基于培养目标的课程内容设计

根据工程科创课程组的培养目标和各课程的开展形式，每一门工程科创类课程都需结合其自身课程内容的特点进行有序开展，并按照其独特的授课内容和开展形式，努力完成工程科创课程的培养目标。上海中学国际部工程科创课程组的具体课程及主要内容简绍如下。

1.Micro：bit入门

Micro：bit入门是上海中学国际部面向6年级学生开设的一门科创选修课程。该课程的实施是基于一款英国广播公司（BBC）推出的，用于青少年编程教育的ARM开发板，再结合在线的图形化编程工具来完成的。与时下主流的Arduino开发板相比，Micro：bit具有免安装驱动，电子模块集成度高，支持时下最热门的多种编程语言等多项优势，在节省教学资源成本的同时还大大增加了可玩性和拓展空间。同时，基于Web服务的编程环境，积木拖拽式的使用方法，大大降低了编程学习的门槛。通过Micro：bit入门课程的学习，学生们能掌握Micro：bit的基本使用，理解编程和电子产品制作方面的知识，对程序设计的流程和基本算法进行初步的学习和运用。在课程的设计上我们注重学生跨学科思维的体验和培养，创设了一些将Micro：bit应用于STEM教育（科学、技术、工程、数学）的项目，还鼓励学生在语言、艺术、体育等课程上进行有趣的尝试。

作为工程方向的一门科创类课程，课程的教学既涵盖了LED灯、多种传感器、接口、按钮等多种电子模块的功能介绍和使用，又包括图形化编程环境——Blocks Editor在线编程平台实际操作，最后将在线完成的程序上传到micro：bit板上，验证自己的设计，及时享受作品成功完成的喜悦。这款开发板，尽管个头小（信用卡的一半大小），但集成度高，搭载了5×5可编程LED点阵，两颗可编程按键、加速度计、电子罗盘、温度计、蓝牙等电子模块，无需学生有大量物理工程方面的准备知识，既降低了电子元件物理连接的难度，也节约了课堂教学时间。对于软件的学习，其环境完全类似于学生常规课程中的Scratch课程，但又能让学生有更直观的硬件操作体验和及时反馈，从而很好地实现了编程类课程的延续，所以该课程能很好地培养学生的工程思维、训练缜密的程序设计逻辑、掌握完整科学的项目设计流程，为后续更高级课程的学习和科创类实践活动打下坚实的基础。

课程培养目标

（1）了解Micro：bit硬件构成，掌握其正确的使用方法；

（2）深入了解常用电子元件及传感器的原理，能将其结合并应用于相关的项目中；

（3）掌握常用的一些数学／逻辑运算符、函数；

（4）掌握程序设计中的一些基本概念、算法；能灵活运用变量、函数；逻辑层面能熟练应用简单分支、多分支和分支嵌套解决问题；

（5）掌握程序设计中的循环结构并能进行相关项目的实现；

（6）初步掌握无线传输的原理，能进行两块Micro：bit开发板间的通信项目的设计。

课程内容

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2.Micro：bit进阶

Micro：bit进阶是针对6年级学生开设的一门Micro：bit进阶课程，学习内容难度较Micro：bit入门增加了不少。学生主要使用BBC生产的Micro：bit控制板和一些传统的传感器进行软硬件相结合的学习，该课程适合对硬件电路感兴趣和具有基础编程能力的6年级学生选修。该课程先采取类Scratch的图形化编程，再采用Python语言进行编程的学习方式，使学生从图形化语言自然衔接到代码语言。除了利用Micro：bit电路板自带的传感器进行规定项目制作外，还会增加一些利用面包板进行项目式的控制电路设计，让学生比较充分地探究软件与硬件结合的乐趣。经过一学期的学习，学生将具备基础的电学知识、传感器使用和Python入门编程能力。

