基于Scratch互动技术的创客教育课堂教学研究

摘 要：21世纪是知识经济时代，呼唤具有创新思维的新型人才，培养青少年的创新能力就更为重要。作者在小学信息技术课堂（地方课程）中借助物联网，将互动技术融入到Scratch 创客教学中，从课堂范例的展示分析、模拟制作、多维扩展、交流分享等方面入手进行学生的创新能力培养，并取得了较好的效果。

关键词：物联网；Scratch；创客教育；创新能力

中图分类号：G434 文献标志码：B 文章编号：1673-8454（2017）24-0094-03

《教育信息化“十三五”规划》提出：“积极探索信息技术在……创客教育等新的教育模式中的应用，着力提升学生的信息素养、创新意识和创新能力。”创客教育得到了前所未有的关注。创客教育本质是旨向创造力教育的一种新形式。信息技术的日益普及为人们将创意转换为产品提供了更多空间与可能性。因此，基于对技术的应用，以及面向技术类产品的生成成为创客教育的重要内容载体。但是，从当前此类创客教育的实践来看，创客教育大多是在创客空间，以课外社团的形式组织开展的。如何让创客教育惠及全体学生？走向课堂是必然选择。笔者从2015起，开展以Scratch与PicoBoard传感器板为载体的互动技术教学，实践基于课堂层面的创客教育。本文将基于此教学实践，对旨向创新能力培养的创客教育课堂模式进行探讨。

一、基于Scratch的互动技术

本文所指的互动技术，是基于物联网的思想，通过计算机与外部硬件的信息交换和通信实现的一种人机互动技术。在教学实践中，从课堂教学的普惠性出发，笔者选择了Scratch与PicoBoard传感器板的互动技术组合。基于此类软、硬件的互动技术，学生可以实现互动数字媒体作品，以及基于硬件编程的科技作品等创意作品开发，从而实现基于创造的学习，提升学生的创新能力。

Scratch是麻省理工学院“终身幼儿园研究组”为所有对计算机充满好奇的孩子开发的一种可视化、积木式的创作工具，学生只需拖曳图形化的指令模块，即可创作属于自己的故事、动画、游戏和音乐等数字化作品。作为创客教育的入门级编程工具，Scratch程序设计已成为众多学校的信息技术必修课程，而在此基础上对其进行基于硬件编程的扩展，成为后续课程开发的良好基础。

本研究中选择的传感器板（PicoBoard），是一款专门为教育工作者和初学者创建与各种传感器交互而开发的传感器交互板。PicoBoard集成了光线传感器、声音传感器、按钮和滑杆，同时带有4路额外的模拟输入端口，可以通过专用鳄鱼夹连接线测试电阻类传感器，可以满足基本的创意需求。

笔者认为，从当前信息技术教育的实践出发，基于Scratch和PicoBoard传感器板的互动技术，为学生将创意转变为现实作品提供了可能的空间。通过基于Scratch互动技术的创客教育，可以帮助学生理解基本的人机互动技术与物联网技术，同时带来激发丰富创意的机会，从而促进学生创造力的培养。

二、创客教育的课堂教学设计

创客，是一群勇于创新，努力将自己的创意变为现实的群体，其核心能力特征就是创造力。因此，创客教育是旨向学生创造力培养的教育。然而，在创造力如何培养，尤其是在课堂层面上的培养问题上，基于教学设计的维度，我们必须处理好两个基本关系。

1.创造力培养与知识的关系

以往的创造力研究中，有观点认为，学生所表现的创造力随知识获取呈现递减趋势，并由此认定知识学习对创造力有戕害。然而事实上，创造力在“真空的知识储备”状态下是无法实现的。拥有确保原创性想法可行性的学科内容知识对于创造力养成必不可少。在处理创造力培养与知识的关系时，关键在于把握创造力培养对基础知识和技能的需要与思维发展的关系。我们主张，学科内容知识应该“以一种能让学生获得认知理解的方式教给学生”，这就需要建立以“知识建构”为旨向的课堂学习共同体。学习共同体的建设，本质上是对学习模式的建立，是学生“主动思考，探索，解惑的过程，不是被动吸纳的过程”，即通过师生基于学生知识和思维的外显表征的互动，深化学生對知识的理解，为创造力培养提供坚实的基础。

