课题研究记录表

12月26日，殷晓波老师执教五（5）班《无线通信》一课，课程主要集中探索了机器人小车的附加模块的添加与编程设计。课题组成员以及相关学科教师集中信息技术教室观课研讨并进行课程设计修改讨论。授课教师针对学生实际情况和课程普适性研究，简化了附加模块的教学部分，使用了附带集成在micro:bit中控板的无线通信模块和加速度模块，机器人添加这两个模块之后就能够实时读取和显示电波频道，显示的数值取决于无线通信模块的自我设定，通信频道通常为1或2，方便学生互联通信，但是因为设备问题，普遍会产生噪声，导致通信失真或者容易断连，所以上课时应当只取用一两个通信频道来保证通信的通畅或者运用编程距离控制，而不是直接让学生随便选择通信频道发散电波。

在拓展阶段可以让学生通过搬动座位、放倒座位等方式，自主建设“赛道”，然后再设计编程，让小车根据加速度设计，在直道冲锋，在弯道谨慎识别转弯口。因为赛道多变曲折，所以需要学生自己仔细设定，反复修正改善程序设计。在课程中学生积极性很高，上课热情充足，师生互动热烈。

上课课题：无线通信

太仓市沙溪镇第一小学 殷晓波

一、课题简介

1.课题基本信息：

《培养信息素养：基于micro:bit平台的图形化编程机器人课程开发研究》；太仓市“十四五”规划2023立项课题（课题编号：W2023010）；主持人：殷晓波；单位：太仓市沙溪镇第一小学。

2.核心概念界定：

（1）Micro:bit硬件

micro:bit最早起源英国，是英国广播电视公司与 微软、ARM等诸多知名企业共同开发的微电脑开发 板。从本质上来说它属于开源硬件平台，开发它的目标是为了充分调动学生参与到创造性硬件制作与软件编程活动中。micro:bit专为青少年编程教育而设计，尤其适合在少儿编程教学中应用。相比于目前小学五年级教材中常用的图形化编程，该平台更加契合于与micro:bit小车的连接，有更多更丰富的软件硬件对接功能，使教学更加方便。

（2）信息素养

信息素养(Information Literacy)更确切的名称应该为信息文化(Information Literacy)。信息素养是一种对信息社会的适应能力。美国教育技术CEO论坛2001年第4季度报告提出21世纪的能力素质，包括基本学习技能(指读、写、算)、信息素养、创新思维能力、人际交往与合作精神、实践能力。信息素养是其中一个方面，它涉及信息的意识、信息的能力和信息的应用。信息素养也是一种综合能力，信息素养涉及各方面的知识，是一个特殊的、涵盖面很宽的能力，它包含人文的、技术的、经济的、法律的诸多因素，和许多学科有着紧密的联系。根据《2022年版义务教育信息科技课程标准》，信息科技的核心素养主要包括：信息意识、计算思维、数字化学习与创新、信息社会责任，这四个方面互相支持互相渗透。而本课题主要面向的是五、六年级小学高学段的学生，在信息科技核心素养的培养方面中着重于其中信息意识和计算思维的培养。

（3）图形化编程机器人课程

图形化编程机器人课程是指通过使用图形化编程工具和软件来教授学生如何设计、编程和控制机器人的课程。这种课程旨在帮助学生培养编程思维和创新能力，通过实践操作来提高他们的动手能力和解决问题的能力。通过图形化编程机器人课程，学生可以学习如何使用类似搭积木的方法来编写代码，大大简化了编程的难度同时又保留了编程思维的方式，进而掌握实用的编程技能和机器人控制的知识。

（4）培养信息素养：基于micro:bit平台的图形化编程机器人课程

“培养信息素养：基于micro:bit平台的图形化编程机器人课程”是指通过利用micro:bit芯片板控制器平台及图形化编程工具，设计并实施一门课程，旨在帮助学生提高信息素养和编程能力。通过该课程，学生将学习如何利用micro:bit平台开发和编程机器人，探索信息技术和编程的应用，培养解决问题和创新思维的能力，从而全面提升信息素养水平。该课程旨在激发学生对科技的兴趣，促进学生在信息时代的发展中具备必备的技能和素养。

二、课题研究课说明

1.研究主题：培养学生信息素养，使用基于micro:bit平台的图形化编程软件辅助，以问题解决为抓手重点提升学生信息素养中的计算思维能力。

2.需解决的问题：

在小学信息科技高学段教育中，往往使用单一极简的图形化编程来结合教材完成教学任务，但是学生初次接触图形化编程还算兴趣盎然，但是当学习日久之后学生的学习兴趣会随着学习难度的提升而逐渐消退。但是单一方向的图形化编程课程为了达到足够的课时长度和教学深度，又不得不逐渐提升教学难度，深挖晦涩难题。

