创新点说明

本案例教学活动全面采用STEM教育理念开展教学，教师有意识地去引导学生理解和体会工程思维对于社会与个人的影响，帮助学生在初中阶段就开始储备应对各种复杂问题的综合能力。经过实践证明我们可以将STEM教育模式运用于信息科技课程教学活动中，建构STEM教育的工程项目化教学，让知识不再局限于理论，而是更好融入于生活，使学生将课堂上所学到的知识转化为实践，帮助学生在生活的大课堂中扩宽视野，实现数字化创新设计能力、计算思维能力、工程思维能力等综合提升。

案例背景

本节课的教学内容为“micro：bit智能交通灯”，是重庆大学出版社出版初中信息技术第六版八年级下册第二章的第1学习主题第1课的教学内容，课题内容新颖、紧扣生活，课题紧密联系与生活息息相关的行人过马路的问题。以micro：bit主板设计硬件结合图形化软件编程的STEM课程是近年义务教育阶段的信息科技课程热点导向。本课程以STEM教育理念和信息科技新课标为指导，旨在让学生学会使用micro：bit主板和编程软件进行工程项目化的设计，通过小组协作能将具体的工程项目分解成多个子任务并完成设计制作。

笔者曾用本课例参加了优质课现场比赛。笔者在教学设计期间便进行了大量思考，认为在这个快速发展的信息社会时代，应该将信息技术从传统的教学模式快速过渡到适应当下社会发展需要的STEM教学模式。本课例涵盖了编程结合硬件嵌入式的概念，即结合图形化编程、micro：bit硬件进行教学实践。

通过学情分析以及对本课教学内容的分析，笔者决定采用任务驱动、小组合作探究的教学方法进行教学活动，始终围绕以设计“智能交通灯”项目为主要教学目标展开教学。根据知识点难度由易到难设计分层递进的子任务，根据学生综合基础知识素质将全班学生以两人为一个教学小组进行分组，这样便于教学中引导学生小组合作寻找具体问题的解决方法。笔者希望学生能根据每个子任务实际需求逐步设计对应的程序，沉浸式地体验编程和调试，感受研究和创造的乐趣，进一步培养学生分析问题的思考能力、解决问题的动手能力，将团队协作意识和工程思维入脑入心。

教育教学过程

 1.情景导入，激发兴趣  

师：同学们，上课前我们观看一个情景短片并思考短片的内容。（播放短片，短片是一段关于小牛没有耐心等交通灯而闯红灯导致的事故动画片段）

师：通过观看这个短片，我们一起分析短片中的主角小牛为什么会在人行横道发生车祸呢？

生：因为小牛没有耐心等交通灯，在人行道交通灯还是红灯的时候就着急跑过去。

师：我们经常看到新闻报道因为行人闯交通灯而引发的交通事故，很多是因为红灯时间久或者行人感觉道路没有车就存在侥幸心理闯红灯导致的。请同学们思考一下有没有方法可以使人行横道的交通灯变聪明从而减少行人闯红灯的现象呢？待讨论结束后，邀请小组的代表进行沟通。

生1：经过我们小组的商议，决定在交通信号灯的柱子上增加一个人工按键。其原理是在普通人行横道交通灯的基础之上再加装一个手动按钮的装置，行人要按下按钮，人行横道才会变为绿灯才能合法过街。

生2：我们的小组还建议增加一个人工按键，并制作一个“行人按下按钮通过街道”的提示标志。

【设计意图】教学伊始，通过观看情景短视频小牛闯红灯的典故，带动学生思考现实生活中为什么行人会闯红灯？可不可以通过改进交通灯减少行人闯红灯的现象？本环节的设计能够将同学们快速引入到课堂中来，让学生开动想象和激发学习兴趣，进而揭开本节课的主题“micro：bit智能交通灯”。

 2.项目分解，合作探究 

探究任务一：设计程序控制主板显示倒计时及点亮红灯、绿灯

师：接下来，我们一起看一下普通交通灯的结构是怎样的？（出示一张普通交通灯实物动画图片，教师分析交通灯结构以及工作原理。）

师：我们根据普通交通灯的倒计时特点我们一起来梳理程序流程图以及对应代码。

师：今天我们的活动是两位同学一组，由两名同学互相讨论、相互协作完成。接下来各个组推荐一位同学打开任务一自主学习材料学习和任务一初始程序，然后分小组完成任务一，填入相应的数据，然后下载到micorbit板子调试一下。

【设计意图】引导学生将工程分解成多个子任务，由浅入深，让学生结合现实中看到的实例来展开任务一硬件和软件的设计，理解普通交通灯的硬件结构，掌握第一个任务的目标和设计要点，学生通过小组协作能够完成任务一的目标。

探究任务二：控制倒计时及红灯、绿灯循环工作

师：刚才的任务一做出来之后呢，我们发现交通灯只能运行一次，那么我们实际生活中的交通灯是怎样工作的呢？

生：实际上生活中交通灯是一直不断地、重复地工作的。

师：要达到重复的效果我们应该怎么办呢？

生：添加无限循环代码模块。

师：请各小组内两位同学交换位置，讨论并且设计程序。

【设计意图】通过现象的问题并启发学生思考解决问题的办法，让学生理解并且掌握无限循环模块的运用，通过设计代码控制交通灯循环工作。本次小组活动由组内两名同学互换位置互换角色完成，让每位同学都参与到本节课的每个任务中，确保人人都学有所获。

