创客教育!高中新课标发布后技术类课程的主力军!

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楼主 2021-02-13 07:58:39
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《普通高中课程方案和语文等学科课程标准(2017 年版)》(以下简称“新课标”)发布后,将于今年秋季开始执行。这意味着普通高中课程将面临大改革!

那么技术类课程(通用技术,信息技术)修订产生了哪些变化?而这些变化对创客教育又会产生哪些影响?

1.通用技术课程

通用技术是指当代技术体系中较为基础,在日常生活中应用较为广泛,有助于发展工程思维和创造能力,提高解决技术问题的综合能力,是素质教育的基本组成部分。随着大数据,人工智能,虚拟现实,新材料,新能源技术都开始走进日常生活,通用技术课程也应该与时俱进。通用技术学科核心素养主要包括:技术意识,工程思维,创新设计,图样表达,物化能力五个方面。

从上图的通用技术课程结构可以看出,选择性必修设4个系列。而其中技术与生活系列模块增加了热门的“智能家居应用设计”;技术与工程系列增加了“机器人设计与制作系列”;技术与创造系列增加了“创造力开发与技术发明”、“科技人文融合创新”专题。因此可以看出,智能家居、机器人制作、创新与创客文化成为了新课标中的重要内容

关注点1:智能家居应用设计

智能家居应用设计包括智能家居架构与功能智能家居物联通信智能家居简易产品设计智能家居系统设计与实现四部分内容。智能家居是融合了物联网、人工智能、大数据处理等先进技术的产物,在家庭生活中的运用集通信、计算、控制于一体,是学生感受先进技术的一个接触点。

在实际性的教学当中,可以通过让学生对一些智能家具学习套件的组装和实验,包括一些标准的传感器,如温度、湿度、光照、红外、烟雾等,实现搭建智能照明系统、环境控制系统,从而达到一个入门系统学习的效果。

DFRobot 智能家居学习套件(兼容Arduino

关注点2:机器人设计与制作

机器人设计与制作包括机器人结构与传动机械机器人感知与传感器机器人控制器机器人控制策略四部分内容当今发展迅速,机器人已经走进了人们的生活当中,是一种广泛技术高度综合的产品。

在教学中,教师可以通过从机器人的感知、控制、驱动等方面入手,让学生理解机器人的基本感知功能,如壁障、循迹、光控、声控、加速等,进而掌握并了解机器人的传感器种类和特点,使学生学会如何组装、拆卸机器人。通过深化学生对人机关系的认识并了解机器人制作中软硬件的协调运用,从而增强学生对机械技术、电子技术、控制技术、计算机技术的综合运用能力。

Arduino机器人设计与制作》

Arduino探索者机器人

关注点3:创造力开发与技术发明

创造力开发与技术发明包括技术与创造力开发创新思维与技法开发创新工具与创客文化发明成果与专利四部分内容。人的创造力是发展的最大本钱,同时一个民族的创造力也是一个民族立于不败之地的根本。

在教学中,教师可以选用与生活密切相关的技术发明,例如3D打印机、激光打印、电烙铁等创客工具,鼓励学生积极动手实验,这样有利于学生理解创客及创客文化的内涵,感受到创新文化对生活的影响,在学习中体验到成果分享和创造过程的快乐。

2.信息技术课程

信息技术课程旨在帮助学生掌握数据、算法、信息系统、信息社会等学科大概念,了解信息系统的基本原理以及对人类生活的重要价值。高中信息技术学科的核心素养包括:信息意识、计算思维、数字化学习与创新、信息社会责任四个要素。

从以上的课程结构可以看出,信息技术课程除了突出算法学习,还加入了对人工智能初步,开源硬件项目设计,移动应用设计等学习内容

关注点1:人工智能初步

人工智能初步包括人工智能基础简单人工智能模块开发人工智能技术的发展与应用三部分内容。人工智能一门是研究、开发用于模拟、延伸和扩展人的智能的理论、方法、技术及应用系统的新的技术科学。近年来,人工智能的理论和技术日益成熟,应用领域也不断扩大,可以设想,未来人工智能带来的科技产品,将会是人类智慧的“容器”。

在教学中,教师可以通过向学生展示机器学习、自动翻译、人脸识别、自动驾驶等智能系统,加上案例剖析、项目设计等,让学生初步简单学习人工智能的应用模块,并能够进行初步的智能系统搭建。

python作为一门编程语言,从云端、客户端,到物联网终端,再到现在人工智能,python应用无处不在。由于其简单易学、免费开源、高层语言、可移植性强、面向对象、可扩展性、可嵌入型、丰富的库、规范代码等优点,python可以说是最受欢迎的人工智能编程语言,俨然是进入AI领域的头号选择。也因此,浙江省将从2018年后信息技术教材将从VB改为python。此外,北京和山东也已确定将把python编程基础纳入信息技术课程和高考的内容体系。

