田迎春 中國人民大學(xué)附屬中學(xué)實(shí)驗(yàn)小學(xué)信息技術(shù)教師，高級(jí)教師。喜歡創(chuàng)客，輔導(dǎo)學(xué)生參加各種科技競(jìng)賽成績顯著，目前輔導(dǎo)學(xué)生獲得實(shí)用新型專利4項(xiàng)，本人獲得實(shí)用新型專利3項(xiàng)。

教學(xué)背景

2017年國務(wù)院印發(fā)的《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》明確提出：在中小學(xué)階段設(shè)置人工智能相關(guān)課程，逐步推廣編程教育。教育部印發(fā)的《中小學(xué)綜合實(shí)踐活動(dòng)課程指導(dǎo)綱要》也指出，要讓學(xué)生學(xué)會(huì)創(chuàng)意物化，能運(yùn)用信息技術(shù)設(shè)計(jì)并制作出有一定創(chuàng)意的數(shù)字作品，運(yùn)用常見、簡單的信息技術(shù)解決實(shí)際問題，服務(wù)于學(xué)習(xí)和生活。

中國成功發(fā)射“天問一號(hào)”火星探測(cè)器之后，全球高度關(guān)注火星探測(cè)進(jìn)展?！白Ｈ谔?hào)”火星車也于去年安全到達(dá)火星表面，開始巡視探測(cè)，春節(jié)前夕“天問一號(hào)”還傳回了高清自拍照，引起了全國人民的關(guān)注。基于這一學(xué)生真實(shí)關(guān)心的熱點(diǎn)話題，我們?cè)O(shè)計(jì)開展了火星探測(cè)主題式項(xiàng)目。本項(xiàng)目有益于激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新的興趣，培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐的能力，同時(shí)也是在信息技術(shù)課程中實(shí)踐STEAM教育的理念方法，力圖讓學(xué)生初步形成以信息技術(shù)學(xué)科方法觀察事物和求解問題的能力，靈活運(yùn)用信息技術(shù)服務(wù)生活，提高學(xué)生的信息素養(yǎng)。

教學(xué)目標(biāo)

知識(shí)與技能 掌握使用磁力計(jì)測(cè)量附近環(huán)境磁場(chǎng)大小的方法，學(xué)會(huì)分析數(shù)據(jù)，完善自己的作品。

過程與方法 通過親歷磁力探測(cè)器的編寫流程，初步體驗(yàn)編制計(jì)算機(jī)程序解決問題的基本過程。

情感態(tài)度與價(jià)值觀 經(jīng)歷小組合作、探究完成任務(wù)，能夠根據(jù)實(shí)際需求，初步建立編程解決問題的信心，產(chǎn)生繼續(xù)學(xué)習(xí)程序設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)欲望。

教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)

教學(xué)重點(diǎn) 掌握Micro：bit磁力傳感器的正確使用。

教學(xué)難點(diǎn) 根據(jù)實(shí)際情況設(shè)計(jì)符合實(shí)際需要的作品。

教學(xué)準(zhǔn)備

教學(xué)課件、Micro：bit及其電池板、USB數(shù)據(jù)線、紙盒、磁扣等。

教學(xué)過程

一、創(chuàng)設(shè)情境，確定研究主題

師：春節(jié)前夕，“天問一號(hào)”從火星給我們傳回了高清自拍照，引起了廣泛關(guān)注。人類為什么要探索火星？火星環(huán)境與地球環(huán)境有什么不同？人類在火星建設(shè)基地可能面臨哪些困難？

學(xué)生思考并討論交流。

教師播放火星風(fēng)暴視頻，引導(dǎo)學(xué)生觀看，感受火星風(fēng)暴的強(qiáng)大破壞力，如圖1。

師：強(qiáng)大的火星風(fēng)暴把人類先期探測(cè)到的水源地的標(biāo)志破壞掉了，這時(shí)候就需要重新搜索水源。請(qǐng)同學(xué)們想一想，我們可以借助什么設(shè)備幫助科學(xué)家搜索水源呢？

預(yù)設(shè)學(xué)生答案：磁力計(jì)或磁力傳感器。

師：對(duì)，磁法勘探是常用的水源探測(cè)方法之一，今天我們就嘗試?yán)么帕鞲衅髂M如何在火星上搜索水源地。

二、初步嘗試，自學(xué)磁力模塊

師：其實(shí)，我們的Micro：bit主板中就包含磁力傳感器，因此Micro：bit編程環(huán)境中肯定藏有磁力檢測(cè)模塊，大家快來找一找它藏在哪了？

學(xué)生自主探究，在Micro：bit編程環(huán)境里找到磁力檢測(cè)模塊。

教師演示拖出磁力檢測(cè)模塊，如圖2。

師：這個(gè)模塊除了能夠測(cè)量出磁力強(qiáng)度外還有其他功能，這節(jié)課我們主要學(xué)習(xí)磁力強(qiáng)度模塊。這個(gè)和我們之前學(xué)過的溫度模塊很相似，你能用Micro：bit主板探測(cè)出黑盒某一區(qū)域的磁力強(qiáng)度嗎？

