软硬结合：小学创客教育课程的 设计与开发
许佳洁
江苏省信息技术教材里，小学阶段课程包括“信息技术基础”“算法与程序设计”“人工智能初步”“机器人技术”和“物联网技术”五个模块。五年级的Scratch软件教学就属于“算法与程序设计”模块。其中，课程中的前13课是编程学习，是掌握Scratch数字化作品创作的基本制作流程和设计方法;第14课到第18课，是了解开源硬件主控板结构，学习使用软件获取传感器数据、感知外部环境和利用传感器控制角色运动的方法。整个单元注重计算思维方法的教学，让学习者感受编程过程，理解脚本含义，最终能通过一定的脚本来表现自我设计的作品。无锡市梁溪区尝试将编程与传感器教学整合重构，设计和开发了《基于mBot小车的开源机器人课程》，使学习者不仅体验脚本编写，还参与解决生活中遇到的实际问题，知行合一，培养创新精神，提升计算思维和实践能力。
在《基于mBot小车的开源机器人课程》中，编程教学选用mBlock软件，它是基于Scratch软件集成开发的图形化编程软件，配合电子传感器模块还能设计互动作品，第一课就学习mBlock软件的基本操作。而开源硬件选用了mBot机器人，在与mBlock软件连接后，就能编写程序指挥机器人行动了，甚至能让机器人学会自己思考，完成指定任务，第二课就是掌握mBot机器人的基本使用。第三课是教学mBlock软件连接mBot机器人的方法，编写、上传程序实现机器人的操控。从软件操作到硬件搭建，学生真正全身心投入，多感官参与，学习兴趣足，气氛热烈。再之后的课程内容，都结合了mBot机器人的电子传感器模块，以编程为辅，更多地给予学生时间和精力去自主探究，去实践创新，去解决问题。以下笔者将选取部分课例进行具体的对比分析。
● 整合重构，获得感性认知，实现知识应用物化
Scratch的第5课是《画正多边形》，教学时，学生先自主学习掌握“画图”模块的基本控件画出直线，然后自主探究画出正方形，接着通过样例的实践对比，找到规律画出正多边形，最后自主运用规律，画出更多图形。学生经历了尝试、观察和归纳，体验了搭建、调试和运行程序的过程，理解领会了知识，掌握了技能，还加以灵活应用，实现了拓展创新，在电脑上画出了属于自己的创意图形。
重构后，第四课就学习画正多边形，还增加了mBot机器人直行、转弯和“走”出正方形轨迹的教学内容，课名定为《走正多边形》。课堂中，学生借助机器人在现实世界的运动，理解掌握程序，还可以在真实场景中展现自己的创意。
教学时，学生先掌握画直线和正多边形的脚本，然后学习如何利用直流电机，编写程序实现mBot机器人在现实世界的直线行走，接着对比“画正方形”的脚本（如图1），反复研究修改，探索实现mBot机器人“走正方形”轨迹的任务。教学时，学生可以根据个人情况，选择独立思考探究，或组内互助协作，大胆尝试修改命令参数中的数值，观察其对机器人运动的影响，在反复体验、直观感受中，学会控制机器人的直行与转弯，内化对程序模块的理解。另外，通过“比比谁的正方形走得更美观，用时最短”等活动，学生在真实场景中将自己的创意物化，提高了对实践的兴趣，培养了良好的调试程序的习惯。
类似的还有第五课，从画圆到mBot机器人走8字;第六课，从侦测控件到超声波测距传感器;第七课，从判断移动到巡线传感器等。学生在实践的过程中，获得感性认知，将自己的创意实体化，实现对知识和技能的双重把握，并且极大地激发了学习热情。
● 整合重构，分层教学知识迁移，实现互动多元化
Scratch的第7课是《穿越迷宫》，教学时，学生先自主完成设置舞台和角色的基本操作，通过交流掌握小猫跟随鼠标走迷宫的脚本搭建;然后，在体验脚本搭建、调试和运行的过程中，领会如何使用多种侦测和判断脚本帮助小猫躲避障碍;最后可以在小老师的带领下，掌握具有条件判断功能的简单脚本，并尝试运用侦测和判断控件来创作故事或游戏，与小伙伴一起分享作品，相互评价。