课程培养目标

（1）熟悉Micro：bit控制板的使用，学会利用编程控制其自带的传感器进行项目实现，具备使用图形化编程语言独立进行项目开发的能力；

（2）学会用类Python语言实现对Micro：bit控制板进行编程开发；

（3）能用类Python语言对Micro：bit板的硬件接口和外接电路进行控制；

（4）能灵活运用变量、函数、分支、循环等高阶控制指令在Micro：bit板上进行简单游戏设计；

（5）具备基础的硬件电路和传感器知识，能设计简单的电路功能，为Arduino等课程奠定技术基础。

课程内容

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3.mBot机器人

mBot机器人课程是上海中学国际部针对5～6年级学生开设的一门科创选修课。这门课程的教学主要采用mBot机器人和其相应配套的软件mBlock来进行。mBot是一款学习机械、电子和编程的STEAM教育产品。作为机器人入门套件，它遵循兼容开放的设计原则，可以自由DIY和更好地实现创意。其结构上保留有各种安装孔，便于DIY和扩展。主控板兼容开源硬件Arduino，自带蜂鸣器、光线传感器、彩色LED等各种模块，4个扩展接口可以外接其他电子模块。该产品支持图形化编程，编程软件mBlock基于Scratch开发，用图形化编程的方式非常适合学生上手。

这门课程的教学主要分为硬件与软件两个方面。硬件方面，学生主要围绕机械和电子入门相关知识及技能展开学习，主要包括mBot机器人的拼装，各类传感器的功能与应用，及机器人各类结构件的使用。软件方面，学生将学习如何在mBlock平台下对机器人进行编程。由于我校在4年级的IT课程中已经开展了Scratch编程的教学，mBot机器人的课程能很好地和4年级的IT课程进行衔接，且让学生的编程能力得到巩固和提升。

课程培养目标

（1）让学生学会借助mBot机器人及其他金属构件搭建高性能的机械结构或者独一无二的机器人，将脑中的奇思妙想变成实物；

（2）通过与mBot配套的各种基础性传感器的学习，了解各类传感器的功能及应用，为后续开源硬件如Arduino的学习打下基础；

（3）通过图形化编程的学习为后续其他编程语言，例如Python的学习打下基础。

课程内容

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4.3D创意空间

3D打印技术兴起之后，得到各个行业的关注，被运用于医疗、科研、艺术、设计、制造等多个领域，学习3D打印相关知识与技能对于今后想要进入这些领域从事相关工作的学生而言将会有所帮助。

3D创意空间课程面向国际部6至8年级学生，课程侧重于3D打印的应用。对于3D打印的应用者而言，就是使用3D打印机打印出自己设计好的模型，而应用者在这一过程中的主要工作就是设计三维模型，所以课程的主要内容是学习计算机建模的方法与技巧，同时也要了解3D打印机的工作原理和使用方法。这一课程配备了性能良好的台式计算机，足以运行专业建模软件，此外还有数台3D打印机供学生观摩和使用。

课程培养目标

（1）培养空间想象力。不论是将实物模型化还是创造性建模，都需要良好的空间想象力。通过三维建模软件多练习、多观察有助于这一能力的提高；

（2）了解3D打印技术的原理与运用。在了解原理后使用3D打印机，可以设计出更加合理、适合打印的模型。了解3D打印技术也可以为有兴趣进行3D打印技术开发的学生做铺垫；

（3）了解三维建模软件的基本建模方法与软件分类。市面上有多种建模软件，它们有不同的应用领域，使用不同的建模方法。了解不同的建模方法，可以让学生对建模软件有更多认识，依据目标的不同选取相应软件，而不是局限于某一类软件或是某一款软件；

（4）掌握一至两款建模软件的基础使用方法，制作简单模型。建模软件与3D打印机都是工具，能熟练使用工具才能将脑海中的创意实现。学习工程方向与艺术方向的软件各一，可以使学生在之后依据兴趣走不同的发展方向。

