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创客教育的实施保障了创客人才的培养，创客教育体系的建设是培养创客人才的前提。今天分享广东省中山市实验中学张伟营老师对于高中创客教育的实践经验，一同探讨创客教育的发展。
网络课程平台支撑下的高中创客教育实践
文 | 张伟营 广东省中山市实验中学教师
随着开源软件、硬件等信息技术的不断进步，越来越多“创客”不断地将自己的创意变成现实。这种基于一定的知识基础，通过实践、共享、交流，将创意转变为现实的理念，与“做中学”的教育思想高度契合，也使创客教育应运而生。
创客教育是一个新生事物，尚未纳入国家或地方的高中课程体系，没有统一的高中课程教材，很多一线教师都是根据器材的说明书或相关网络教程自行开发校本课程，开展创客教学活动。笔者以开源硬件阿尔杜伊诺（Arduino）课堂教学为例，谈谈网络课程平台支撑下的高中创客教育实践。
在开源硬件Arduino教学中，笔者尝试在魔灯（Moodle）平台支持下，给学生布置一项真实的实验任务，让学生通过自主协作的学习，以小组为单位，共同完成预定任务并评价作品，借此实现对模块化编程知识的建构，培养学生动手解决实际问题的能力。
Moodle是一个开源网络课程管理系统，也被称为学习管理系统或虚拟学习环境，用户可以根据需要设置课程，灵活配置课程活动。系统支持文字、图片、动画、音频和视频等资源的上传，支持实时文本互动（如论坛、评论）、投票、调查问卷，允许用户自定义题库，上传多种文件类型的作业，可以记录学生访问资源时间及作业提交时间，提供及时反馈。
下面以“为养蜂人员开发一款蜂巢温湿度检测与报警器产品”的课堂教学为案例，分享Moodle平台支撑下的高中创客教育实践经验。
首先，教师在平台资源区上传短视频展示养蜂人的日常工作，并辅以图文讲解，为学生学习养蜂知识提供数字化的学习环境。让学生了解蜜蜂是一种变温动物，蜂群的生活易受温度、湿度影响，对养蜂人员为了保证蜂群健康成长并保障蜂蜜产量经常关注蜂巢的温度、湿度变化的情景有进一步的感性认识，激发学生的学习兴趣，让学生在执行真实的任务中探究学习。
然后，通过师生互动和平台讨论区，引导学生讨论：蜂群生长舒适的温湿度是多少？测量数据需要用到什么硬件？养蜂人员通过什么方式观察数据并获得提示？
最后，确定任务目标：利用手头的硬件（温湿度传感器、LCD液晶显示器、LED灯和蜂鸣器）帮助养蜂人员直观了解蜂巢的温度和湿度变化，当蜂巢的温度、湿度值达到临界值时及时提醒养蜂人员。
教师利用平台进行“课程管理”“用户”“小组”设置，让学生自行编组（每组3人，组员根据项目任务和自身的特点负责相关的任务分工）。在课程“讨论区”确定需要收集的资料（如蜂巢最佳温度、湿度区间，温湿度传感器、LCD液晶显示器、LED灯和蜂鸣器的使用方法等），编制项目实施方案（蜂巢最佳温度、湿度区间数据的收集，传感器、执行器的使用方法，Mixly程序模块设计及硬件的连接与测试等），最终呈现作品。
课堂上，教师利用平台上“课程管理”中“课程进度跟踪”功能及时了解学生学习进展情况，打开“报表”中的“课程活动”与“活动进度”查看各小组及其成员在完成项目时的行为记录，根据各小组的项目方案，及时在资源区补充学生在探究过程中可能需要的资料、素材等，引导学生在讨论区、聊天室展开讨论，并对各小组的项目学习提供指导。
教师让学生将数据收集汇总到资源区，以文字形式呈现并置顶。
（1）蜂巢最适温度和湿度。无蜂子时，蜂巢内最适温度为14～32 ℃，相对湿度为35%～75%；有蜂子时，蜂巢内最适温度为34.4～34.8 ℃，相对湿度为35%～75%；14 ℃是蜜蜂个体安全临界温度，如果蜂巢内温度高于37 ℃，蜂蛹和幼虫可能死亡，如高于40 ℃，蜜蜂将停止一切采蜜活动。
（2）DHT11温湿度传感器。DHT11数字温湿度传感器是一款以数字信号输出温湿度的复合传感器，它应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，确保产品具有极高的可靠性和卓越的稳定性。传感器的量程湿度为20%～90%RH，温度为0～50 ℃。
针脚接线要求如下：“out”→数字口，“+”→vcc，“-”→GND。
最后，安装LCD1602显示屏。1602液晶也叫1602字符型液晶，它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块（可以显示两行内容，每行16个字符或数字）。
针脚接线要求如下：GND→地线端（G），VCC→电源端（V），SDA→I2C 数据线（A4），SCL→I2C时钟线（A5）。