2.课堂的结构化设计与开放性生成的关系

我们对课堂教学设计往往非常关注结构化的元素，比如设计良好的脚手架。诚然，设计良好的脚手架可以帮助学生对所学知识的深层理解，但是，旨向创造力培养的创客教育课堂，还需要有更加开放的学习环境的保障。这就是结构化设计与开放性生成之间的关系。开放性生成既可以通过教师对问题空间的开放设计引发学习者生成，也可以是基于教师对学生学习中出现的独特问题的即兴应对。平衡好课堂的结构化设计与开放性生成之间的关系，是创客教育课堂教学设计的重要考量维度。

基于以上分析，笔者面向Scratch和PicoBoard互动技术的知识学习与应用，设计了以范例教学和开放性拓展任务为基本元素的教学模式（图1所示）。

学科内容知识需要以促进学生深层理解的方式展开，基于范例的学习成为优选的教学模式。这一环节通过对范例的展示、分析开始，帮助学生通过教师构建的思维支架理解范例所呈现的内容知识，并通过模仿制作予以应用层面的学习。多维拓展则以范例中的问题解决方法作为起点，借助教师设计的拓展问题，引发学生对问题解决方案的开放性思考，通过教师的即兴应对，促进创新思维生成。以下通过案例对具体教学环节进行深入分析。

三、基于Scratch互动技术的创客教育课堂教学设计分析

1.基于范例的展示分析

展示分析是指在课堂教学导入中通过呈现相关范例，带领学生分析范例中的角色以及角色所实现的功能。通过展示与分析，旨在提高学生的探究兴趣和分析能力，促进学生对知识的深度理解。

（1）通过范例设疑提高学生的探究兴趣

Scratch的互动技术将虚拟的程序与真实的物体、情境连接，使得课堂教学更具趣味性。例如“跳动气球—摄像头”一课（图2）。教师在范例展示环节，通过手势动作实现了对屏幕中虚拟气球的控制。这一导入过程激发起学生的好奇心，为后续学习奠定了良好基础。

（2）通过范例观察与分析促进学生分析能力提升

范例教学中最常见的误区是，学生一味模仿而忽略了对范例所承载的问题解决思维的深度理解。因此，“范例研习”环节应该把重点放在“研”上。具体在教学中，可以通过引导学生对程序的观察、分析来实现。“跳动气球—摄像头”一课，在学生观看完范例演示后提问：“气球刚才在什么情况下会上下起伏移动？”学生举手回答，当老师的手碰到“气球”时气球就会跟着手势的方向移动。接着笔者又问：“这个功能是怎么实现的？”学生开始三三两两的讨论起来，有的说是因为老师的声音，有的说是因为老师设定了固定的程序，也有的说画面中有老师的图像，应该是摄像头来实现的。笔者肯定了学生的回答，最后将问题推向深入：“如何来实现？”学生支支吾吾，有的说要先添加气球角色，有的说要装个摄像头，并把摄像头的图像传送到Scratch程序里面…… 。学生在教师问题的引导下逐步有效深入的剖解程序，大大提升了观察能力和分析能力。

2.模仿制作

模仿制作，不是简单意义上的教师示范、学生模仿，而是在前面观察、分析的基础上，通过学生实践操作，将其内隐的理解通过作品外显表达的过程。因此这一环节要注重观察学生的制作过程，发现其理解层面的问题，以便通过即时反馈，对教学过程进行适时调整。