本课题以及本课程系列旨在通过拓展图形化编程课程的广度来解决小学高学段图形化教育中可能遇到的教学内容不够丰富、教学难度梯度阶跃的问题。而且结合使用专项定制的micro:bit平台小车我们可以更加大大提高学生的学习兴趣，既做到了拓宽广度，也让学生在更加结合实际的实践操作中提升了动手能力与问题解决能力。

3.本节课设计意图：

本课主要使用的Mind+软件是Max:bot小车的配套编程软件，本质仍然是一种图形化编程软件，五年级的学生在学习过Scratch图形化编程的基础上，上手应该是比较容易的，但是作为机器人编程系列课程的前期阶段的第一课时，仍然需要对学生进行一些基础知识的铺垫讲解，让学生先认识最基础的硬件和一些基础的软件运用方法，再通过多用活用小组合作和自主探究的方法，把课堂交还给学生，让学生自主探究学习，教师加以引导，更加能激发学生在偏重于实践的机器人编程课程中的学习积极性，也让学生更有学习成就感。

同时将教学任务分解成一个个关键问题和实践项目以问题解决为抓手重点提升学生信息素养中的计算思维中的“在问题解决过程中涉及的抽象、分解、建模、算法设计等思维活动”能力。

1. 理论、理念说明：

（1）游戏化学习理论

游戏化学习理论（Gamification of Learning Theory）是一种将游戏元素和机制应用于非游戏情境中，以提高参与度、动机和学习的效率的理论。这种理论认为，游戏化的设计可以增强学习体验，使学习过程更加吸引人、有趣和富有挑战性。游戏化学习理论的应用可以包括设计具有游戏元素的教学活动、课程、软件和学习平台。例如，通过积分、等级、排行榜等方式激励学生的学习行为，或者通过角色扮演、故事情节等增加学习的趣味性。游戏化学习理论已经被广泛应用于教育、培训、健康促进等领域，并取得了积极的效果。然而，游戏化学习理论的应用也需要注意平衡，确保游戏元素不会分散学习者的注意力，而是真正促进学习目标的实现。此外，游戏化学习的效果也会因学习者的年龄、学习内容和个人偏好而有所不同，因此需要根据具体情况设计适合的游戏化策略。

（2）建构主义理论

建构主义理论的基本观点主要可以概括为：首先，学习是学习者主动建构内部心理表征的过程，是新旧经验之间的双向作用过程，其结果不仅包括结构性知识，更包括大量的非结构性知识和经验；其次，学习是在具体情境中产生的，具有情景特征；再次，学习者以自己的方式构建对事物的理解，以自己原有的知识经验为基础，从而实现不同的人看到的事物具有不同的方面；最后，学习者应该通过合作学习，相互交流、互相补充，使理解更为丰富全面。

（3）情境学习理论

情境学习理论（Situated Learning Theory）是由让·莱夫（Jean Lave）和埃蒂安·温格（Etienne Wenger）在20世纪80年代提出的，该理论强调学习是一个社会互动的过程，学习者通过参与特定情境下的实践来建构知识和技能。 在教育设计中，情境学习理论指导我们创建真实或仿真的学习环境，提供实践机会，鼓励学习者与他人合作，并通过反思来深化学习。例如，在编程教育中，可以设计实际的项目或问题，让学生在解决实际问题的过程中学习编程技能。这种方法不仅有助于学习者理解编程的概念和原理，还可以培养他们的问题解决能力和创新能力。

（4）项目本位学习理论

项目本位学习理论（Project-Based Learning Theory，简称PBL）是一种以学生为中心的教学方法，它强调通过完成真实世界中的项目来学习。这种方法鼓励学生自主探索，发展解决问题的能力，并通过项目过程来获得知识和技能。在教育实践中，项目本位学习理论指导教师设计具有挑战性、相关性和开放性的项目，让学生在完成项目的过程中自主学习。例如，在编程教育中，教师可以设计一个需要编程解决的实际问题，如开发一个简单的游戏或应用程序。学生通过自己的研究和实践，利用编程知识来完成项目，从而达到学习编程的目的。 项目本位学习理论的优点在于它能够促进学生的主动学习和批判性思维，同时也能够培养学生的团队合作和沟通技能。然而，这种方法也需要教师投入更多的时间和精力来设计项目和指导学生，确保学习目标的实现。

