掌控板和虚谷号等。以掌控板为例，它仅有信用卡的一半大小，搭载了LED显示屏、两个可编程按键、加速度计、电子罗盘、温度计、蜂鸣器、WI-FI、蓝牙等电子模块，其编程基于开源硬件平台，支持图形化（Scratch＼mPython）与代码编程（Python＼JavaScript）。

    开源硬件可以通过底部的引脚与各种电子元件互动，支持读取传感器数据，控制舵机与RGB灯带，能够轻松胜任各种编程相关的教学与开发场景。所以，北京景山学校计算机教研组结合信息技术课程标准、景山学校“三个面向”的教育思想与开源硬件程序块，开发并建设了“开源硬件开源型硬件”体系课程用于中学的校本课程使用。

    本课程旨在了解开源硬件的搭建结构、编程控制马达、传感器，让学生从思考功能设计到动手操作实践，手脑并用，是培养学生创新实践能力的重要课程。

    可编程开源硬件课程内容设计如上页表2所示。

    该课程以开源硬件为主题，兼顾实验探究与创客作品两类研究性学习的主题，基于项目设计与开发，有利于激发学生创新兴趣，培养学生动手实践能力，同时也是实现STEAM教育的很好的平台。通过对该课程的学习，学生能够体验作品的创意、设计、制作、测试、运行的完整过程，初步形成以信息技术学科方法观察事物和问题求解的能力，提升计算思维与创新能力。在实施课程的过程中教师们也总结了一些可以运用于项目学习的小策略：

    ①创设问题情境，激发学生的创新意识;②引导分析问题，培养学生的创新思维;③鼓励自主实践，提高学生的创新能力;④实施小组合作，促进学生的合作学习;⑤营造展示空间，发挥学生的个性潜能。

    ● 结语

    数字科学类课程是景山学校的一门品牌课程，在1.0阶段侧重于通过视频、图片、音频等手段获取数据，在2.0阶段则将开源硬件，特别是国产开源硬件掌控板和虚谷号应用其中。当然，技术只有合理地应用在一定的情境中才能够有效地发挥其价值，科学探究是一个边界清晰、时间可控、科学融合明显的STEM应用领域，所以位于T-ARE模型（基于艺术、研究、工程的技术学习）当中的科学探究，对学生进一步形成系统的技术观念起着承上启下的作用。未来，当人工智能技术应用在科学探究当中，又会给数字科学类课程带来怎样的变化呢，让我们拭目以待。