摘要：本文在《義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》背景下，對(duì)初中階段在校內(nèi)開(kāi)展開(kāi)源硬件編程教學(xué)的課標(biāo)課、校本課、課后服務(wù)課三類課型進(jìn)行了分析，并針對(duì)三類課型特點(diǎn)，分別從教學(xué)裝備配置和課堂教學(xué)技巧兩個(gè)角度，探討了開(kāi)源硬件編程課堂的教學(xué)策略，最后規(guī)劃了開(kāi)源硬件編程教學(xué)的信息社會(huì)責(zé)任培育路徑。

關(guān)鍵詞：開(kāi)源硬件；編程；課型；教學(xué)策略；信息社會(huì)責(zé)任

中圖分類號(hào)：G434 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 論文編號(hào)：1674-2117（2024）21-0036-04

背景闡述

在《義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》（以下簡(jiǎn)稱“新課標(biāo)”）中，關(guān)于初中學(xué)段的課程內(nèi)容側(cè)重指向互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用與創(chuàng)新、物聯(lián)網(wǎng)實(shí)踐與探索、人工智能與智慧社會(huì)和跨學(xué)科的互聯(lián)智慧設(shè)計(jì)[1]四個(gè)主題，其教學(xué)提示倡導(dǎo)“教師充分利用簡(jiǎn)易開(kāi)源硬件等試驗(yàn)設(shè)備手段進(jìn)行相關(guān)應(yīng)用場(chǎng)景的模擬仿真搭建和協(xié)同體驗(yàn)探究”，從而有效落實(shí)“學(xué)生為主體的學(xué)習(xí)方式創(chuàng)新”和“科學(xué)原理指導(dǎo)實(shí)踐應(yīng)用”的理念。而開(kāi)源硬件編程教育有助于培養(yǎng)信息科技學(xué)科的計(jì)算思維和數(shù)字化創(chuàng)新兩個(gè)核心素養(yǎng)，有助于培育以信息安全、信息倫理道德為代表的信息社會(huì)責(zé)任素養(yǎng)，樹(shù)立以掌握“自主可控技術(shù)”[1]為代表的信息社會(huì)責(zé)任意識(shí)。

初中開(kāi)源硬件編程教學(xué)課型分析

1.課型分類

在初中階段，校內(nèi)開(kāi)展的開(kāi)源硬件相關(guān)的教學(xué)活動(dòng)形式，按校內(nèi)課程教學(xué)活動(dòng)類型差異，可劃分為課標(biāo)課、校本課、課后服務(wù)課三類。

①課標(biāo)課是指按照初中學(xué)段新課標(biāo)規(guī)定的教學(xué)內(nèi)容和課時(shí)要求開(kāi)設(shè)的，以開(kāi)源硬件為核心或載體的常態(tài)課。

②校本課是指以學(xué)校為本位、由學(xué)校自己確定的，教學(xué)內(nèi)容多由教師基于本?；厩闆r、辦學(xué)特色和教育理念而設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的，利用學(xué)生穩(wěn)定的課余在校時(shí)間開(kāi)設(shè)的，以開(kāi)源硬件為核心或載體的拓展訓(xùn)練課。

③課后服務(wù)課是指隨著“雙減”政策的提出和落實(shí)，利用學(xué)生不穩(wěn)定的課后在校時(shí)間開(kāi)設(shè)的，以開(kāi)源硬件為核心或載體的，以研學(xué)、社團(tuán)、興趣小組等形式開(kāi)展的活動(dòng)課。

2.課型特點(diǎn)對(duì)比

筆者結(jié)合教學(xué)實(shí)踐，圍繞初中開(kāi)源硬件編程教學(xué)的課標(biāo)課、校本課、課后服務(wù)課的基本屬性進(jìn)行特點(diǎn)對(duì)比，如下頁(yè)表1所示。

初中開(kāi)源硬件編程分課型教學(xué)策略研究

1.教學(xué)裝備配置

開(kāi)源硬件編程教學(xué)活動(dòng)中的關(guān)鍵要件，就是與自由及開(kāi)放原始碼軟件相同方式設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)和電子硬件。因此，在開(kāi)源硬件編程教學(xué)活動(dòng)中，一套完備的軟、硬件設(shè)備配置包括計(jì)算機(jī)（或教學(xué)平板）、開(kāi)源電子硬件（實(shí)體的主編程板、拓展配件）和開(kāi)源編程軟件。其中，除了基礎(chǔ)必備標(biāo)配——計(jì)算機(jī)和開(kāi)源編程軟件外，由于受到教學(xué)活動(dòng)的時(shí)空限制，軟、硬件的搭配在教學(xué)實(shí)踐中通常是可靈活變動(dòng)、組合的，大致可劃分為虛擬仿真硬件、實(shí)體單一主板、實(shí)體復(fù)合硬件三種搭配方案。