探究任务三：设计按钮功能，智能控制交通灯

师：通过刚才两个小任务的设计，各位同学都体验了小小设计师的工作流程，初步形成了一个交通灯，实现了倒计时、交通灯循环工作，我们离本节课的最终目标越来越近。请大家思考接下来如何设计才能实现我们想要的智能交通灯呢？

生：我们小组商议后觉得可以继续添加按钮的功能并设计按钮的程序。

师：同学们回答正确，接下来大家一起梳理添加按钮的流程。此处关键是添加按钮，micro：bit主板里面按钮就相当于我们生活中照明灯的开关，当我们开灯的时候按下开关即可通电。我们在编程的时候要注意添加侦测的指令，专门用于侦测按钮是否按下，如果按下变为绿灯，没有按下就执行普通交通灯的程序。

师：请同学们在小组内根据按钮的特点结合刚才设计的普通交通灯要求梳理一下添加按钮的程序流程图。

师：请各小组内两位同学交换位置，协作设计本任务程序及调试。

【设计意图】通过自主设计普通交通灯，让学生体验逐渐获得新知识的过程，在此处加入按钮的概念进一步激发学生对智能交通灯的探索和实践。

 3.作品分享，思维碰撞 

师：请各个小组踊跃举手到讲台上面展示小组作品。（本环节随机挑选两个举手的小组进行展示，教师对展示作品的优缺点进行点评和指导。）

生1：我们小组在设计上也遇到了很多问题，例如在设定倒计时的时候没有掌握好时机，在第二阶段我们找到了多次循环与无限循环的不同，我们在后面加入了按键，让交通灯变得更便捷、更智能。

生2：我们小组在设计过程中发现可以在倒计时的程序中增加一个变量来控制倒计时的时间，这样设计可以达到简化程序节省内存的目的。

师：这组的同学灵活运用了变量进行简化，也是一个很大的突破，此处大家应该掌声鼓励。

生3：我们小组在设计的时候思考添加按钮之后使交通灯更加智能，想到了添加一段语音“行人过街请按下按钮”，这样就能够及时提醒等待的行人使用本按钮。

师：这组同学在观察生活中留意到了细节，通过语音提醒使得按钮交通灯更加智能，极大地提升了使用率，此处大家应该掌声鼓励。

【设计意图】通过这一环节的设置，一是有效地锻炼学生的语言表达能力和思维能力，能够将自己的作品清晰地分享给大家，二是可以有效锻炼学生的评价能力，在倾听其他同学作品分享的同时能够观察分析并指出其他小组作品优缺点，能够给出针对性的建议，这对于全体学生共同成长有良好的促进作用。

 4.情景演绎，实践生活 

师：请1-2个小组的同学到讲台模拟一下行人过街的情景。（小组内积极组织，模拟演练，台词由小组之间的成员简单讨论模拟。）

角色分配：

生1：演绎交通灯的支柱（双手托举小组的人行街道交通灯作品）

生2：演绎一位等候过马路的老妇人（表现出没有耐心的样子想直接横穿马路）

生3：演绎一位等候过马路的路人甲（劝阻老妇人不要闯红灯，宣讲一些基本交通知识）

生4：演绎一位等候过马路的路人乙（告诉正在等待过马路的行人如何使用这个按钮交通灯）

……

【设计意图】在最后一个任务末尾处设置一段情景式教学，通过情景演绎的方式能够更好地将本节课的知识展现和升华，有利于锻炼学生的归纳总结能力和观察能力，真正地做到践行学校“一切为了学生”的教学理念和尊重学生学习的主体地位，给足学生思考的空间和展示的空间，学生在自己搭建的舞台上能够更好地发挥，让学生展示出更多独特的见解和创新性。

 5.知识迁移，思维发散 

师：假如有盲人、小孩、老人等其他需要帮助的人群过马路，我们可以对目前已经设计的作品再进行哪些方面的拓展升级来帮助他们呢？

师：当下重庆的交通情况，作为一个有名的交通“堵城”，曾经多次登上网络热搜，关于城区拥堵的话题基本人人可知，如何研发更加智能的交通信号灯用以改善城市严重拥堵状况呢？

师：这两个问题留给同学们课后去思考，思考着力点放在能够解决问题的人工智能方向，下节课我们继续深入学习。

【设计意图】在课程走到高潮时继续迁移知识点，合理地将本节课的主题联想到生活中其他方面，培养学生举一反三的思维能力和创新意识，也可以更好地为后面的学习做铺垫。

 7.板书设计 

Microbit智能交通灯

课例成效及反思

本案例设计灵感来源于日常生活中的真实交通问题，学生通过小组合作探究共同完成本次智能交通灯的设计与调试任务，在整个动脑动手实践的过程中体验了工程项目的分解、程序流程图的绘制、图形化编程的设计、程序与主板的调试等工作，真正做到在实践层面上培养了学生的计算能力、编程能力、工程思维能力。由于一节课的教学时间较短，笔者引导学生将项目仅划分为了三个子任务，项目完成之后没有花更多时间让学生创新设计，本节课的教学内容需要学生强化练习，对于信息科技这类实践操作性强的课程是需要不断地练习、积累才能真正达到提升自身思维能力和动手能力的目的。

来源：微信 重庆市渝中区教育学会