课程内容

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5.K’Nex机械搭建

K’Nex机械搭建是我校面向7至8年级学生开设的一门科创课程。该课程采用K’Nex建构积木和配套的人工智能套件，引导学生利用工程学原理设计并动手搭建富有挑战性和趣味性的模型。通过本课程的学习，学生不仅可以学到动力机械、结构与力、智能控制、传感器、图形化编程等领域的基础知识和基本技能，还有大量发挥想象和创造力、动手实践、合作解决问题的机会。

由于K’Nex模型主要通过雪花片、杆等组件之间咬合或嵌入来连接，环环相扣，一处不合理的拼搭可能导致整个模型搭建的失败，非常能锻炼学生的系统思维能力和百折不挠的毅力。此外，这种连接方式可以搭建体积较大且易观察的模型。对于孩子们而言，还有什么能够比和小伙伴亲手搭建一个比自己还高大且能动的机械模型（如摩天轮等）更有成就感的事呢？

课程培养目标

（1）通过简单与复杂立体模型的搭建，培养3D空间想象与造型能力，探索结构“形”与“力”的互动和内在联系，有助于数学（几何）和物理（机械）等常规学术课程的学习；

（2）学习杠杆、齿轮、滑轮、轮轴和斜面等简单机械的特点与应用，通过大量与日常生活密切相关机械模型的搭建，培养传动结构的设计与搭建能力。这些能力与项目经历同样有助于学生学习LEGO机器人和VEX机器人等课程；

（3）课程还提供给学生基于K’Nex配套的人工智能套件和图形化编程平台，结合触碰、红外线等传感器和数控马达、灯光等模块，设计并搭建具有交互性的数控模型，为后续学习开源硬件和图形化编程打下基础。

课程内容

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6.LEGO机器人

LEGO机器人课程面向国际部6至8年级学生，使用LEGO器材开展基于乐高教育的科学探究与机器人试验课程，课程内容包括了结构与力、简单机械、动力机械等活动案例和机器人活动。在每一个活动里，我们向活动小组成员提出挑战任务，给他们能够创造出自己解决方案的工具，学生们亲自动手制作与日常生活密切相关的模型，建立对相关基础知识、原理的认识与理解，体验实践成功后的喜悦和兴奋。在解决问题的过程中，学生的创造力、合作能力、交流能力和获取新知识的能力等得到培养。

课程培养目标

（1）LEGO机器人课程是学生们培养并展示自身科学与技术技能的一种极具激励性和吸引力的方式。这些活动和竞赛可以帮助学生们培养合作、协作和团队配合能力，而这些技能有助于应对日益变化的人才需求；

（2）LEGO机器人课程使用LEGO器材，以拼搭方式完成，以生活中常见的结构为主，为工业设计制作打下基础，直观的图形化编程，适合新手或者对程序不熟悉的同学；

（3）LEGO机器人课程可以和VEX课程衔接，VEX课程的搭建使用螺丝螺帽固定，实用性更强。

课程内容

1.结构篇（建议使用乐高9 686套装）

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（续表）(www.xing528.com)

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2.程序篇（建议使用乐高®MINDSTORMS®头脑风暴教育EV3机器人核心套装）

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7.电子技术

电子技术课程是一门针对6至7年级学生开放的动手实践课程。该课程主要指导学生利用电烙铁、万用表和示波器等电路仪器工具来学习基础的电路知识，并通过焊接训练提高学生的动手实践能力。本课程设置包括学习基本的电学理论知识和电路模块设计。通过课程学习，学生能够熟练掌握电子技术理论，将理论知识与电路模块的实际操作相结合。学生将学习电阻器、电容器、光敏电阻器、LED、晶体管、扬声器、激光器和一些芯片的基本原理，并通过焊接制作相应的电路功能模块来学以致用。同时，学生在制作电路模块的过程中，通过对电路模块进行测试和修复，更近一步夯实其电学知识。经过一学期的学习，学生的动手实践能力、焊接技术和电路知识都会快速发展。