①搭配虛擬仿真硬件的裝備方案，省略了實(shí)體硬件的OL82CqqitgmAYjUcC5K0XxLiNSZafRfNcOlWv0ZN9bc=連線搭建、故障排除等環(huán)節(jié)，相較于使用實(shí)體硬件最為節(jié)省時(shí)間，適用于理解知識(shí)性原理、設(shè)計(jì)方案的連線示意、仿真呈現(xiàn)模擬效果等的教學(xué)，此裝備方案三種課型均有應(yīng)用。特別是對(duì)于教學(xué)時(shí)間緊湊的課標(biāo)課，其時(shí)間優(yōu)勢(shì)尤為突出。官方的開(kāi)源編程軟件通常搭載開(kāi)源主板的虛擬仿真模塊，但若要對(duì)拓展配件進(jìn)行虛擬仿真，需要借助其他虛擬仿真系統(tǒng)。因此，其缺陷在于對(duì)硬件功能性效果、軟硬件通訊和人機(jī)交互等的測(cè)試有較大局限。

②搭配實(shí)體單一主板的裝備方案，簡(jiǎn)化了實(shí)體硬件的連線搭建、故障排除等環(huán)節(jié)，相較于搭配使用實(shí)體復(fù)合硬件，其時(shí)間代價(jià)相對(duì)適中，適用于理解和呈現(xiàn)簡(jiǎn)單的硬件功能性原理和效果，測(cè)試簡(jiǎn)單的軟硬件通訊和人機(jī)交互等的教學(xué)，此裝備方案三種課型亦均有應(yīng)用。這在一定程度上，有效兼顧了教學(xué)時(shí)間分配和硬件功能性試驗(yàn)的課堂教學(xué)需求。

③搭配實(shí)體復(fù)合硬件的裝備方案，其中通常兼?zhèn)渲骶幊贪?、拓展配件等多種實(shí)體硬件，其必須預(yù)留實(shí)體硬件的連線搭建、故障排除等環(huán)節(jié)，其時(shí)間代價(jià)相對(duì)較大，適用于理解和呈現(xiàn)復(fù)雜的硬件功能性原理和效果，測(cè)試復(fù)雜的軟硬件通訊和人機(jī)交互等的教學(xué)，此裝備方案多應(yīng)用于教學(xué)時(shí)間相對(duì)充沛的校本課或時(shí)長(zhǎng)大于50分鐘的課后服務(wù)課。

筆者結(jié)合當(dāng)前教學(xué)實(shí)踐中常用的三類開(kāi)源硬件主板+Micro：bit、掌控板、Ardunio，整理了其教學(xué)中的軟、硬件裝備方案，如表2所示。

2.課堂教學(xué)技巧

開(kāi)源硬件編程教學(xué)中常存在“‘技術(shù)本位’思想”。[2]為改善這一情況，教師可以在課堂教學(xué)中運(yùn)用如下技巧：①充分的課前學(xué)情準(zhǔn)備和課中排障準(zhǔn)備。由于開(kāi)源硬件編程的教學(xué)項(xiàng)目通常涉及學(xué)科廣、知識(shí)復(fù)合且抽象，對(duì)學(xué)生綜合能力要求高，而學(xué)生的相關(guān)知識(shí)基礎(chǔ)和信息技術(shù)能力水平參差不齊，教學(xué)難度較大。因此，要充分評(píng)估學(xué)生的前知識(shí)水平，鋪墊跨學(xué)科知識(shí)。另外，在軟、硬件交互的教學(xué)活動(dòng)中要充分預(yù)估學(xué)生在操作中可能出現(xiàn)的軟、硬件故障，給予高效的排障建議。②運(yùn)用支架工具對(duì)“軟硬件交互”邏輯的思維建模。開(kāi)源硬件編程與其他信息科技模塊的顯著差異在于其活動(dòng)中編程涉及軟、硬件交互，因此，在教學(xué)過(guò)程中要注意引導(dǎo)學(xué)生將數(shù)據(jù)處理的系統(tǒng)流程，在軟、硬件交互的實(shí)物化操作體驗(yàn)中進(jìn)行遷移。通過(guò)分析學(xué)生以往的學(xué)習(xí)經(jīng)歷，可利用圖形化編程，降低遷移操作的難度。下面，筆者分別以一節(jié)課標(biāo)課、校本課為例進(jìn)行具體說(shuō)明（如表3）。

