信息科技学科人工智能教学实践案例 利用Scratch打造创意课堂 一《体感互动-Scratch之垃圾趣味分类》人工智能教学实践案例 上海市复兴实验中学陆梅卿 一、案例背景 在信息科技高速发展的今天，以培养学生科学精神和实践创新能力为目标的信总科技 课程已成为深入提升学生核心素养的重要元素，初中的信息技术课堂，不仅要让学生掌握 基本的信息技术技能，促进个性化发展，还要让学生学会运用信息技术促进交流与合作， 拓展视野，勇于创新。 1.Scratch编程学习 Scratch作为麻省理工学院媒体实验室研发的一种图形化编程语言，它可以帮助学生 发展学习技能，培养创造性思维。结合主题情景，将具体任务和现实生活构建起米，促使 学生在多个领域将知识融合以及有效低构建，用信总技术手段灵活地表达自己的想法。 2.本课设计意图 本节课让学生综合运用之前学习的Scratch知识来实现自己规划的作品，使用 Scratch制作一个垃圾分类的体感科普作品，让更多学生在体验垃圾趣味分类之后，懂得 垃圾分类知识，意识到环境保护的重要性。学生在开发作品中的各个环节可以提升不同的 能力，如故事策划中培养整体规划的能力，美术设计中培养设计思维，程序开发与程序测 试中编写与调试程序，提升计算思维，构建工程思想。从搭建场景、添加对象的具象化学 习到设计算法、编写程序的抽象化学习，将复杂的问题拆分为几个模块，在计算机中实现 垃圾分类的过程，是学生体验逐步解决问题的过程，是优化的过程，也是一个有序的学习 过程，在不断循环的开发过程中，学生亲历了软件开发的全过程，培养“从现实世界抽象 一—建模一一设计一一完成作品”的能力。 本节课同时增添新的创意，让学生感受人机交互，在计算机系统中，发现软硬件设备 相辅相成的魅力，尝试使用新的交互方式，利用手势和肢体动作代替键盘和鼠标或操纵杆
信息科技学科人工智能教学实践案例 利用 Scratch 打造创意课堂 ——《体感互动-Scratch 之垃圾趣味分类》人工智能教学实践案例 上海市复兴实验中学 陆梅卿 一、 案例背景 在信息科技高速发展的今天，以培养学生科学精神和实践创新能力为目标的信息科技 课程已成为深入提升学生核心素养的重要元素，初中的信息技术课堂，不仅要让学生掌握 基本的信息技术技能，促进个性化发展，还要让学生学会运用信息技术促进交流与合作， 拓展视野，勇于创新。 1. Scratch 编程学习 Scratch 作为麻省理工学院媒体实验室研发的一种图形化编程语言，它可以帮助学生 发展学习技能，培养创造性思维。结合主题情景，将具体任务和现实生活构建起来，促使 学生在多个领域将知识融合以及有效低构建，用信息技术手段灵活地表达自己的想法。 2.本课设计意图 本节课让学生综合运用之前学习的 Scratch 知识来实现自己规划的作品，使用 Scratch 制作一个垃圾分类的体感科普作品，让更多学生在体验垃圾趣味分类之后，懂得 垃圾分类知识，意识到环境保护的重要性。学生在开发作品中的各个环节可以提升不同的 能力，如故事策划中培养整体规划的能力，美术设计中培养设计思维，程序开发与程序测 试中编写与调试程序，提升计算思维，构建工程思想。从搭建场景、添加对象的具象化学 习到设计算法、编写程序的抽象化学习，将复杂的问题拆分为几个模块，在计算机中实现 垃圾分类的过程，是学生体验逐步解决问题的过程，是优化的过程，也是一个有序的学习 过程，在不断循环的开发过程中，学生亲历了软件开发的全过程，培养“从现实世界抽象 ——建模——设计——完成作品”的能力。 本节课同时增添新的创意，让学生感受人机交互，在计算机系统中，发现软硬件设备 相辅相成的魅力，尝试使用新的交互方式，利用手势和肢体动作代替键盘和鼠标或操纵杆
