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[资讯] 基于micro:bit的Mini-PBL教学实践——DF创客名师线上分享会内...

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本帖最后由 粒子 于 2018-11-29 14:04 编辑

11月23日,首届DF创客名师线上分享会圆满举行,短短三天吸引了近300人围观,活动当天各位老师的参与度非常高!活动结束后,大家意犹未尽,纷纷为下一次分享会主题出谋划策。同时,当天很多老师们表示对分享嘉宾狄勇老师提及的Mini-PBL很感兴趣,为进一步的交流,狄老师将当天的分享内容整理并完善成一篇文档,以供大家参考。以下为狄老师分享内容原文。



基于micro:bit的Mini-PBL教学实践——以《花花草草监护仪》课程为例

摘要:本文以笔者基于BBC micro:bit的课堂教学实践,阐述了micro:bit应用于信息技术课堂接驳物理计算的优势。提出了更加适合于当下课堂教学时空条件的Mini-PBL教学方式,并以《花花草草监护仪》课程为例提供了具体课例与分析,证明了基于micro:bit的Mini-PBL教学方式适合广大信息技术教师选择性地进行课程创新和尝试,并藉此引发孩子们的思辨,埋下务实和创新的种子。

       关键词:信息技术、micro:bit、Mini-PBL

  • 1、引言

课改背景之下,信息技术学科面临着诸多新的挑战和机遇,单纯由“信息素养”观念所主导的信息技术教育越来越不适应当前中小学信息技术教育重视计算思维培养的发展趋[1]。基于信息技术学科特点,在有限的课堂时空环境中主动整合工程与科学,基于micro:bit等开源硬件,用Mini-PBL教学模式让学生以信息技术的方式方法去解决问题参与实践,是一种契合学科核心素养培育的必要尝试。


  • 2、相关概念解析

micro:bit

micro:bit 是一款由英国广播电视公司(BBC)推出的专为青少年编程教育设计的微型电脑开发板。官网对其的简介相当直白:“micro:bit是一个小型的可编程计算机,旨在使学习与教学变得轻松有趣。[2]”


Mini-PBL

Mini-PBL基于我们所熟知的PBL(problem-based learning)教学模式,其同样是一种动态的以学生为中心、让学生通过积极探索现实世界的挑战和问题从而获得更深层次知识的先进教育研究的教学及学习方法。但与PBL动辄6课时甚至长达一学期的实施周期相比,笔者将Mini-PBL教学模式定义为可在不超过3节课的课时安排中形成一个完整的赛耶模型。



  • micro:bit是信息技术学科接驳物理计算的优质平台


从近年信息技术教材的开发趋势看,渗透智能硬件已是大势所趋。此前,基于Arduino的开源电子平台似乎是课程平台的普遍选择。诚然,Arduino大幅降低了入门智能创造的技术门槛,但micro:bit的出现则进一步让技术达到了让低年级小学生亦可踮脚触及的高度,并且在课堂实施成本等方面具备颠覆性的优势。


1、入门门槛极致消融

相较于Arduino教程的第一课是安装驱动、准备运行环境,micro:bit则可以打开浏览器,在线加载编辑器后进行程序设计,烧写程序的过程如同往U盘拷贝文件。普通机房均可满足其软硬件要求,学生可便捷地在入门门槛可以说消融到了极致。


2、正向反馈直截了当

以我们常用的Arduino UNO为例,主控板上唯一一个直观的输出设备是并联在PIN13上的板载LED,能显示的信息只有亮或灭。在Arduino的教学中,数码管、点阵、1602等显示设备的使用是不容易的,大部分学生无法将这些显示模块应用到作品中。micro:bit巧妙地解决了这个问题,使用点阵近乎涂鸦般容易,当一块主控板直接能进行丰富的视觉输出时,学生就能充分享受硬件互动的乐趣了。

在反馈直观性方面,除了原生点阵屏外,micro:bit的编辑环境具备大部分平台没有实现的仿真功能。也就是如果手头没有硬件,也可以通过编辑环境的仿真来验证程序。学生们甚至可以抓住“舞台”上的板子摇一摇,体验三轴加速度计的感知功能。


3、教学部署成本低廉

教学部署成本包括两方面,目前micro:bit材料成本为108元。一台电脑的价格可以配齐一个教室的microbit。其次是教师的管理成本。采用Arduino教学的课堂相较于常规课程,劳累程度几何级上升,执教者需要花费大量时间在实验材料的准备和整理上。由于micro:bit集成度高,基本上原生板载功能已经足够一学期的教学需求,减少了外围硬件的投入和管理成本。



  • 基于micro:bit的Mini-PBL 在课堂的实施

1、课程背景

教学对象为已完成5课时micro:bit教学的四年级、五年级学生,实践过利用micro:bit的点阵屏显示内置电子罗盘获取的磁感应强度值,并在教学数字量概念时已提及本课涉及的模拟量概念。

课程使用的扩展板与传感器均使用PH2.0-3防呆接口,并且有明确接口标识。在《万圣节的小捣蛋》一课,实践了扩展板和传感器的连接。

在程序设计方面,本课有可能被学生用到的变量、条件判断、循环等知识均已在之前的课程涉及。


2、基于micro:bit的Mini-PBL学习维度分析

相较于传统的课堂或实验强调验证那些已经摆在学生面前的结论,本课教学是让学生自主设计装置、自主验证其有效性,最终还要带着思辨的色彩与网络上的结论进行分析比对。由此生成事实性的知识和直接经验是本课的设计追求。