初中開(kāi)源硬件編程教學(xué)的信息社會(huì)責(zé)任培育策略研究

1.策略分析

（1）明確培育目標(biāo)

在初中階段，開(kāi)源硬件編程通常嵌入“物聯(lián)網(wǎng)實(shí)踐與探索”和“人工智能與智慧社會(huì)”兩大內(nèi)容模塊的教學(xué)中。因此，初中階段將借由開(kāi)源硬件編程教學(xué)落實(shí)信息社會(huì)責(zé)任素養(yǎng)，其主要涉及以下方面：①網(wǎng)絡(luò)空間中物品標(biāo)識(shí)和虛擬身份[5]的意義及其具備的信息安全防護(hù)能力；②人工智能對(duì)社會(huì)的影響以及對(duì)科技倫理的挑戰(zhàn)；③人工智能的控制系統(tǒng)存在的安全風(fēng)險(xiǎn)，采用自主可控技術(shù)實(shí)現(xiàn)安全風(fēng)險(xiǎn)的降低。[6]

（2）分課型的培育策略分析

①課標(biāo)課教學(xué)策略。通過(guò)基礎(chǔ)知識(shí)和技能的普及，引導(dǎo)學(xué)生初步了解信息社會(huì)責(zé)任的概念和重要性。引入簡(jiǎn)單的開(kāi)源硬件編程案例，如基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)處理或物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，結(jié)合案例講解信息安全、隱私保護(hù)等知識(shí)點(diǎn)。利用課堂討論、小組合作等課堂互動(dòng)形式，增加學(xué)生的參與度和理解深度。

②校本課教學(xué)策略?；趯W(xué)生已有的基礎(chǔ)知識(shí)，進(jìn)行深度拓展，講解更復(fù)雜的開(kāi)源硬件編程項(xiàng)目。通過(guò)實(shí)際項(xiàng)目，讓學(xué)生在實(shí)踐中體驗(yàn)信息社會(huì)責(zé)任的重要性。

③課后服務(wù)課教學(xué)策略。利用課后服務(wù)課的時(shí)間，根據(jù)學(xué)生的興趣愛(ài)好，引導(dǎo)他們參與開(kāi)源硬件編程的社團(tuán)活動(dòng)或興趣小組。鼓勵(lì)學(xué)生自主探究，自主選擇研究課題或項(xiàng)目，培養(yǎng)他們的自主學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新能力。引導(dǎo)學(xué)生參與開(kāi)源社區(qū)，與全球的開(kāi)發(fā)者交流學(xué)習(xí)，了解開(kāi)源文化和信息社會(huì)責(zé)任的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。

2.路徑規(guī)劃

（1）時(shí)間維度的培育路徑規(guī)劃

①短期規(guī)劃。主要分為“啟動(dòng)階段—實(shí)施階段—評(píng)估階段”三個(gè)階段，其細(xì)化如下：首先，在課程開(kāi)始前，進(jìn)行信息社會(huì)責(zé)任教育的培訓(xùn)和科普，讓教師和學(xué)生都明確教育目標(biāo)及其重要性。其次，在課標(biāo)課、校本課和課后服務(wù)課中逐步融入信息社會(huì)責(zé)任教育，設(shè)計(jì)相應(yīng)的教學(xué)活動(dòng)和任務(wù)。最后，通過(guò)常態(tài)作業(yè)等方式初步評(píng)估學(xué)生的掌握情況，并根據(jù)反饋進(jìn)行調(diào)整和改進(jìn)。

②中期規(guī)劃。主要分為“深化階段—拓展階段—反思階段”三個(gè)階段，其細(xì)化如下：首先，在短期規(guī)劃的基礎(chǔ)上，通過(guò)案例分析、角色扮演等課堂活動(dòng)方式，進(jìn)一步深化信息社會(huì)責(zé)任教育，提高學(xué)生的實(shí)踐能力和責(zé)任感。其次，組織學(xué)生參與開(kāi)源項(xiàng)目、競(jìng)賽、研學(xué)等課外活動(dòng)，讓他們?cè)趯?shí)踐中體驗(yàn)信息社會(huì)責(zé)任的重要性，并學(xué)習(xí)如何與他人協(xié)作、尊重他人的貢獻(xiàn)。最后，定期組織師生進(jìn)行反思和總結(jié)，找出教學(xué)過(guò)程中的問(wèn)題和不足，并提出改進(jìn)措施。

