基于As—Block和Arduino教学的学生思维能力培养

    林绮丽

    

    【摘 要】 思维能力是学生在未来学习、工作、生活必备的一种能力，编程思维能力是小学信息技术学科核心素养之一。本文从小学信息技术学科创客教育和教学中，对学生思维能力的发展进行研究。从学生思维能力在问题分析、算法设计、代码优化、材料改进、描述表达等方面的表现，并从思维能力培养实施的问题设计导向策略、启发性策略、教学模式等方面呈现了思维能力培养的实施效果。基于As-Block和Arduino的小学创客教育能较好地促进学生思维能力的发生与发展。

    【关键词】 创客教育；思维能力培养；实践研究

    【中图分类号】 G64.22 【文献标识码】 A 【文章编号】 2095-3089（2017）17-00-02

    “科技兴则民族兴，科技强则国家强”。①在对中小学基础教育现状观察中，我们可以看到，在以文化成绩为默认衡量指标的教育前提下，教师们教育教学更多关注的是知识与技能，对于思维能力培养，信息技术学科核心素养的关注较少，然而随着社会发展，思维能力成为学生未来学习、工作、生活必备而且最重要的能力。“思维能力是成功解决某类问题所需要与知识相关的稳定的主观条件，它包括分析性思维能力和创造性思维能力两种。分析性思维能力是指解决相似问题的能力；创造性思维能力是指解决新异（解决者以前没见过）问题的能力”②。

    Arduino是一款电子互动产品开发的软硬件平台，有时也叫做“电子积木”。由于其有丰富的外围硬件模块和大量的开源软件库可以使用，因此其开发互动产品十分便捷。特别是电子制作竞赛、电子艺术品创意开发等方面应用很广。③更重要的是，Arduino系统价格低廉，程序开源，便于分享，非常适合普通中小学生学习使用。

    但是Arduino有自己特有的编程语言，其语法规则类似于C/C++语言。直接使用Arduino，需要较强的C语言编程能力，C语言对代码的准确性要求高，难度大，不适合小学生直接学习使用。

    As-block是一款从Scratch演变过来的软件，As-block代码采用拖拽方式实现，并且可以直接转化成Arduino所需要的C语言代码完成创意创作。Scratch是《小学信息技术》教材教学的内容之一，难度不大，As-block与Scratch的界面几乎一样，因此以As-block开发平台为载体，能够降低编程难度，促进学生的思维能力的发生与发展，很好地推动小学创客教育。它弱化了技术，强化了思维能力、创造力，所有的代码图形化，并且所见即是所得。小学生在学习了As-block后，在生活中遇到了问题，分析是否采用该平台开发创客作品，该平台涉及到算法优化度、代码简洁性，最后将其作品应用在真实生活中，解决了问题，促进学生思维能力的发展。

    一、学生思维能力培养的环节

    思维能力培养表现在真实学习、生活中遇到问题，分析问题的原因，使用As-block和Arduino平台进行作品创作，解决问题，让学生作品产品化，促进思维能力的发展，尤其是创造性思维能力的发展，具体包括以下几个方面：

    （一）问题分析环节的思维能力培养

    学习了As-block和Arduino后，为学生提供了一条解决问题的途径与方法。学生在实践生活中遇到问题，学生会思考能否采用As-block来解决生活、学习中的问题，并在分析问题过程中，促进了思维能力的发展。

    （二）算法設计环节的思维能力培养

    确定要使用As-block来解决问题后，学生需要对作品进行规划与设计，这就涉及了算法的问题，每个学生的思维方式不同，算法也不同，过程也不同，会带来不一样的作品效果，促进思维能力的发展。

    在学生完成作品后，鼓励学生使用自己熟悉的软件如画图、word等软件画出原理图，促进思维发展。

    （三）代码优化环节的思维能力培养

    在As-block代码模块编写过程中，同样的效果，会有多种不同的方法来完成，在众多方法中，可找出比较合理的方式方法，这就是思维能力表现在代码优化过程。

    上面例子中如电机启动的时间，需要不断地进行尝试进行优化。

    （四）作品完善环节的思维能力培养

    学生创作的作品最重要的是，能在真实世界中使用，而作品使用过程中再次发现问题，根据需求，对作品再完善，再创造，体验成就感，价值感。

    以“智能语音分类垃圾桶”作品为例，起先的垃圾筒盖是使用积木搭建的，比较重，马达有时难以开合到合适的位置，学生就想办法，减轻盖子的重量，使用了塑料纸板来代替。

    （五）对自己作品介绍和宣传环节的思维能力培养

    学生做完自己的创客作品之后，还需要对自己的作品进行描述、介绍、制作宣传展板等，学生在老师的指导下，不断修改PPT演示文稿、录制讲解视频、修改宣传展板评委答辩等过程中，促进了学生综合能力的提高，促进了思维的发展。

    二、思维能力培养原则、策略和教学模式

    教师需要设计具有一定价值的问题，在作品创作的过程中，启发学生进行作品创作，以及如何开展具有可操作性的教学模式。

    （一）思维能力问题设计导向原则

    思维能力问题设计导向，需设计与学生的学习、生活有着密切关系的问题，具有趣味性的问题，这样能够既能调动学习积极性，激发学生的学习欲望，又能增强作品应用的价值，因此思维能力问题设计导向原则是思维发展的基石。