课程培养目标

（1）提高学生电学知识，让学生提前感受物理中电学的奥秘，增加学生对电学的学习兴趣；

（2）掌握娴熟的电路焊接技巧和电路测试技术，提高学生动手能力；

（3）掌握多种传感器的电路原理，并且具备利用传感器和普通电路设计制作出一定功能的电路模块的能力；

（4）提高学生团队合作意识和用电安全意识。

课程内容

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8.Mixly编程魔盒

Mixly编程魔盒是针对6至7年级学生开设的一门软硬件结合的科创课程。该课程采用Mixly软件进行图形化编程学习和激光切割机进行结构件的设计制作。学生可以通过Mixly软件，学习控制Arduino控制板，再通过六个不同场景的搭建和对结构件的综合分析，进行多角度整体规划，改造并创造出设计新颖和更符合人类审美要求的产品，架起技术与艺术之间的桥梁。使用图形化编程软件，让学生不必花费过多的精力学习编程，可以更专注于程序设计的逻辑思考，实现自己的编程意图。通过Mixly编程魔盒课程的学习，可以启迪和培养他们对程序设计及产品设计的兴趣与爱好。把每一位学生的想法用产品化的思维制作出来。经过一学期的学习，他们会使用Mixly软件进行编程控制Arduino控制板和激光切割机的使用，同时，也具备了一定的工程设计能力。

课程培养目标

（1）掌握mixly图形化编程软件，掌握传感器的基本原理和相关知识，能够熟练运用mixly编程软件，锻炼程序设计的逻辑思考，结合不同场景，完成不同的智能硬件控制；

（2）能够对产品结构件进行改造设计，替换原有结构件，协作式的设计新的场景，探究电子元器件的创作性，使每个作品更加产品化。

课程内容

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9.Arduino机器人

Arduino机器人课程是针对7至8年级学生开设的一门科创课程。Arduino机器人课程是一门软硬件结合的课程，学生经过一学期的学习，既能掌握基础的C语言编程能力，也懂得Arduino开源电路板和各式传感器的原理与电路逻辑，非常适合有一定电路知识和编程基础的学生学习。该课程主要采用项目式学习的方式，每位学生配备有一台装有Arduino开发编译环境的电脑、一整套Arduino电路板和各式传感器。前半学期的课程主要由教师主导，对学生进行基本电路知识和编程知识的教授，他们再按照教材案例去实现每个传感器的基本功能。后半学期由于学生掌握了基本的Arduino编程和传感器使用，开始根据项目进行自主探索，利用各种传感器和编程技巧完成项目。

课程培养目标

（1）学生熟练掌握Arduino IDE的使用，熟悉C＋＋编程语言的使用；

（2）了解各类常见传感器的基本原理，熟悉常见传感器的使用；

（3）熟悉Arduino控制板各接口的使用特性，熟悉多接口联合编程；

（4）能理论联系实际，利用Arduino控制板做出解决生活中问题的项目装置。

课程内容

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10.移动设备编程

移动编程是我校针对7至8年级学生的一门科创课程。该课程采用MIT APPInventor可视化积木式模块化编程教学方式，让学生体验安卓系统中手机APP的设计、开发和部署这一完整过程。在用APPInventor进行开发时，每一位学生自己就是导演和主角，他们可按自己的意愿设计页面布局及剧本场景，并对各个角色具体描述特定属性，如图形、位置、定时器、声音、传感器、数据库等。当完成场景和角色的设定后，进一步考虑各个组件间的关联，让角色展示出其效果。通过这门课程的学习，学生可以自主设计和开发有趣的，或者满足个性化需求带有特定功能的手机APP。

课程培养目标

（1）在移动编程基础知识和技能的学习过程中，以图形化编程这种方式让学生轻松、愉快地体验移动编程的过程，为今后深入学习移动互联网应用软件的开发奠定基础；

（2）让学生在移动编程这门课程中，通过一个个项目的实践，体验产品开发的真实过程，即从好创意到好产品不是一蹴而就的，而是要经历好创意，半成品，新想法，再完善，新作品……在不断重复的过程中，在不断的生成问题和解决问题的过程中，学生体验了软件产品开发中敏捷开放的思想；