BXY 中文离线版Python编辑器

关注点2:开源硬件项目设计

开源硬件项目设计包括开源硬件的特征开源硬件项目流程基于开源的作品设计与制作三部分内容。开源硬件的项目设计和开发是在信息技术课程中实现STEAM教育(科学、技术、工程、艺术、数学)的理想方法,同时有利于激发学生的兴趣,培养学生动手实践的能力。

在教学中,教师可以组织学生利用Arduino、micro:bit、树莓派等开源软件,让学生通过设计开发一些生活中的简单系统,如温度监测调控系统、音乐控制器等,进而熟悉开源硬件的基本使用方法。

关注点3:移动应用设计

移动应用设计包括移动技术对社会的影响移动应用功能设计与开发移动应用中的信息安全三部分内容。随着移动技术的发展与普及,使用移动终端解决学习与生活中的问题已经成为了人们的一项基本技能与习惯。在使用移动终端的过程中,人们获取信息的速度变得更加快捷方便,沟通交流方面的障碍也变得更加小。

在实际教学中,教师可以通过图形化开发工具教导学生进行移动应用的设计与开发,并通过模拟器来测试程序的运行,让学生进一步掌握移动应用的规范化并运用到学习和生活过程中。

安卓手机端图形化编程软件 app inventor

创客教育是创客文化与教育的结合,是基于学生兴趣,以项目学习的方式,使用数字化工具,倡导造物,鼓励分享,培养跨学科解决问题能力、团队协作能力和创新能力的一种素质教育。在以上的新课标内容中,我们不难发现创客教育和STEAM教育已经显著地融入到了新课程体系中。创造力促进了人类的文明史的发展,也是个人发展的核心竞争力,而创客教育也将成为创新力人才的培养路径之一。

附:

Arduino

Arduino由一个欧洲开发团队于2005年冬季开发,是一款便捷灵活、方便上手的开源电子原型平台。包含硬件(各种型号的Arduino板)和软件(Arduino IDE)。

Arduino构建于开放原始码simple I/O介面版,并且具有使用类似Java、C语言的Processing/Wiring开发环境。主要包含两个主要的部分:硬件部分是可以用来做电路连接的Arduino电路板;另外一个则是Arduino IDE,你的计算机中的程序开发环境。你只要在IDE中编写程序代码,将程序上传到Arduino电路板后,程序便会告诉Arduino电路板要做些什么了。

Arduino能通过各种各样的传感器来感知环境,通过控制灯光、马达和其他的装置来反馈、影响环境。板子上的微控制器可以通过Arduino的编程语言来编写程序,编译成二进制文件,烧录进微控制器。对Arduino的编程是通过 Arduino编程语言 (基于 Wiring)和Arduino开发环境(基于 Processing)来实现的。基于Arduino的项目,可以只包含Arduino,也可以包含Arduino和其他一些在PC上运行的软件,他们之间进行通信 (比如 Flash, Processing, MaxMSP)来实现。

平台特点

跨平台

Arduino IDE可以在Windows、Macintosh OS X、Linux三大主流操作系统上运行,而其他的大多数控制器只能在Windows上开发。

简单清晰

Arduino IDE基于processing IDE开发。对于初学者来说,极易掌握,同时有着足够的灵活性。Arduino语言基于wiring语言开发,是对 avr-gcc库的二次封装,不需要太多的单片机基础、编程基础,简单学习后,你也可以快速的进行开发。

开放性

Arduino的硬件原理图、电路图、IDE软件及核心库文件都是开源的,在开源协议范围内里可以任意修改原始设计及相应代码。

发展迅速

Arduino不仅仅是全球最流行的开源硬件,也是一个优秀的硬件开发平台,更是硬件开发的趋势。Arduino简单的开发方式使得开发者更关注创意与实现,更快的完成自己的项目开发,大大节约了学习的成本,缩短了开发的周期。

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。2016年3月-6月,micro:bit在英国全线铺开,BBC在线上线下配套了大量的项目教程资源和活动,每一位7年级的在校学生(11-12岁)都能免费获取一块micro:bit开发板用于编程学习,受益的学生数量约有百万。BBC希望通过micro:bit驱动青少年参与到创造性的硬件制作和软件编程中去,而不是每天沉浸在各式的娱乐和消费中。

在STEAM教育盛行全球的时代,BBC作为英国的国民支柱,凭借其强大的媒体力量帮助整个英国推进STEAM教育也是在情理之中。不过此次的重点不仅仅在于BBC对micro:bit的推广,更在于这块只有信用卡一半大小的编程教育硬件,是BBC联合29家公司和机构共同打造,这其中包括多家全球顶级科技公司:

2016年9月,非盈利组织Micro:bit教育基金会宣告成立,并负责micro:bit在全球范围内的运营推广。基金会CEO Zach Shelby表示:“micro:bit是BBC这30年来寄予期望值最高的教育项目。在上世纪80年代,BBC Micro微型电脑将整个英国带入计算机时代,而这一次,BBC将通过与29个组织的合作,将编程教育推广到全球每个国家。”