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图表 1《花花草草监护仪》的学习维度分析图

参考资料
[1]王旭卿,从计算思维到计算参与:美国中小学 程序设计教学的社会化转向与启示[J],中国电化教育,2014(3):97-100

3、走出机房的信息技术课堂

与常规信息技术课不同,在本Mini-PBL 总计3课时的教学中,第一课时为分组项目设计和制作,第二课时为走出课堂的实践活动,允许学生在规定的范围内分组自由活动,并可随时反回机房修改完善程序。

学生反复循环着如图2的项目设计过程,并持续性地对装置功能进行迭代。大部分小组都经历了仅显示土壤湿度数据——增加图形或字符提示——增加声音提示的升级完善过程。



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图表 2项目设计过程


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图表 3其中一组设计的检测装置程序


4、提供可自主操作的学习支架

本课教学中,教师设计了一张实验记录表,其用途贯穿整个实践活动。这份实验记录表将引导学生在进行真实的实验,并要求学生将肉眼观察结果、装置读数、网络查询结果进行比对分析,学会用数据说话。此外根据教学实际,对小组进行了程序设计、检测操作、数据记录、小结执笔的分工,每个小组在拿到这张表后,均可以有组织地高效开展项目实践。


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图表 4实验记录表


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图表 5课堂掠影



  • 反馈与小结

1、Mini-PBL中的模糊任务和明确结果

传统课堂特别注重任务的层次、递进,学生沿着老师设计好的路步步为营。不可否认这种学习方式带来的扎实的学习效果。但在Mini-PBL中,模糊的任务设定充分释放了学生的创造力。以本课为例,老师甚至在一开始就允许同学们进行否定现有结论乃至“失败”的尝试。而课程的结果设定非常明确,就是基于原有知识进行大胆的项目实践,并藉此总结、交流、展示。


2、Mini-PBL让信息技术课堂接驳物理计算

信息技术课堂接驳物理计算是时代的需求也是自身课程发展的需求。对于学生和教师而言,物理计算是一个引人入胜的参与性活动,探索了人类如何通过无限创意进行非传统形式的输入并与计算机进行交互。它使用新颖的输入形式(不是典型的鼠标或键盘),其依赖于各种传感器让计算机获得人类的“感知”能力,例如声音,运动,光和热。

在本课教学支架的引导下,学生基于问题亲手设计了一个可进行物理计算的装置,并反复地进行着如下图的认知生成过程


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图表 6本课的认知生成过程

显而易见,信息技术在Mini-PBL的实施过程中,在技术层面将起到关键作用,其学科价值亦将在学生核心素养培育方面得到升华。


3、形成完整的赛耶模型

赛耶模型要求学生发挥他们的创造力,找到能够运用科学技术和数学解决的真实的需要和问题。[1]


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   图表 7赛耶模型


参考资料
[1][美]埃里克·布伦赛尔. 在课堂中整合工程与科学[M]. :上海科技教育出版社, 2015. 16-16


从回收的实验记录表以及学生的在第三课时的交流反馈情况看,许多小组都对实验设计和装置原理提出了质疑和问题。例如有小组在实验小结中写道“因为刚下过雨,所以我们检测的每一个植物(土壤)都十分湿润”直接对安排实验的时机提出了质疑。


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图表 8实验记录样本1

还有小组在测试时把传感器插入水中,发现了新的问题,写道“我们证实了土壤湿度检测装置的准确性,但实验中,有些植物的(土壤)湿度超过了水”。事后学生们进一步考证研究的结果是,造成这种结果的原因是那些特别湿润的土壤中会有盐分等物质溶解出来,超过了水的导电率,而土壤湿度传感器就是通过导电率来检测湿度的,因此造成了装置显示土壤湿度超过水的湿度的结果。


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图表 9实验记录样本2

    可以发现,虽然课时安排有限,但学生们在装置设计、实验设计乃至实施时机上都提出了见解,有在反复执行着赛耶模型的循环,这将带领学生逐步优化装置设计和实验方案。

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图表 10布置于大厅的实验展示

为了让这种循环得以更多重复,实现课堂效益的最大化,我们还将实验设计布置到了学校大厅,并成功引发了更多学生的参与热情与好奇心。


  • 结束语


基于micro:bit的Mini-PBL在具备PBL的大部分优点外,其最大的价值是创设了符合国情和课堂现实的PBL教学时空条件。在大部分公办中小学,当下的课程结构、课时安排、班额规模乃至教室布局,并不具备系统实施PBL教学的条件。以《花花草草监护仪》一课为例,如果基于micro:bit这一适恰的物理计算平台,通过3课时的Mini-PBL便可形成完整的赛耶模型,学生被激发了学习兴趣后还会在课后反复循环该模型实现教学价值的最大化。此类课程适合广大信息技术教师在在不影响总体教学进度的安排下,选择性地进行课程创新和尝试,并藉此为孩子们埋下务实和创新的种子。


参考资料
1.狄勇,小而弥坚,BBC micro:bit即将逆袭创客教育[DB/OL]https://mp.weixin.qq.com/s/NQpR8loWUcyitDvCywtvvw
2.[美]埃里克·布伦赛尔,在课堂中整合工程与科学[M],上海科技教育出版社, 2015
3.王旭卿,从计算思维到计算参与:美国中小学程序设计教学的社会化转向与启示[J],中国电化教育,2014(3):97-100



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