    1.计贴近学习、生活

    设计贴近学生学习、生活中的问题，能够激发学生的学习积极性，同时学生的作品能够在真实生活被应用，提升作品的应用的价值，对于自己设计的作品，会更有成就感，价值感。

    2.设计感兴趣，趣味性

    引导学生进行作品创作，设计一些具有趣味性的问题，让学生喜欢，调动学生的内在动机。

    例如：同学们在实际生活中，玩过真人版“打地鼠”游戏，请你结合生活中的游戏规则，设计一个As-block或者scratch“打地鼠”游戏。

    在制作了电脑版打地鼠游戏后，还鼓励学生思考能否做出实际的打地鼠装置。

    （二）思维能力培养启发性策略

    思维能力培养的启发策略和以往的提示有很大的不同。启发是指学生在尝试解决问题的过程中，遇到了困难，经过努力，但是没有有效的解决问题时，教师利用另外一个问题引导学生进行思考，而提示仅仅是指直接告诉学生的知识与技能，这种提示没有促进学生的思维能力的发展。因此在思维能力培养启发可以遵循以下三个策略：

    1.提示最优化

    程序设计思维能力是学生自己解决问题的过程中取得的，学生经历的越多，越充分，学生的思维能力培养效果就越好。因此在知识与技能方面，提示的越少，越准确越好，让学生体验其解决问题的成就感和价值感。

    2.尽量从人格、素质进行干预

    评价可以三个方面对学生进行干预：知识与技能、思维能力（分析性思维、创作性思维、实用性思维）、人格（开放、灵活、理性、自信心）和素质（态度、习惯、意志力）。在实际教学实践过程中，学生在开发As-block项目时，会遇到很多困难，教师若从人格、素质上进行干预的越多，越加能激发学生内在动机，并具有强大的意志力去克服困难，最终收获成功。例如：鼓励学生坚持，强调其具有强大的意志力，良好的习惯，认真的态度，包括经历困难、愉悦等；从人格上干预，讲励志故事，教师修养的感染等方面进行干预。

    3.学生提问导向策略

    当学生编写程序，遇到困难时，可能会提出外形设计、程序设计、调试错误等相关问题，此时教师主要可以从促进二种思维能力方向上引导：

    例如：你觉得你的这个作品有什么价值？有哪些原因导致呢？对于这个问题，你自己的怎么思考的？你是怎么实现的呢？假如你是用户，你觉得使用过程中会出现什么问题？等一些具有较高思维含量的问题，促进学生思考，从而自己发现“帮助”。

    （三）思维能力培养教学模式

    思维能力培养的教学模式的基本观点是“在项目学习中促进思维的发生与发展”，基本的特点是“有问题，能分析，会设计，敢动手，乐分享”。该教学模式在时间上安排，既可以应用于一个课时，也可以应用于连续几个课时才能完成一个教大的一个项目。

    通过该模式实践研究发现，以As-block和Arduino程序设计为载体，能够较好的促进思维能力的发生与发展。下面以“热饮自动降温智能机器人”教学指导为例，谈谈教学活动过程。

    1.熟悉问题

    教师可呈现出贴近学生需求性问题，可包括生活或学习中遇到的问题，结合Arduino的优势，或者根据学生生活中提出需要优化的项目。学生根据问题情景，提取需求的信息，并结合已往学习Scratch相关知识，提出自己的想法。

    问题情景：

    在生活中我们经常發现热饮非常烫，不注意的情况下还会烫伤。人们在饮用时，为了达到适宜饮用的温度，我们需要通过不断的冷却、品尝、再冷却、再品尝的过程，为了能减少繁琐反复的程序，您能够通过As-block和Arduino相关知识，设计一款能够自动感温并降温到适宜饮用温度的智能机器人吗。

    还要注意设计的产品，外形美观哦。

    在该问题提出后，学生们有不同的想法，需要给他们一个表达自己的想法的平台，可采用观点汇报等活动方式，其中内容包括他们思考的过程，以及如何解决的策略。例如：解决策略，可以有不同的触发方式、代码不同的实现方式、需要哪些传感器等等。在这个活动中，学生们需要对问题过程和策略进行详细分析，并需要站在使用者角度去思考问题，促进学生的分析性思维的发生。

    2.项目设计

    熟悉问题后，虽然学生有着自己的想法，但是需要将其想法进行整理分类，在思想整理过程中，可参考使用项目设计表（如表1）：

    三、结束语

    思维能力提升一直是教育教学工作追求的主题，也是一大难题。笔者在基于As-block和Arduino的小学创客教育思维能力培养教学实践尝试中，取得了一些进展，但是思维能力教学之路还需要不断改进、思考、和实践，在努力中成长。

    注释：

    ①深化科技体制改革 增强科技创新活力 真正把创新驱动发展战略落到实处[N].人民日报，2013-07-18：1

    ②北京师范大学崔光佐教授《思维能力的教学理论与实践》

    ③杨继志，杨宇环.基于Arduino的网络互动产品创新设计，2011.11.24

    参考文献：

    [1]崔光佐.思维能力的教学理论与实践[M].高等教育出版社，2014.

    [2]赵海燕.思维教学[M].中国轻工业出版社，2001.

    [3]来华英.学科核心素养的校本化初探2016年第6期教育与教学

    [4]孔凡哲.从结果评价走向核心素养评价究竟难在何处？教育测量与评价2016年05期

    [5]杨继志，杨宇环.基于Arduino的网络互动产品创新设计，2011.11.24