来设计，用以运动为基础的体感式交互结合垃圾分类这个环保主题，在设计开发中有利于 学生在身体、空间、角度及几何概念的抽象表现之间建立强烈的联系。 本节课为《体感互动-Scratch之垃圾趣味分类》项目活动的第二课时，本项目活动共 三课时，是信息科技学科新技术探究中的内容。通过垃圾分类这个环保主题，结合 Scratch中的体感体术，实现人机互动效果，制作一款有关垃圾分类的体感编程作品。过 程中学生熟悉Scratch中“视频移动、广播、如果那么”等模块的用法，在实践中了解开 发作品的一般流程，让学生在项目活动中经历知识储备、技能掌握、故事创编、对象设 计、场景搭建、程序实现、测试改进、完善优化等环节，如图1所示。 故事策划叠一○美术设计 优化提升 围绕目标需求分析 程序测●一●程序开发 图1体感互动-Scratch之垃圾趣味分类的六个环节 3.学情分析 本课的教学对象是六年级内的学生，通过前四节课的学习，已经掌握了添加、删除角 色，造型编辑与切换，对Scratch编程创作有了一定的体会，能设计控制角色运动的简单 脚本，为本节课的学习奠定了基础。并且学生对学习本软件很高的兴趣，有利于后续课程 的开展。学生正是处于对事物的形象认识到抽象认识、对世界的感性认识到科学与理性认 识的发展阶段，具有极强的好奇心和求知欲，较喜欢有声有色、生动直观的教学，然而对 于逻辑、推理、分析、归纳等思维的综合运用还有欠缺，而这些正是计算思维的本质，因 此培养学生计算思维显得尤为重要。本节课通过体感互动-Scratch之垃圾趣味分类的创意 实现，培养学生的计算思维，设计解决问题的步骤并去实现，将复杂的问题细化分解成很 多小的问题，在不断的调试与修改中实现创意，体验工程作品的制作过程
来设计，用以运动为基础的体感式交互结合垃圾分类这个环保主题，在设计开发中有利于 学生在身体、空间、角度及几何概念的抽象表现之间建立强烈的联系。 本节课为《体感互动-Scratch 之垃圾趣味分类》项目活动的第二课时，本项目活动共 三课时，是信息科技学科新技术探究中的内容。通过垃圾分类这个环保主题，结合 Scratch 中的体感体术，实现人机互动效果，制作一款有关垃圾分类的体感编程作品。过 程中学生熟悉 Scratch 中“视频移动、广播、如果那么”等模块的用法，在实践中了解开 发作品的一般流程，让学生在项目活动中经历知识储备、技能掌握、故事创编、对象设 计、场景搭建、程序实现、测试改进、完善优化等环节，如图 1 所示。 图 1 体感互动-Scratch 之垃圾趣味分类的六个环节 3.学情分析 本课的教学对象是六年级内的学生，通过前四节课的学习，已经掌握了添加、删除角 色，造型编辑与切换，对 Scratch 编程创作有了一定的体会，能设计控制角色运动的简单 脚本，为本节课的学习奠定了基础。并且学生对学习本软件很高的兴趣，有利于后续课程 的开展。学生正是处于对事物的形象认识到抽象认识、对世界的感性认识到科学与理性认 识的发展阶段，具有极强的好奇心和求知欲，较喜欢有声有色、生动直观的教学，然而对 于逻辑、推理、分析、归纳等思维的综合运用还有欠缺，而这些正是计算思维的本质，因 此培养学生计算思维显得尤为重要。本节课通过体感互动-Scratch 之垃圾趣味分类的创意 实现，培养学生的计算思维，设计解决问题的步骤并去实现，将复杂的问题细化分解成很 多小的问题，在不断的调试与修改中实现创意，体验工程作品的制作过程
二、案例呈现 (一)情境创设，提出需求，关注环境保护 德有渗透学科，今年7月1日施行的《上海市生活垃圾管理条例》，垃圾分类即将进 入“强制时代”。通过课堂教学的情景设计，引导学生积极关注垃圾分类，掌握垃圾分类 的基本原则与分类的方法，借助Scratch制作垃圾体感分类的科普作品，以实际行动参与 垃圾分类的宜传，为环保事业献上自己的努力。 师：同学们，垃圾分类就是在源头将垃圾分类投放，并通过分类收集、分类运输、 分类处理，实现垃圾减量化、资源化、无害化处理。 师：在上节课，我们借助Scratch构思了垃圾分类科普作品的创意，而且这次作品 不再是健盘与鼠标，使用了新的方式，是什么？ 