更为重要的是，在模仿制作的环节，教师要通过引发课堂中可能的开放性生成，帮助学生拓展思维。例如，“有趣的光控灯——光控”一课，学生为控制灯光变亮和暗采用了多种方法：有的学生设置默认下灯暗，当光线暗度达到一定值时灯亮；也有的设置默认下灯亮，当光线亮度超过某个值时灯灭；还有的为满足植物生长设置固定区间的亮度等等。在“滑竿弹球”一课，在解决球与滑杆接触后球的运行线路问题时，学生根据生活经验提出了各种解决方案，如运用碰到“挡板就直接反弹”模块、通过改变挡板角度，让小球呈指定角度反弹或者反弹后小球的速度要发生变化……。如此“一题多解”，引导学生通过对同一问题采用多种解决方法（见图3），促进了学生的深度理解和学习迁移。

3.多维拓展

创造力研究专家基思·索耶提出，“创造性学习需要某种程度上的开放、弹性与即兴”，多维拓展是体现这种开放、弹性和即兴的重要环节。其核心任务是在范例学习的基础上，通过开放性拓展任务的完成，为学生思维提升提供足够的空间。同时也需要教师能及时捕捉学生的个性化思维火花，给予个性化反馈，这就是创造力教学中的“即兴应答”。如在“飞机大战—按钮”一课教学中，学生模仿完成了飞机大战程序的所有功能，笔者安排学生展示作品，接着提问：“你的程序还能实现哪些扩展功能？”学生思考后回答到：“还可以给游戏添加一首我自己喜欢的歌曲，还可以改变飞机和子弹的速度……”即兴回答触发了学生创造力的培养。

多维拓展的常见任务是对范例的优化改造，即由学生充分发挥自己的想象力对作品进行功能扩展。如“滑竿弹球”一课，完成范例学习后，教师设计了一个开放性任务——对“滑竿弹球”游戏进行程序再创造。这一任务给了学生创意表达的机会，有的学生添加了多个球，有的学生添加了变量统计弹球次数，有的学生设置了弹球障碍，有的学生还通过创客板设置了双人游戏，用声音或光线来控制球的运动等等。

更进一步，这一环节的教学可以以“基于设计的学习”为设计范式，强调学生“定义问题-初步设计-评价-设计迭代-再评价”的学习路径。例如在讲解完“声控路灯—声控” （图4）和“光控路灯—光控” （图5）之后，教师安排了一个“声光控路灯”的设计任务。学生接受任务后会思考要实现声光控路灯的条件：即单一控制时光的能见度和声音响度是多少？进而要进一步思考双条件控制时，分别满足什么条件灯才会亮。确定条件后，学生要开始连接传感器板，并搭建程序，搭建程序不可能一次成功，需反复进行试验才能完成（图6）。在迭代的设计过程中，学生经历了观察与理解、想象与分析、假设与调试、反思与质疑等过程，每个过程学生始终在发现问题、分析问题与解决问题的动态探究之中，学生时刻在观察、思考、实践与反思之间不断寻求平衡与挑战，逐步实现了具体向抽象逻辑思维的过渡。

4.交流分享

交流分享作为知识建构的学习共同体的核心学习活动，对促进学生对知识的深度理解有着重要意义。

交流分享的方式分为三种：①小组內的分享与改进，这种分享方式更为直观，效果更为明显，小组内成员可点对点的提出改进意见和建议，并进一步对程序进行完善；②班级的分享与交流，这种方式是在教师的引导下，小组推荐的方式进行作品展示，在展示中作者介绍自己的设计理念、步骤和方法，其他组别学生可提出修改意见和建议，在智慧碰撞中增长知识与技能；③分享与交流方式是网络方式。教师应鼓励学生课后将自己的作品设计功能说明，在Scratch官网或其他网站发布，并关注留言。虽然这种方式操作有点复杂，但参与交流的应该都是各国各地区的Scratch创客，他们有着丰富的创作经验。以上三种不同方式的交流与分享，能够让学生扩展思维与想象力，为学生创新思维能力的培养提供再生动力。

创造力培养研究表明，每个人都具有创造的潜能，这一潜能可以在正确的教育和适当的环境中予以激发和提高。创客教育不是精英的教育，本文探讨了以Scratch和传感器板连接的互动技术为载体，实施基于课堂层面的创客教育模式。

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（编辑：鲁利瑞）