面向计算思维培养的初中开源硬件编程校本课程开发与实践

面向计算思维培养的初中开源硬件编程校本课程开发与实践

田芝阳

梁美琳 重庆市江北中学校 重庆市 400714

摘要：本文将详细介绍基于掌控板与mpython的初中开源硬件课程设计，以期培养学生的计算思维能力，并帮助他们掌握从基础编程到传感器应用的实际技能，为未来的科技创新奠定坚实基础。

关键词：计算思维培养；初中开源硬件；掌控板编程；校本课程：开发与实践

引言：

在现代教育中，开源硬件如掌控板作为教学工具展示了强大的潜力，借助配套的图形化编程开发平台，帮助学生培养解决问题和创新思维的能力。本课程设计旨在通过项目驱动的教学方法和合作学习，引导学生逐步掌握开源硬件基础知识与计算思维技能。课程涵盖硬件平台介绍、编程基础、传感器应用及综合项目实践，为学生提供了从理论到实践的全面学习体验，促进其在未来信息社会中的综合应用能力和创新潜力的发展。

1掌控板与mPython简介

掌控板由创客教育专家委员会推出，由盛思科教研发设计生产销售，是一款国产教学用开源硬件，为普及创客教育而生。它的小巧便携、内置按钮和传感器使其成为学习编程的理想工具。结合开发平台mPython，掌控板为学生提供了简洁易用的编程环境，帮助他们在实践中探索编程的乐趣，培养解决问题的能力和创造性思维[1]。

2课程设计与教学内容

在设计面向计算思维培养的初中开源硬件课程时，明确的教学目标是一大要点。主要目标包括两个方面：计算思维能力的培养和开源硬件基础知识与技能的掌握。计算思维能力的培养目标包括问题分解、抽象建模、算法设计和数据分析等核心技能。这些技能不仅是编程学习的基础，也是学生解决复杂问题的必备能力。通过系统的教学设计，使学生在实践中逐步提升这些能力，帮助他们更好地适应未来的信息社会。开源硬件基础知识与技能目标涵盖了掌控板及其传感器的使用。学生需要了解掌控板的基本构造、工作原理，以及如何通过编程实现对硬件的控制和数据的获取。通过这些学习，学生将掌握从硬件接触到软件编程的完整过程，培养动手能力和创新意识[2]。

课程设计分为四个主要部分：硬件平台介绍与准备、编程基础入门、基础传感器应用实例和综合项目实践。这四部分内容从浅入深，逐步引导学生掌握相关知识与技能。首先介绍掌控板及其配套的传感器，让学生了解这些硬件的基本特性和使用方法。包括掌控板的引脚分布、电源管理、基本电路连接等内容。利用mPython平台进行编程基础教学，内容涵盖变量、数据类型、控制结构（如条件语句、循环语句）等编程基础知识。通过简单的编程练习，让学生逐步熟悉掌控板的编程环境和基本操作。讲授并实践常见传感器的使用方法，例如温度传感器、光照传感器、声音传感器等。通过具体的实例，如测量环境温度、检测光线强度、声音控制等，帮助学生理解传感器的工作原理和实际应用。最后是综合项目实践环节，学生可以自主选择项目，例如智能家居模型、自动浇水系统等，综合运用所学知识进行设计与实现。这一环节旨在提升学生的综合应用能力和创新思维[3]。

3教学方法与实施策略

为了更好地实现教学目标，课程设计中采用项目驱动教学法和合作学习相结合的方式。项目驱动教学法强调通过实际项目进行教学，学生在解决具体问题的过程中学习知识和技能。这种方法不仅可以提高学生的学习兴趣，还能培养他们的实践能力和创新思维。

合作学习方面，通过小组合作的形式，学生之间可以相互学习、共同进步。每个小组分工合作，完成项目任务，这不仅培养了学生的团队合作精神，也增强了他们的沟通交流能力。

在课程实施过程中，充足的教学资源准备是保证教学效果的前提。首先，需要配置好mPython编程环境，包括软件安装和硬件连接指导。其次，准备好实验所需的掌控板和各类传感器、导线、面包板等材料，确保每个学生或小组都有足够的实验器材进行实践操作。

整个课程的实施步骤与时间安排需要合理规划。课程分为若干个课时，每个课时有明确的教学内容和目标。例如，前两课时可以用于硬件平台介绍与准备，接下来的四到五课时用于编程基础入门，之后的六到八课时进行基础传感器应用实例教学，最后的四到六课时进行综合项目实践。每个环节安排适当的课堂互动和实验操作，确保学生在实践中理解和掌握相关知识。通过上述课程设计与教学内容，初中学生可以系统地学习开源硬件与编程知识，培养计算思维能力，为未来的信息社会做好准备。

4结语

通过掌控板与mPython的结合，初中生在实践中探索编程乐趣，培养解决问题的能力和创造性思维，为未来的科技发展打下坚实基础。这种综合的教学方法和项目驱动的学习策略，有助于学生在信息化社会中更好地适应和创新。

参考文献：

[1]焦静. 基于开源硬件的初中生创新能力培养的项目式教学设计与实践[D]. 宁夏大学, 2023.

[2]姚国华. 基于开源硬件的初中创客课程设计与实践[D]. 宁夏大学, 2022.

[3]孟金毅. 基于设计思维的初中掌控板创客教学活动设计与实施[D]. 陕西师范大学, 2021.