中职《信息技术》课程程序设计模块的教学设计与实施-以消毒机器人项目为例

中职《信息技术》课程程序设计模块的教学设计与实施—以消毒机器人项目为例一、教学整体设计（一）教学内容1.课程教学内容中等职业学校信息技术课程是各专业学生必修的公共基础课程。学生通过对信息技术基础知识与技能的学习，有助于增强信息意识、发展计算思维、提高数字化学习与创新能力、树立正确的信息社会价值观和责任感，培养符合时代要求的信息素养与适应职业发展需要的信息能力。依据中等职业学校信息技术课程标准，本课程由基础模块和拓展模块两部分构成。信息技术课程基础模块是必修内容，共108学时，6学分；拓展模块是任意选修内容，共36学时2学分。2.教材选用本课程教材选用江苏凤凰教育出版社出版，马成荣、夏英主编的“十四五”职业教育国家规划教材《信息技术》。本教材以《中等职业学校信息技术课程标准》的基础模块为依据，紧密结合中等职业教育特点，密切联系中职信息技术教学实际，突出技能训练和动手能力培养，符合中等职业学校学生学习信息技术要求，提高中职生的信息意识、计算思维、数字化学习与创新、信息社会责任四大学科核心素养。3.教学内容和课程思政教学内容选自《信息技术》第二册·学习领域二《模块五程序设计入门》，共12课时。本模块旨在引导学生了解程序设计的基本理念，初步掌握程序设计的方法，培养学生运用程序设计解决问题的能力。后疫情时代，公共场所的消毒工作，成为防疫中的常态化工作。人工消杀是一项工作量大、工作时间长的工作。能否设计一款消毒机器人，把人从重复性的消杀工作中解放出来呢？学生在消毒机器人程序设计中，用机器人在机场、高铁、客运站、学校图书馆、医院等公共场所进行定时、定区域精准消毒，实现低成本、高效率、无接触的自动化消毒。

在消毒机器人程序设计的全过程中，学生深入医院、车站等场所，调研疫情防控中消毒的现状及存在问题，深度研讨机器人消毒的优势，积极学习程序设计的基础知识，勇于探索消毒机器人的设计方法，团队协作实现消毒机器人的主要功能，充分利用程序设计解决了防疫中的消杀问题。图1教学设计（二）教学目标与重难点1.教学目标知识目标：结合生活实例，能正确区分指令、程序、程序设计、算法等程序设计基础知识，探索消毒机器人基本功能的算法分析和设计。能力目标：运用程序设计逻辑思维理念解决实际问题，进行消毒机器人需求分析和功能分析，使用画程软件准确画出流程图，使用Python完成机器人消杀的程序代码编辑、运行并调试相对完整的应用程序。素养目标：在项目任务学习和实践的过程中，训练逻辑思维，树立规则意识，培养编程兴趣，逐步形成对计算思维、责任担当、工匠精神、职业素养的认知、认同和内化。2.重点难点教学重点：消毒机器人需求分析和功能分析；消毒机器人基本功能的算法分析、设计，并用流程图表示；turtle库函数的使用、编制循环结构程序；编写if-elif-else流程控制语句；多分支选择结构程序设计的方法；教学难点：理解运用程序设计解决问题的逻辑思维理念；消毒机器人基本功能的算法分析、设计，并用流程图表示；运用for循环解决实际问题的基本思路；运用选择结构、循环结构设计机器人多次消杀的基本思路；（三）教学策略1.工作过程导向以消毒机器人这一真实项目任务为载体，基于项目分析、算法设计、建图编程、消杀编程、避障编程、路演调试过程组织教学，学生在参与整个项目调研、设计、研发和实现的学习实践过程中，达成教学目标，培养基于程序设计理念的逻辑思维习惯和方法能力。2.“5E”教学模式积极开展“5E”教学模式：引入Engagement、探索Exploration、解释Explanation、迁移Elaboration、评价Evaluation，引导学生在课中深度参与课堂学习实践活动，结合课前和课后自主学习，初步掌握程序设计的基本方法，开展项目实践活动。3.线上线下结合依托泛雅网络教学平台，课前发布学习任务，开展课前预习与答疑，课中线下授课与互动、在线测试，课后线上反馈、数据分析，实现线上线下混合式教学，促进师生互动、及时评价，提高课堂实效。（四）教学评价引导学生依据学习评价表开展自评和互评，并上传平台；引导学生交流学习心得，教师对学生的学习情况进行小结，肯定成绩，指出问题，实现评价方式多元、评级内涵多元、评价主体多元。