學(xué)生思考討論，根據(jù)舊知解決磁力顯示問題。

教師根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，展示程序，如圖3。

學(xué)生向Micro：bit主板上傳程序，并測(cè)試程序效果。

教師巡視，指導(dǎo)學(xué)生實(shí)踐操作，同時(shí)收集問題。

學(xué)生集中反饋問題：無法測(cè)試黑盒中磁鐵的磁力大小。

教師解惑：地球存在著一個(gè)巨大的磁場(chǎng)，而且每個(gè)地方的磁場(chǎng)不同，對(duì)結(jié)果有比較大的影響。如果是第一次使用，Micro：bit會(huì)自動(dòng)提示需要校準(zhǔn)，校準(zhǔn)過程在軟件運(yùn)行時(shí)會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)，學(xué)生只需根據(jù)提示自行校準(zhǔn)，即可測(cè)量出磁力的大小。

教師展示校準(zhǔn)過程。

教師出示任務(wù)：利用Micro：bit主板測(cè)試黑盒中標(biāo)記點(diǎn)的磁力強(qiáng)度。

學(xué)生校準(zhǔn)磁力計(jì)，并進(jìn)行磁力大小的測(cè)試。在測(cè)試過程中，教師引導(dǎo)學(xué)生變換不同位置，測(cè)試出黑盒標(biāo)記點(diǎn)的磁力大小，記錄在學(xué)習(xí)單中，如表1，并預(yù)測(cè)出水源地。

表1 黑盒不同位置磁力強(qiáng)度表

教師展示學(xué)生成果，揭秘如何分析水源地位置。

三、創(chuàng)意物化，設(shè)計(jì)作品

1.分析任務(wù)，繪制流程圖

師：通過剛才的設(shè)計(jì)，我們知道可以通過磁力強(qiáng)度數(shù)據(jù)的變化來判斷水源地的位置，老師也編了一個(gè)小程序，大家看看和你們的有什么不同？

教師展示自己編寫的程序，學(xué)生對(duì)比分析，找出兩個(gè)程序的區(qū)別。

師：這個(gè)程序同樣能找到水源地，只是使用的方式不同，那我們?nèi)绾螌?shí)現(xiàn)呢？

師生共同完成流程圖的繪制，如圖4。

學(xué)生根據(jù)流程圖進(jìn)行編程設(shè)計(jì)，如圖5，將測(cè)量過程記錄下來，如表2。

2.交流體驗(yàn)，完成探測(cè)任務(wù)

教師隨機(jī)選取五個(gè)盒子，讓各組選擇其中的三個(gè)進(jìn)行測(cè)量，將測(cè)量結(jié)果填寫在學(xué)習(xí)單上，如表3，學(xué)生可以多次測(cè)量。

教師總結(jié)統(tǒng)計(jì)完成任務(wù)的小組數(shù)，并邀請(qǐng)成功率最高的小組分享經(jīng)驗(yàn)。

四、歸納總結(jié)，拓展延伸

師：通過大家的努力，我們不僅學(xué)會(huì)了如何使用磁力傳感器，還能經(jīng)過不斷地修改完善，設(shè)計(jì)出較為實(shí)用的水源探測(cè)器，幫助科學(xué)家找回了火星上的水源地。其實(shí)水源地標(biāo)志丟失的問題是可以避免的，比如我們的火星車可以隨時(shí)與地球控制中心進(jìn)行交流，傳遞搜集的信息，這樣就可以避免類似事件的再次發(fā)生。但是如何與地球進(jìn)行數(shù)據(jù)交換呢？請(qǐng)同學(xué)們課后自己動(dòng)手實(shí)踐，嘗試用Micro：bit實(shí)現(xiàn)無線通信。

五、教學(xué)評(píng)價(jià)

過程性評(píng)價(jià)以學(xué)習(xí)單為主，通過課堂學(xué)習(xí)單可以推測(cè)學(xué)生的思考過程;總結(jié)性評(píng)價(jià)以評(píng)價(jià)單為主，通過評(píng)價(jià)單了解學(xué)生本節(jié)課的掌握情況。

實(shí)踐反思

本節(jié)課情境設(shè)計(jì)新穎，貼近我國航天發(fā)展實(shí)際，師生對(duì)話和諧自然，學(xué)生在“玩”中探究磁力傳感器的使用，感受科學(xué)實(shí)驗(yàn)的全過程。從課程導(dǎo)入到學(xué)習(xí)實(shí)踐再到課堂總結(jié)，體現(xiàn)了項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的連貫性，實(shí)現(xiàn)了學(xué)習(xí)情境的螺紋連接與螺旋傳動(dòng)，計(jì)算思維的培養(yǎng)過程清晰，滲透自然，鍛煉了學(xué)生的高階思維能力。