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1、课程研发探究论文：基于激光雕刻技术的Micro:bit校本课程开发（一）课程目标1.开发基于激光雕刻技术的Micro:bit校本课程丰富传统基于Micro:bit自带传感器的程序设计课程，将程序设计从PC端扩展到手工作品。通过在课程编写过程中的头脑风暴和实践、试验，提升课题组教师的研究水平与实际操作能力，提高学校的创客师资水平。2.实施基于激光雕刻技术的Micro:bit校本课程程序设计不再局限于电脑，而可以制作出拿在手上、运用在生活中的实实在在的物品。学生能了解到编程与逻辑思维的美妙之处，知晓程序与物联网连接的方法，创作出可运用于实际生活的物联网设备，并亲身体验物联网对生活带来的乐趣和便利。
2、在学习和实践过程中鼓励学生学以致用，激发学生的创造热情，培养他们从小养成学科学、爱科学、用科学的良好习惯。3.调整、优化基于激光雕刻技术的Micro:bit校本课程通过课堂实践发现校本课程设计中存在的问题，并解决问题，优化基于激光雕刻技术的Micro:bit校本课程，使中小学信息教师能运用该校本课程正常、有效地开展创客、基于物联网的程序设计教学活动。（二）课程结构体系根据学校教学的实际情况和学生的知识水平，我们将校本课程安排为六个学期的课程量，每个学期15课时，每周1课时。第一学期和第二学期基于Micro:bit编程校本课程学习，分为编程入门篇、外接传感器篇和编程进阶篇三个模块。第三学期和第四
3、学期基于激光雕刻技术校本课程学习，分为简单雕刻篇、图形设计篇、进阶雕刻篇。第五学期和第六学期为综合项目实践，根据每组不同的情况，用两个学期的时间完成56个项目作品。1.Micro:bit编程校本课程（1）编程入门篇。让学生了解和熟悉Micro:bit的界面和基本操作，了解Micro:bit的特点和功能，学生能使用Micro:bit自带的按键传感器、温度传感器、振动传感器、光线传感器、LED显示矩阵点，制作简单的实用小程序。学生在这一阶段除了了解程序编辑的模块和一般逻辑外，还要能区分输入传感器和输出传感器。（2）外接传感器篇。主要介绍外接传感器，如蜂鸣器、超声波传感器、红外线传感器、LED灯、外
4、接按键传感器等。学生在这一阶段需要明确知悉信息从输入传感器进入，经过Micro:bit处理后，由输出传感器输出的流程。学生需要熟练连接传感器，且在运行发生问题时，判断出是由硬件导致的还是由程序导致的，有排除故障解决问题的能力。（3）编程进阶篇。通过这个阶段的学习，学生需要熟练地运用传感器编写较为复杂的程序，掌握变量、列表、坐标、逻辑运算、对象等概念，设计出有创意、有使用价值的游戏或程序。引导学生充分发挥想象力和创造力，制作有个性的Micro:bit作品，并将作品与大家分享，感受创造的乐趣和成功的喜悦。2.激光雕刻技术校本课程（1）简单雕刻篇。学生能掌握激光雕刻的基本操作和基本原理，能熟练使用激
5、光雕刻机制作简单的立体作品，如手机支架、木盒等。在制作过程中体会动手的乐趣，并能对平面图形转变为立体图形有感性的认识。（2）图形设计篇。学生能自行设计图案，通过网络寻找资源并熟练运用多个图形设计软件导出矢量设计图，并选择适合的材料进行雕刻。在雕刻时，学生能了解不同材料需要的功率和频率，并选择适合的功率和频率进行雕刻。（3）进阶雕刻篇。学生能根据需要设计出适合Micro:bit、传感器的大小和使用功能的木制或亚力克外框架，使装置能使用的同时不显露内部结构和线路，有一定的美观性，并能对外形做简单的装饰和设计。3.综合项目实践以需求为导向，教师提出某一使用需求，如制作一个小型乐器，学生以小组为单位，
6、根据需求进行项目规划、图形设计、程序编程、激光雕刻、细节调整、运行测试、再调整、项目反思，最后得到项目成果，并在小组间进行分享和评价，通过交流，体验成就感和成功的喜悦，激发学生学习和创新的动力。（三）教材编写案例在编写每一课时，尽量以项目化的形式进行。四、五年级以教师引导为主，让学生形成项目的概念，了解完成项目的一般流程。六年级教师直接抛出问题，引导学生用不同的方法解决问题。学生以小组为单位，对教师提出的问题进行讨论、思考，得到初步方案。根据小组得出的方案，小组成员分工进行传感器连接、程序编辑、外结构设计和雕刻。运行程序，观察存在的问题并尝试解决；组合元器件和外结构，观察存在的问题并尝试解决。