重构后，侦测和判断的教学内容组成第六课《自动驾驶》，走迷宫则与mBot机器人巡线前进结合为第七课《巡线走》，还衍生了第八课《遥控移动》，学习用遥控器来控制mBot机器人。课堂中，学生借助流程图理解任务，完成分层目标积累相应经验后，再通过实践和创造，激活已掌握的知识技能，实现知识迁移。
多类侦测和条件判断脚本是难点，教学時，学生从生活经验感悟理解，如车辆在行驶中如果与行人、障碍物距离过近就要刹车，由此引出距离侦测。在明确整个侦测过程后，学生自主完善流程图（如下页图2），并根据流程图编写脚本完成“小M侦测到有人就停下”的任务。随后，引导学生再次结合实际生活，如汽车行驶时遇到行人，一般会先鸣笛示意，再减速直到停止，学生在交流分享中补全流程图，并合作探究完善脚本。经过分层铺垫推导，学生尝试、思考、讨论，再进一步思考，每个人都能有不同的收获。借助学习相似点，知识继续迁移，怎样能让mBot机器人实现无人驾驶呢？可以借助超声波传感器，教师讲解传感器相关知识，学生自主探索对应的控制语句，完善相应流程图（如下页图3），合作修改机器人程序。最后，通过“比比谁设计的程序更厉害”引导学生深入思考，激发创意。以学生自主学习为主，以教师引导探究为辅，学生根据分层实践步骤，切身体验，与实物结合，充分理解了条件判断脚本的含义。
重构后的第六课到第八课，从鼠标键盘控制角色的移动，到遥控器控制机器人的移动，多元化的互动方式，丰富了知识面，增强了趣味性，不断激发学生进行创新思考，开发拓展程序，举一反三。
而从第九课到第十三课，每课结合一个传感器进行教学，引导学生从生活语言到流程图再到程序语言，逐渐培养规划意识，提升计算思维，经历发现问题、分析问题并解决问题的过程，培养结构化程序设计思想，建立知识框架。课堂里，学生从自学思考、动手探究再到学以致用，不仅仅完成了知识的习得，还实现了知识的温故知新、运用实践和迁移创新。
● 整合重构，拓展知识空间，创意精彩生活
Scratch的第9课是《赛车游戏》，教学时采用任务驱动法，将教学任务分成五个部分——舞台角色、保持前进、偏离回归、到达终点和加入计时，将知识点凸显，以竞技促学习。学生在完成任务的过程中掌握这些知识点，明确各种控件的应用技巧与方法;在比赛中锻炼抽象思维，提高知识运用能力;在个性化创作中，培养创新意识，提高动手实践能力。
再看重构课程，第十四课《自制智能小道闸》和第十五课《完善智能停车系统》，两课一起最终制作出小区车库的智能停车系统。课堂上运用“情景式教学”“项目式学习”“问题引导”等教学方式，立足生活实际，注重拓展情境，调动学生已有认知，激发学生的问题意识和探究欲。教学时，将演示与探究结合，引导学生由简入难，领会传感器间的相似点、关系，接着小组合作，分别完成“停车位”mBot机器人和“车库道闸”mBot机器人的制作，实现共同模拟测试，最终师生多向交互沟通，一步一步完善智能停车系统，锻炼综合分析处理问题的能力。
从任务分解一一应对，到有意识地拓展知识体系，拓展学习空间，激发了学生的创新动力，学生的视野不受限于课本课堂，而是放眼于更广阔的开放舞台。在掌握了一定的项目开发技能后，学生更可以拓展创作，自由开发更多有趣的项目，创意精彩生活。
以上对比分析只是笔者初步的思考与实践，梁溪区的创客教师们，努力奋战在教学一线，不断研究探讨，积累经验，把自主、合作、探究等方式融入课堂教学，引导学生理解程序设计的意义，发展创造性，形成解决问题的逻辑思维和创新意识，鼓励学生大胆展现自己的创意，化编为变，在运用知识、不断巩固的过程中，成长为创造者和发明者。
