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PBL | Micro:bit光控灯

PBL | Micro:bit光控灯 真途户外
2023-08-05
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导读:本案例基于学生已有的知识结构,以Micro:bit光控灯为教学项目,从项目展示与分析、项目规划与制作、项目迭

本案例基于学生已有的知识结构,以Micro:bit光控灯为教学项目,从项目展示与分析、项目规划与制作、项目迭代与创新、项目交流与分享几个环节入手,阐述了人工智能背景下,项目式课堂教学实施的过程及效果。

项目式学习与人工智能
本文主要以Micro:bit电脑板(见图1)开展小学人工智能教学。


Micro:bit是由英国广播公司(BBC)研发的微型电脑板,电脑板尺寸为4cm×5cm,表面上有25个LED灯,可通过网页编程平台(https://makecode.microbit.org/)进行脚本设计,设计好的程序可下载至电脑板。此外,Micro:bit电脑板还配有多种传感设备,如声音、光线、振动等,基本能够满足中小学人工智能教学的需要。
本文从实际问题出发,让学生通过观察、讨论等制订相应的实施计划,根据计划和已有的知识、经验以及教师提供的学习支架自主完成项目,并自主建构知识体系,总结出解决实际问题的方法和步骤。在此基础上,引导学生进行项目创新,设计出更加具有时代特色的迭代产品。


人工智能项目式课堂教学模式
1.项目式课堂教学设计原则
(1)激发兴趣的原则
光控灯是人们生活中常见的人工智能配件,在楼道、厕所等场所都能使用到。笔者以Micro:bit光控灯为主题开展人工智能探究,激发了学生的探究兴趣,也为学生的自主知识建构提供了实践平台。
(2)项目式学习的优势
项目式学习以真实情境为载体设计项目,以项目计划指导各环节的实施,整个过程以学生自主探究为主,在合作与竞争中促进成长,并鼓励作品的创新和创作。项目式学习也打通了学科之间的连接点,为学生未来解决复杂问题提供了多元思维基础。

2.人工智能项目式课堂教学模式
项目式学习主张将知识与技能置于真实的情境中,学生制订项目计划,以任务驱动方式进行自主和合作探究,活动计划需兼具可操作性和扩展性。教师应在整个实施过程中适时引导,并提供自主探究的学习支架,助力学生进行项目叠加和创新,并进行多方面的交流与评价。人工智能项目式课堂教学模式见图2。




人工智能项目式课堂教学实践
1.项目展示与分析
在教学中,笔者展示了生活中的光控灯,引导学生对灯的实现原理进行了初步分析,如光线达到一定值时灯就亮,否则就灭。基于这种生活体验,笔者又展示了Micro:bit光控灯,让学生进行知识牵引,明确了本节课的项目任务:设计Micro:bit光控灯。

2.项目规划与制作
Micro:bit光控灯的项目规划主要以程序流程图(见图3)来展现。


在项目展示与分析环节,学生已对Micro:bit光控灯的核心部分有了初步了解,如果能捕捉到光纤的虚拟值,并提炼出灯亮和灭的临界值,通过临界值进行判断,就能破解程序控制难点。
项目制作即程序模仿制作,学生通过对项目的观看、分析、规划,已经基本掌握了制作的方法和步骤。学生在此过程中也会产生很多创意的火花,这将成为项目创新的引子。

在Micro:bit光控灯项目中,笔者主要设计了以下几个教学任务。

(1)光的测试

在生活中,光是看得见、摸不着的,要想用数据来量化它,并用于判断光控灯的临界值,首先就要测试光的值。笔者组织学生将Micro:bit电脑板连接到计算机,打开网页编辑平台,编辑测试程序并下载到Micro:bit电脑板,然后进行光测试并填写表1。


学生通过对光线强弱的测试,一方面了解了传感器的特性,并学会了通过传感器认识事物,为使用其他传感器进行测试总结了经验;另一方面通过对光线的各种数据测试,得出光控灯的临界值,为程序控制提供了真实的数据支撑。

(2)程序脚本搭建
脚本搭建是体现学生逻辑思维能力最显著的方法,它也是学生在完成前期工作后展开的实践性任务。学生根据已有的知识和经验,或通过笔者在易加互动平台设置的微课支架,自主完成程序脚本搭建和调试。学生在完成搭建后,笔者建议学生通过互查和讨论来发现和解决问题,最终搭建出正确的程序脚本(见图4)。


(3)脚本的下载与调试
在完成脚本搭建和平台模拟测试后,笔者提醒学生把程序代码下载到Micro:bit电脑板,并进行硬件和真实光环境下的调试。

3.项目迭代与创新
笔者引导学生思考生活中其他的灯控制现象有哪些,学生很自然地想到了声控灯,笔者让完成的学生再尝试设计声控灯。
在完成声控灯后,笔者又提出问题:是不是还可以设置一个既能声控又能光控的灯呢?学生在明确任务后立即在小组内进行了讨论。学生在项目的再确定、再计划、再实施过程中都能基于小组合作与交流设计出相应的程序(见图5)。


4.项目交流与分享

笔者主要采用了三种项目交流方式:一是小组内的交流,通过交流达到消除知识与技能障碍的目的;二是班级分享交流,主要选出各小组中比较好的作品进行交流与展示,让更多的学生吸取经验,借鉴改进;三是借助易加互动平台展示作品。学生在下课前将作品提交到笔者事先创建的易加互动平台,课后可登录并下载查看其他学生的作品,还可以进行评价、打星、留言等(见图6)。


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