自2016年3月至今,micro:bit已在英国等地推行了一年多,它的用户体验如何?BBC试图通过micro:bit编程学习培养数字下一代的目标能否实现?为此来自伦敦国王学院的学者,在对英国15所学校的在校师生进行面对面访谈后,发布了一篇专业研究报告《酷炫地创造——小学生们对BBC micro:bit的使用体验》。

研究主要聚焦在用户感知,设备使用中可能的障碍和促进因素,配套资源利用情况,以及在泛学科(多学科融合)应用四个方面。结果发现,硬件的可触摸性(实体感知性)对于激发学生兴趣,帮助学生理解编程和电子产品制作方面起着相当重要的作用。

90%的学生认同“任何人都可以用micro:bit进行编程”;86%的学生和85%的老师认为micro:bit让信息科学课程变得更加有趣;80%的使用者认为编程并没有想象中那么困难;愿意将计算机列入在校学习课程的学生比例由36%提高至45%,其中,愿意将计算机列入在校学习课程的女生由23%提高至39%。

在跨学科应用方面,除了将micro:bit应用于STEAM教育(科学,技术,工程,艺术,数学)五大学科,有很多老师在艺术,纺织,体育课上进行尝试:将LED灯缝制在衣服上;增加录音模块辅助语言学习中的发音矫正;在体育课上利用加速度计进行跑步数据追踪......

micro:bit开发板尺寸虽小(5cm X 4cm),但集成了种类丰富的电子模块:5x5 LED显示屏,两颗可编程按键,加速度计,电子罗盘,温度光线传感器,蓝牙低功耗等。

micro:bit可以通过鳄鱼夹与各种电子元件互动,支持读取传感器数据,控制舵机与RGB灯带,因此能够轻松胜任各种编程相关的教学与开发场景。此外,micro:bit还可以用于编写电子游戏,声光互动,机器人控制,科学实验,可穿戴装置开发等。为了增加micro:bit的可玩性,DFRobot还专门开发了micro:bit扩展板,帮助孩子与乐高积木结合快速搭建电子项目。

编程工具

1.JavaScript Blocks Editor

JavaScript Blocks Editor是一款支持微软开发的在线图形化编程工具,编程环境基于Web服务,无需下载本地编程工具。Blocks Editor可以在Windows,MacOS, IOS, 安卓系统下使用,同时支持移动端无线烧录。比如,你可以用ipad对micro:bit进行编程。

2.MicroPython

MicroPython就是运行在单片机上的Python。Python在国外是一门非常热门的编程语言,近些年在国内也被发掘与追捧, Python的开放、简洁、黏合正符合了现发展阶段对大数据分析、可视化、各种平台程序协作产生了快速的促进作用。

课程资源

mirco:bit官网上提供了超过200个项目实例,涵盖各个应用场景。为了增加micro:bit的娱乐性,BBC在英国本土推出了直播课堂《Doctor Who and micro:bit》,以及“机器人替代教师”系列专题视频,将micro:bit与当下最热门的机器人OhBot,Marty,Ottobock,Pepper,Meccanoid等结合。

微软MakeCode团队专门为micro:bit开发了Blocks Editor在线图形化编程平台,并结合设计思维编写了这份14周的入门课程。课程面向6-8年级(11-14岁)的学生,帮助他们更好地理解信息技术的概念,通过动手制作实现创新创造。课程对在校教授“入门信息技术科学”的老师也可提供借鉴。

micro:bit VS Arduino

因为Arduino的种种优势,越来越多的专业硬件开发者已经或开始使用Arduino来开发他们的项目、产品;越来越多的软件开发者使用Arduino进入硬件、物联网等开发领域;大学里,自动化、软件,甚至艺术专业,也纷纷开展了Arduino相关课程。

micro:bit是否将取代Arduino在创客教育领域的地位,还有待时间检验。但相比与Arduino,micro:bit具有免安装驱动,电子模块集成度高,支持时下最热门的多种编程语言等多项优势,节省了教学资源成本的同时大大增加了可玩性和拓展空间。

2018国际少儿智能产品及创客教育展作为科博会专题特色展区,将于2018年5月17-20日在中国国际展览中心(老馆)展出少儿智能玩具、智能穿戴产品、儿童机器人、智能生活用品、智能文教用品、教育机器人、编程教育、素养教育、创客教育、3D打印及服务,本届大会将集高新技术展示、行业论坛、以及高新技术成果交易和经贸洽谈会为一体,充分展示我国人工智能科技在儿童智能产品及创客教育市场的现状与成就,洞悉行业发展趋势与机遇,为推动我国少儿智能科技产品及创客教育行业健康有序发展指引方向。

咨询电话:010-83276070


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