7、小组再次进行讨论，提出改进的意见，根据改进意见分工调整，重复上述步骤。最后在小组间分享成果，相互探讨经验和不足。通过项目式学习，培养学生分析、想象、创新和解决问题的能力，促进学生独立思考、自主创新与合作交流。案例：“感应道闸”是基于激光雕刻技术的Micro:bit校本课程“综合项目实践”中的一课，需要花费4个课时。教学目标是通过感应道闸的设计，让学生了解感应道闸的基本工作原理，了解舵机的原理和基本工作方式，能通过程序控制舵机旋转。1.创设情境，提出问题在小区门口、商场门口，为了识别来车是否进入，我们一般会采取怎样的方法呢？播放视频展示。这个装置的名字叫作道闸，今天，我们要模仿这个道闸，制作一个
8、简易模型。2.开阔视野，分析探究提问：在开始制作之前，我们先来分析一下，这个设备是如何运作的呢？要求学生以小组为单位展开讨论，得出结论：超声波传感器测出距离，交给处理器处理，处理器让杆子抬起来。除了我们都认识的部分之外，这个设备还使用了一个新的设备：舵机。提问：舵机是什么呢？播放舵机介绍视频。得出结论：舵机是能够在平面内改变角度的驱动器，相当于机器人的关节。舵机就是控制杆子抬起来的重要设备。通过前面的学习，我们已经知道，超声波传感器是用来采集“距离”信息的设备，信息被输入设备采集到，传到处理器，经过处理后再由输出设备导出。首先，我们要完成两个任务：连接设备，并能够使用程序控制舵机运转。（四）自
9、主设计，搭建程序1.连接舵机舵机介绍舵机是能够在平面内旋转角度的驱动器。任务一：连接各个传感器学生根据过去的学习经验尝试连接超声波传感器、电源和舵机，连接完成后，小组间相互检查和评价连接是否正确。2.控制舵机运转一般，我们通过控制脉冲的方式控制舵机的运转角度。控制脉冲的积木块是红色的，在红色的引脚木块中。脉冲和舵机运转角度的对应关系。任务二：通过不同的脉冲控制舵机旋转学生尝试设置不同的脉冲，观察舵机的旋转角度。调整脉冲，使舵机可以从平行位置旋转到垂直位置。小组成员讨论最适合的程序编写方式，并在小组间相互评价。3.读取超声波传感器数值通过之前的学习，我们已经知道如何读取超声波传感器的“距离”信息
10、。如果“距离”10，舵机旋转到90，否则舵机旋转到0。任务三：通过读取超声波传感器数值，控制舵机旋转学生尝试通过读取超声波传感器数值控制舵机旋转。在不断的测试过程中，学生反复尝试最适合的感应距离，实现当“汽车”开到道闸前时，道闸感应打开，停留一段时间后，道闸自动关闭。4.调整数值，优化程序提问：观察这个感应道闸的运动状态，有什么可以改进的地方吗？会不会落下得太快了？应该怎么办呢？学生根据教师提出的问题，组内进行讨论，得出解决办法：停留几秒后再落下道闸，或者感应到道闸附近没有“汽车”后，道闸再落下，等等。每个小组根据自己的水平和预估的效果，选择适合自己小组的改进方法，在不断地调试中改进程序。“读
11、取超声波传感器数值”和“调整数值，优化程序”两个阶段因为需要学生反复测试和调整，所以会花费比较多的时间。完成这个环节后，安排班内分享，欣赏每个小组完成的作品，相互提出改进意见。（五）设计结构，创新活动1.测量尺寸，绘制雕刻图形学生测量在前面环节中搭建的设备的尺寸，为设备设计适合大小的容器。教师需要提醒学生为各个传感器和充电口预留位置，防止遮挡超声波传感器读取数值或舵机的旋转。任务四：设计感应道闸的外部结构图纸和现实往往有很大差距，为了避免耗材损耗，教师可以引导学生多考虑容易遗漏的传感器位置、充电口位置、各个面拼接时需要的接口。在小组完成设计后，教师可以请小组其他成员检查图纸是否有明显的错误。2
12、.切割图形，尝试拼接学生导出设计好的文件，导入激光雕刻机，设置适合的激光雕刻参数，开始切割图形。完成切割后，尝试组合感应道闸和外部结构，寻找其中的问题，并寻求解决方法。3.反复调整，寻找最佳方案在上一步的拼接过程中，学生往往会发现许多问题，如给传感器、充电口预留的位置和大小不够准确，设计出的外部结构无法容纳感应道闸所有元器件等。学生需要在本环节中多次反复设计，多次雕刻作品并尝试拼接，以求达到最佳的效果。（六）作品展示，活动评价小组完成作品后，轮流上台展示本小组的作品。教师需要引导学生从“效果展示”“作品亮点”“反思与发展”等几点出发，全面地介绍本小组作品的亮点以及在完成作品过程中付出的努力。其他小组需要认真倾听，并提出有效的评价和改进意见。