③長(zhǎng)期規(guī)劃。主要分為“持續(xù)教育+制訂規(guī)范+社會(huì)聯(lián)動(dòng)”三個(gè)部分，其組成如下：首先，將信息社會(huì)責(zé)任教育作為開(kāi)源硬件編程教學(xué)的長(zhǎng)期目標(biāo)之一，持續(xù)進(jìn)行教育和引導(dǎo)。其次，建立和完善信息社會(huì)責(zé)任教育的相關(guān)教學(xué)規(guī)范，確保培育目標(biāo)的達(dá)成。最后，加強(qiáng)與社會(huì)團(tuán)體的合作與交流，在共同推動(dòng)信息社會(huì)責(zé)任教育開(kāi)展的同時(shí)，豐富培育資源和培育形式。

（2）“自主可控技術(shù)”為導(dǎo)向的培育路徑規(guī)劃

①自主可控技術(shù)意識(shí)和價(jià)值觀養(yǎng)成。教師應(yīng)通過(guò)“從理論講解到案例分析”的方式，向?qū)W生明確闡述自主可控技術(shù)的定義內(nèi)涵及其對(duì)國(guó)家安全、信息安全和國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要性。通過(guò)引入對(duì)國(guó)內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域，如技術(shù)封鎖、數(shù)據(jù)泄露等的實(shí)際案例分析，讓學(xué)生深刻理解“掌握自主可控技術(shù)”的戰(zhàn)略意義和價(jià)值，從而逐步培養(yǎng)學(xué)生的自主可控意識(shí)，并樹(shù)立信息安全和自主可控的價(jià)值觀。

②結(jié)合具體項(xiàng)目開(kāi)展自主可控技術(shù)實(shí)踐。首先，在選擇開(kāi)源硬件編程項(xiàng)目時(shí)，結(jié)合課程內(nèi)容，優(yōu)先考慮涉及自主可控技術(shù)的項(xiàng)目。其次，在課堂項(xiàng)目實(shí)踐中，設(shè)置技術(shù)挑戰(zhàn)，讓學(xué)生模擬“需要依靠自主可控技術(shù)解決困境”的體驗(yàn)，通過(guò)實(shí)踐加強(qiáng)對(duì)自主研發(fā)能力的訓(xùn)練。同時(shí)，學(xué)?？梢耘c相關(guān)企業(yè)聯(lián)動(dòng)、協(xié)作，讓學(xué)生有機(jī)會(huì)在真實(shí)項(xiàng)目中觀察、思考，甚至鍛煉和提升自主可控技術(shù)的研發(fā)能力。此外，鼓勵(lì)學(xué)生參與開(kāi)源社區(qū)，與全球開(kāi)發(fā)者互動(dòng)交流，學(xué)習(xí)最新的自主可控技術(shù)動(dòng)態(tài)，拓展學(xué)生的技術(shù)視野。

總結(jié)

本文對(duì)初中階段在校內(nèi)開(kāi)展開(kāi)源硬件編程教學(xué)的課標(biāo)課、校本課、課后服務(wù)課三類課型進(jìn)行了分析，并針對(duì)三類課型特點(diǎn)，分別從教學(xué)裝備配置和課堂教學(xué)技巧兩個(gè)角度，探討了開(kāi)源硬件編程課堂的教學(xué)策略，最后從“時(shí)間維度”和“‘自主可控技術(shù)’為導(dǎo)向”兩個(gè)視角，規(guī)劃了開(kāi)源硬件編程教學(xué)的信息社會(huì)責(zé)任培育路徑。筆者認(rèn)為，唯有堅(jiān)持不斷地對(duì)課堂教學(xué)和素養(yǎng)培育的策略進(jìn)行鉆研，才能轉(zhuǎn)變以往教學(xué)中“技術(shù)本位”的思想，助力學(xué)生核心素養(yǎng)養(yǎng)成和自主可控技術(shù)意識(shí)提升。

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本文系2023年度福建省中青年教師教育科研項(xiàng)目基礎(chǔ)教育研究專項(xiàng)課題項(xiàng)目“培育中小學(xué)生‘信息社會(huì)責(zé)任’素養(yǎng)的實(shí)踐路徑研究”（項(xiàng)目編號(hào)：JSZJ23001）階段性成果。