需要注意的是，Arduino板的时钟总线默认为A5端口，数据总线默认A4端口，不可更改。
等素材与数据收集完毕，小组制订方案并做分工，让组员分别完成算法设计、Mixly程序设计、硬件连接与测试等工作。在这个过程中，组员交流以线下为主，如遇难以解决的问题时可以在讨论区向其他小组成员或教师求助，并将问题的解决过程记录下来，在总结阶段做分享。
设计思路如下。每隔一段时间（如3分钟）通过DHT11温湿度传感器测量蜂巢温湿度，如测定蜂巢温湿度不在最适温湿度区间，令LCD液晶显示器（文字显示）、蜂鸣器（声音响起）和LED灯（红色灯频闪）同时发出警报；否则，LCD液晶显示器正常显示温湿度，蜂鸣器不开启声音，LED绿灯亮起（如图1）。
设计的关键是用软硬件实现对温湿度的测控，并显示数值。
教师线上、线下跟踪各小组的作业进展，在学生完成项目任务的过程中适时辅导。如一些学生不熟悉LCD液晶显示器的型号及其固定设备地址，教师特别提醒他们查看LCD液晶显示器的背面——所用的1602的显示屏的芯片有两种：一种是PCF8574T，寻址是0x27；一种是PCF8574AT，寻址是0x3f。
当学生操作卡壳，教师给予提示：操作是否正确，Arduino板的时钟总线为A5端口，数据总线为A4端口，不可更改；注意DHT11数字温湿度传感器量程（湿度20%～90%RH，温度0～50 ℃），以及温度、湿度数值的获取；理清程序设计思路；注意最适温、湿度与获取的数据之间的条件判断设定；检查Mixly的各模块位置；进入循环时，LCD液晶显示器和蜂鸣器分别清屏与声音停止，应做好LCD液晶显示器和蜂鸣器的延时设置；按要求连接好硬件针脚与Arduino板的数字口针脚、VCC电源端针脚、地线端针脚；做程序上传测试；等等。
学生在课堂上根据编写好的程序连接硬件，上传程序并调试，确认作品完成后，在规定的时间内通过作业区提交程序设计文档，并在讨论区、聊天室交流在完成项目任务过程中所获得的知识、经验和感想，组间展示最终作品。
教师通过作业区点评学生的作业，对表现突出的小组给予表扬，在课堂上展示学生的开源硬件作品，整理资料，引导学生总结学习经验，评出范例。
教师课前需要在资源区上传量规评价标准，让学生知道教师是如何评价的。教师利用Moodle平台的跟踪功能记录学生行为，对学生的探究过程和最终作品有一定了解，对学生进行全面评价，写评语，这有利于学生总结反思。
学生利用讨论区、聊天室、投票等功能开展组间互评，结合教师和其他学生给出的意见对自己做出合理评价，最终实现自身能力的提升。
网络课程管理系统为创客教育的实施提供了平台，教师可以根据需要配置课程活动，如作业、聊天、投票、论坛、测验、问卷调查和互动评价等。在开源硬件项目设计实践中，教师将相关微视频、学习资料等上传至平台后，如何确保学生在课堂上自主地进行协作学习并完成任务呢？教师通过平台可以查看每个学生的学习活动记录，通过报表中的访问日志，还可以查看学生的学习轨迹，对这些活动记录做数据分析便可得出学生的在线学习评价结果。教师对学习状态和成绩不佳的学生及时提醒、引导。
在创客教育活动中，教师应关注学生个体差异。高中阶段，由于学习兴趣、学习习惯和学习环境不同，学生的知识储备与结构、编程能力和实践动手能力不可能整齐划一。教师通过课堂观察并利用平台的学生活动记录功能了解学生个体差异，对于理论知识比较薄弱的学生加强基本原理的讲解，对于实际操作能力较差的学生在操作时给予更多的指导。由于课堂时间限制，教师不可能对所有学生做一对一的辅导。教师应在项目学习开始前，在平台中设置分组，引导不同特长的学生建立小组，让他们取长补短，相互学习。
交流与分享是创客教育的重要内容。学习过程中，学生可以通过讨论区、聊天室分享知识或交流感受，开展小组互评。教师在作业区针对个别作品做点评，及时反馈到学生作业页面，同时，鼓励优秀的小组介绍经验，展示成果。
课堂教学实践证明，高中创客教育活动能在Moodle平台支持下顺利开展。教师通过平台可以灵活管理课程，学生应用平台开展个性学习和协作学习，能够及时获得教师的反馈，培养并提升自身能力。当然，Moodle作为网络学习平台由于技术的局限性也有不足，这需要教师强化课堂教学，引导学生学习，采取线上与线下相结合的方式，扬长避短，提高教学效率。
注：本文系全国教育信息技术研究2017年度专项课题“基于网络空间的中学信息技术创客教学模式研究”（编号:174430016）的阶段性成果。
文章来源：《中小学数字化教学》2018年第9期，原标题为《网络课程平台支撑下的高中创客教育实践》，文章有删减
责任编辑：祝元志
微信编辑：李中华
监 制：朱哲
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