生：体感互动。 师：什么是体感？谁能解释体感互动的原理？ 生：体感游戏的原理是利用摄像头捕捉到的人物动作将其转化为数据，计算机通过 与前面的获得的数据进行对比分析了解玩家的身体动作或手势动作，从而实现直接 的人机互动效果。 师：今天我们就结合体感作品，在Scratch中通过体感互动实现垃圾趣味分类，让报 纸进入合造的垃圾桶。 (二)需求分析，梳理问题，提升高级思维能力 提升解决问题的意识与能力，组织学生交流体感互动-垃圾趣味分类的设计构思，把现 实中的事物或解决问题的过程，通过化简等方式，抓住其关键特征，降低其复杂度，变为 计算设备可以处理的模型。之后总结利用计算机解决问题的过程与方法，并迁移到与之相 关的其他问题解决之中。 通过需求分析能够帮助学生对垃圾分类，让报纸进入合适的垃圾桶整个过程有一个很 清晰的认识，帮助学生从形象思维到抽象思维过渡，更好地分析与概括项目活动中的各项 需求、建立垃圾分类的结构模型，通过判断、分析与综合各种信息资源，运用合理的算法 形成解决问题方案。需求分析可拆分为几个模块：故事情景、角色、体感控制移动的方 式、报纸的位置、选择垃圾桶正确与错误的反馈等。通过完整的需求分析，为后续程序开
二、案例呈现 （一）情境创设，提出需求，关注环境保护 德育渗透学科，今年 7 月 1 日施行的《上海市生活垃圾管理条例》，垃圾分类即将进 入“强制时代”。通过课堂教学的情景设计，引导学生积极关注垃圾分类，掌握垃圾分类 的基本原则与分类的方法，借助 Scratch 制作垃圾体感分类的科普作品，以实际行动参与 垃圾分类的宣传，为环保事业献上自己的努力。 师：同学们，垃圾分类就是在源头将垃圾分类投放，并通过分类收集、分类运输、 分类处理，实现垃圾减量化、资源化、无害化处理。 师：在上节课，我们借助 Scratch 构思了垃圾分类科普作品的创意，而且这次作品 不再是键盘与鼠标，使用了新的方式，是什么？ 生：体感互动。 师：什么是体感？谁能解释体感互动的原理？ 生：体感游戏的原理是利用摄像头捕捉到的人物动作将其转化为数据，计算机通过 与前面的获得的数据进行对比分析了解玩家的身体动作或手势动作，从而实现直接 的人机互动效果。 师：今天我们就结合体感作品，在 Scratch 中通过体感互动实现垃圾趣味分类,让报 纸进入合适的垃圾桶。 （二）需求分析，梳理问题，提升高级思维能力 提升解决问题的意识与能力，组织学生交流体感互动-垃圾趣味分类的设计构思，把现 实中的事物或解决问题的过程，通过化简等方式，抓住其关键特征，降低其复杂度，变为 计算设备可以处理的模型。之后总结利用计算机解决问题的过程与方法，并迁移到与之相 关的其他问题解决之中。 通过需求分析能够帮助学生对垃圾分类，让报纸进入合适的垃圾桶整个过程有一个很 清晰的认识，帮助学生从形象思维到抽象思维过渡，更好地分析与概括项目活动中的各项 需求、建立垃圾分类的结构模型，通过判断、分析与综合各种信息资源，运用合理的算法 形成解决问题方案。需求分析可拆分为几个模块：故事情景、角色、体感控制移动的方 式、报纸的位置、选择垃圾桶正确与错误的反馈等。通过完整的需求分析，为后续程序开
发打好基础，在实现创意的过程中，通过不同形式的表单记录保留学习路径，适时反思总 结，如图2所示。 性城看上语发列着卡子 体感互边-一Scratch拉圾链味分类 拉计人： 扬最中的角色 的作 奶 斯正精减错误分夫： 如择的时f短拉如o分钙可和6方ki叫 图2学习单记录基本要求之故事策划 (三)程序开发，实现创意，感受学科思想 编程教育中的人机交互，在平时Scratch趣味编程教学多数停留在纯软件层面，缺少 软硬件结合的实体支撑，在课堂中培养学生动手能力、将自己的创意编程现实都存在者局 限性。笔者尝试用笔记本摄像头与Scratch编程结合的课程内容引入课堂，利用摄像头捕 捉人物的动作并将其转化为数据，通过数据分析学生的身体动作或手势，这样软硬件结合 的方式设计信息科技教学，引导学生关注人机交互，分析信息处理过程的各个阶段，根据 不同的硬件编写相应的程序，乐于用信息技术手段灵活地表达想法、创意和研究，在课堂 中感受软硬件的相辅相成，对计算机系统有了完整的认识，形成初步的技术创新意识，如 图3所示