（3）让学生在移动编程项目式学习过程中，亲身经历提出问题、分析问题并解决问题的过程，体验软件工程的思想，锻炼项目管理的能力，对学生今后的发展形成职业链接。

课程内容

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11.VEX机器人

VEX机器人是针对7至8年级学生开设的一门科创课程，上课形式主要采取课后社团的形式。VEX机器人是由美国NASA，亚洲机器人联盟，特斯拉等公司大力支持的机器人项目。学生根据使用VEX公司生产的金属机械结构件、马达、传感器和控制器等，发挥自己的创意，创造出自己的机器人。在VEX机器人课程中，学生以团队为单位进行学习活动，在团队中拥有不同的分工，有搭建手、程序员及操控手三个主要的发展方向。在课程内容上，教师介绍引入多种多样的机器人结构，锻炼提高学生的动手能力及搭建技巧。在完成机器人的搭建后，搭载配套的机器人程序，使得机器人能够通过遥控的控制进行运作。最后通过内部的比赛对抗，反馈机器人或程序上的不足，团队再进行机器人的修改优化。学期结束后，学生可具备较强的机械硬件搭建能力和编程能力，以及出色的操控能力。

课程培养目标

（1）VEX机器人课程通过动手搭建、电脑编程和机器操控三个方面，培养学生独立思考的能力；

（2）培养解决问题的能力和团队协作的能力，引导学生通过团队合作制作出合格的VEX赛事机器人；

（3）培养学生独立对机器人进行优化，具备参加VEX国际赛事的能力。

课程内容

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12.智能驾驶与机器视觉

智能驾驶与机器视觉是针对7至8年级学生开设的一门集机器视觉和Python编程为一体的科创课程。该课程主要用到基于树莓派的Ubuntu系统、带激光雷达的四驱小车和OpenCV机器视觉库。随着人工智能技术的兴起，机器正变得越来越强大，无人驾驶汽车也出现在了街头，该课程正是带领学生体验电脑如何认识它眼中的画面以及机器视觉与人类视觉有什么异同，研究神经网络究竟是如何学习并且指挥汽车做出判断的。学生将从基本的计算机图像原理出发，借助目前机器学习最常用的Python语言与OpenCV开源框架，学习机器视觉的秘密，并借助流行的机器人ROS系统，从入门到制造一辆视觉导航的机器小车。经过一学期的学习之后，学生能熟练掌握Python编程，OpenCV的使用技巧和常用算法，并能独自进行机器视觉研究的能力。

课程培养目标

（1）学生感知机器视觉在生活中的应用，了解机器视觉对生活的影响；

（2）学生能熟练使用Python语言进行编程；

（3）学生通过项目式学习更加深入了解Python的OpenCV库。

课程内容

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13.数字化减材制造

数字化减材制造是我校面向7至8年级学生开设的一门科创选修课。该课程通过一个个兼具实用性和艺术性的作品的设计与制作，学习激光切割机和数控铣床（CNC）的原理和操作，以及计算机辅助设计的要领。在此过程中，学生不仅可以在潜移默化中掌握当代数字化减材制造的基本流程和技术特点，而且也能增加对各种常见材料基本特性和加工方式的理解，培养通过设计解决生活中收纳、装饰等问题的能力。

课程培养目标

（1）了解数字化制造（特别是减材制造）的常用技术分类、各自特点和基本原理，掌握激光切割机和数控铣床的基本操作流程与安全规范；

（2）通过雕刻艺术、拼插设计、机械零件制作等项目实践，熟悉CAD软件的操作界面，学习文件编辑与处理、3D模型的二维设计图绘制和尺寸标注等内容，培养空间想象能力和计算机辅助工业设计的能力；

（3）了解木材、纸板、亚克力与金属等材料的基本特性和加工方式，能根据项目的特点选择合适的材料以及加工方式。

课程内容

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