二、教学实施过程（一）教学实施过程教学实施过程分为课前探学、课中践学、课后拓学三个阶段，以“消毒机器人程序设计”为任务驱动，设计“5E”教学模式，引导学生课前自主探究、课中“5E”深度实践、课后拓展应用，应用简单算法和功能解决信息处理的具体问题，实现消毒机器人的基本功能。“5E”教学模式是美国生物学课程研究(BSCS,1989)开发的一种基于建构主义教学理论的模式，自上世纪80年代末以来这种教学模式就在BSCS的总课程设计中被应用，是一种致力于引起学生学习兴趣的有效的教学模式和教学方法。在消毒机器人程序设计的每个任务中，通过创设问题情境来激发学生的学习兴趣，根据任务中的认知冲突,引导学生进行自主探究，为学生提供对探究过程和结果进行展示和分析，让学生尝试用自己的理解阐述他们对概念的认知，学生通过绘制流程图、编写程序、调试应用等实践练习，加深或拓展对概念的理解，获得更多的信息和技能，最后为学生提供自评和互评的机会，实现了以学生为主体的吸引、探究、解释、迁移和评价“5E”教学模式。（二）教学评价实施在消毒机器人程序设计的每个任务实施过程中，将全班学生分成六组，5-6人为一组，推选组长带领团队协作开展社会调查、项目实施、教学评价等每个教学环节。通过学生自评、组内互评、组间评学和教师点评，对学生的自主学习、团队协作、实践操作等环节开展积极评价。三、学生学习效果（一）教学目标与重难点达成围绕消毒机器人程序设计6个任务的实施，采用“三课三学”的教学设计，通过课前探学、课中践学、课后拓学，突出教学重点、突破教学难点，最终实现教学目标。突出教学重点：学习任务的安排任环环紧扣，从问卷调研、模拟示例、到编制程序，紧扣重点；学习策略的方法得当，从画路径、说步骤、绘流程、补代码，到调试程序，重点突出，教学效果好。突破教学难点：一是难度逐步分解，从绘制一个矩形，引伸出用循环语句绘制正方形，举一反三绘制正六边形，最后到绘制同心正方形、同心矩形，由易到难；二是充分运用画程可视化工具，系统自动生成程序代码，减少了因输入等原因产生的语法错误，消除了学生对编写程序的恐惧感，降低学习难度。（二）思政育人成效课程思政贯穿于教学的全过程，通过眼观、耳听、口说、动手实践，逐步形成对责任担当、工匠精神、职业素养的认知、认同、内化。（三）创新能力成效应用5E教学模式：充分体现了“以学生为中心”的教学理念，发挥学生主动性，激发学习兴趣，注重学习过程，通过探究和实践解决实际问题，促进学生思维的培养。应用画程工具软件：可视化的操作界面降低了学生的学习难度，减少了学生对程序设计编程的恐惧，化解了编程中语法错误多的学习障碍。四、反思改进措施（一）特色与创新1.围绕人类健康安全选题，助力科技防疫全球新型冠状病毒肺炎自2019年底爆发以来，当前全球疫情仍然十分严重，我国疫情也在高位运行。我国始终坚持“人民至上、生命至上”的理念，将人民生命安全和身体健康作为疫情防控的第一要务，全面落实“外防输入、内防反弹”总策略和“动态清零”总方针，坚持“预防为主、防治结合、依法科学、分级分类”的原则，坚决防范境外疫情输入和境内疫情反弹。为了更好地开展防疫工作，全社会多措并举、多维保障，采用“人防＋技防”双保险，借助各类科技手段助力防疫。而消毒机器人为代表的智能化消毒模式应运而生，提升了城市管理与疫情防控的智能化水平。围绕人类健康安全选题，极大地激发了中职生积极参与防疫的社会责任感，树立正确的世界观、价值观和人生观。2.围绕信息技术核心素养，打造高效课堂落实“信息意识、计算思维、数字化学习与创新、信息社会责任”四大核心素养，是中等职业学校信息技术课程课堂教学的出发点和落脚点。在教学中以任务为引领，引导学生主动获取学习信息、寻求解决问题的信息、团队合作共享信息，不断提升学生的信息意识；在分析处理信息、解决问题的过程中发展计算思维，能够运用所学知识和技能，就像通过分解把大象装进冰箱需要的步骤，用流程图来描述算法，迁移到消毒机器人基本功能的算法分析和设计的过程中，逐步提高学生的计算思维；指导学生运用泛雅平台等数字化学习资源和《画程》和《Python》等程序设计的工具，提高中职生数字化学习与创新能力；在消毒机器人程序设计项目研发、任务实施的过程中，注重公共信息安全所带来的社会问题，提高信息行动能力，主动履行信息社会的道德行为自律。（二）反思与改进1.存在问题（1）教学资源不够丰富，影响教学质量提升教材资源比较薄弱、共享教学资源比较缺乏，给消毒机器人程序设计的教学带来一定的难度，影响了整体教学质量的提升。（