1. 研究方法：文献研究法、行动研究法、案例研究法

   三、相关过程设计及简单说明

   活动一：故事引入

   当Max:bot遇到了另外一个Max:bot小伙伴，先来打个招呼吧！

   当一个Max:bot通过micro:bit发出一个信号时，另外一个Max:bot能够接收到信号，并做出反应，这里用到的就是micro:bit的无线通信功能。

   【设计意图】通过机器小车的双方互动，表演一个小故事引出本节课的重点内容，激发学生学习兴趣。

   活动二：认识要点

   什么是无线通信功能？
    在无线通信功能中，需要两个micro:bit，发出信号的叫做“发射端”，接收信号的叫做“接收端”。
   知识要点

    

   

   【设计意图】让学生认一认找一找本节课的重要控件，在实践操作中自主发现问题，产生思考，激发学生学习主动性。

   活动三：新授实践
   1、发射端
   （1）打开Mind+软件，新建项目。
   （2）打开无线通信功能，设置无线频道为1。

    

   （3）设置需要发射的内容
   先来打个招呼吧！

    

   

   （4）保存项目，命名为“打招呼发射端”，将程序下载到发射端。

    

   

   2、接收端
   （1）打开Mind+软件，新建项目。
   （2）打开无线通信功能并设置与发射端相同的频道。

    

   （3）判断是否是接收到正确的数据，当收到“Hi”，那么就会露出笑脸。

    

    

   

   

    

   

   （4）保存项目，命名为“打招呼接收端”，将程序下载到接收端。

    

   

   将接收端和发射端的开关都打开，接收端“露出”笑脸了吗？

   【设计意图】结合学生之前的自主观察与操作提出问题，让学生自主思考解决问题。

   活动四：间谍密语机器人

   在一些神秘的场合中，需要发射一些数字暗号，来帮助双方来识别对方的身份，也就是在谍战剧中需要一些代码暗号。试着和小伙伴来一场谍战游戏吧。
   请发送一串暗号，例如：1231；让你的小伙伴来说出（显示）对应的暗号，1321。

    

   

   【设计意图】通过实践之后让学生思考自主创新完成新挑战，然后教师补充完整，师生合作一同完成新任务。

   拓展活动五：赛车机器人

   体感赛车

   你有玩过体感赛车游戏吗？通过不停的变化遥控器的方向，来控制屏幕上的赛车急速奔跑和转弯，好刺激呀！

    

   

   那么micro:bit可以实现体感控制吗？micro:bit上面集成了加速度传感器。
   什么是加速度传感器？
   加速度传感器可以感受到物体的速度变化情况。micro:bit上具有加速度传感器，能判断micro:bit的运动方向、角度、手势等场景。
   手机上也有加速度传感器，可以玩一些体感互动游戏；手环上的加速度传感器，可以判读运动情况，进行计步。

    

   

   
   知识要点

   

   动手实践
      1、发射端
   （1）打开Mind+软件，新建项目。
   （2）打开无线通信功能，设置无线频道为1。

    

   

   （3）当你转动micro:bit，使得徽标朝下时，对应控制Max:bot前进。

    

   

   当检测到micro:bit的徽标朝下时，用“向上箭头”显示出来当前的状态，发出控制另外一个Max:bot向前的指令。

    

   

   （4）分别编辑其他三个控制状态。
                 停止：

    

   

                 向左转：

    

   

                 向右转：

    

   

   （5）保存项目，命名为“体感赛车发送端”，将程序下载到发送端。

    

   

   

   2、接收端
   
    （1）打开Mind+软件，新建项目。
   
    （2）需要根据接收的信号指令，控制Max:bot动作。
   
   请根据以下流程图，进行编程：

    

   （3）保存项目，命名为“体感赛车接收端”，将程序下载到接收端。来玩个赛车游戏吧！

    

   

   探究思考
   在体感游戏中，如果你控制端的摆动的角度越大，赛车会转向的角度越大，我们的体感赛车Max:bot该怎样实现呢？

   【设计意图】根据教学实际，在时间充足的情况下让学生自主探究如何合作完成小车程序调整，需要多方面考虑前进的速度和加速度变化的临界点，通过更加复杂的思考来提升学生的信息素养与合作能力。

   活动七：小结

   结合任务单进行巩固复习，回忆思考本节课所学知识。

   下课。

基于问题解决的小学生计算思维培养策略探究

——以《micro:bit平台的图形化编程机器人课程》为例

课堂观察量表

观察班级： 执教教师        观察对象：    观察者

说明：1.教的行为：主要记录教师的讲述、提问/追问、呈现、活动说明、活动参与、评价等行为，可具体化；2.学的表现：主要记录学生学习活动中的语言、行为、神态、状态以及学习结果等，如果出现观察指标的表现，可用A1等符号表示，但有的仍需做些简单描述性记录（观察者明白即可）；特别要记录学生对重点的学习、难点的突破、小组合作、亮点、生成等；3.以学思教：针对学的表现，反思教的行为，提出自己思考（成功启示、改进之策等）。