发打好基础，在实现创意的过程中，通过不同形式的表单记录保留学习路径，适时反思总 结，如图 2 所示。 图 2 学习单记录基本要求之故事策划 （三）程序开发，实现创意，感受学科思想 编程教育中的人机交互，在平时 Scratch 趣味编程教学多数停留在纯软件层面，缺少 软硬件结合的实体支撑，在课堂中培养学生动手能力、将自己的创意编程现实都存在着局 限性。笔者尝试用笔记本摄像头与 Scratch 编程结合的课程内容引入课堂，利用摄像头捕 捉人物的动作并将其转化为数据，通过数据分析学生的身体动作或手势，这样软硬件结合 的方式设计信息科技教学，引导学生关注人机交互，分析信息处理过程的各个阶段，根据 不同的硬件编写相应的程序，乐于用信息技术手段灵活地表达想法、创意和研究，在课堂 中感受软硬件的相辅相成，对计算机系统有了完整的认识，形成初步的技术创新意识，如 图 3 所示
分0 各归各位 图3学生在测试体感分类作品的程序 根据需求分析，可以将程序开发分为几个部分： 1.体感控制移动 师：请同学们打开“垃圾分类学生素材.sb2”,报纸属于什么种类的垃圾？ 生：可回收垃圾。 师：按照策咯，当手势在可回收垃圾桶上，怎么控制报纸向可回收垃圾桶移动？ (教师组织学生在Scratch中尝试编程，部分学生发现广播指令) 生：可以通过广播来实现，垃圾桶向报纸发送向我移动的消息，当报纸接受到消 息，报纸向垃圾桶移动。 师：请你们小组探究“事件”模块中的广播指令，注意这里分为两部分：1.可回 收物垃圾桶发出消息。2.报纸接收消息。 学生演示分类过程，使用广播模块，当视频移动>，垃圾桶向报纸发出广播：当报纸 接受到广播，报纸向可回收垃圾桶移动： 设计意图：让学生联系已学过的知识与技能在此情境中加以综合运用，明确问题的要 求，引导学生通过分析、尝试、判断和调试实现了用广播和视频侦测控制报纸向垃圾桶运 动，有效地锻炼了学生动手实践能力。当学生没有立即发现解决方案的时候，老师会组织 学生一起讨论，通过观察分析其不足，引导学生提出修改方案，并给学生足够的时间去猜 想、调试并要求学生加以归纳和总结，引导学生将获得的经验与知识向方法转化，提升学 生应用知识的能力与水平，如图4所示
图 3 学生在测试体感分类作品的程序 根据需求分析，可以将程序开发分为几个部分： 1. 体感控制移动 师：请同学们打开“垃圾分类学生素材.sb2”,报纸属于什么种类的垃圾？ 生：可回收垃圾。 师：按照策略，当手势在可回收垃圾桶上，怎么控制报纸向可回收垃圾桶移动？ （教师组织学生在 Scratch 中尝试编程，部分学生发现广播指令） 生：可以通过广播来实现，垃圾桶向报纸发送向我移动的消息，当报纸接受到消 息，报纸向垃圾桶移动。 师：请你们小组探究“事件”模块中的广播指令，注意这里分为两部分：1.可回 收物垃圾桶发出消息。2.报纸接收消息。 学生演示分类过程，使用广播模块，当视频移动>n，垃圾桶向报纸发出广播；当报纸 接受到广播，报纸向可回收垃圾桶移动。 设计意图：让学生联系已学过的知识与技能在此情境中加以综合运用，明确问题的要 求，引导学生通过分析、尝试、判断和调试实现了用广播和视频侦测控制报纸向垃圾桶运 动，有效地锻炼了学生动手实践能力。当学生没有立即发现解决方案的时候，老师会组织 学生一起讨论，通过观察分析其不足，引导学生提出修改方案，并给学生足够的时间去猜 想、调试并要求学生加以归纳和总结，引导学生将获得的经验与知识向方法转化，提升学 生应用知识的能力与水平，如图 4 所示