【跨学科实践(国防科技+编程教育：小学信息技术融合创新实践)】

【跨学科实践】国防科技+编程教育：小学信息技术融合创新实践

摘要

传统国防教育形式单一，难以激发小学生兴趣。本文以小学信息技术课程为载体，将Scratch、Python、C++编程工具与3D One建模软件，与国防科技知识深度融合，通过“保卫地球”“国防装备设计”等主题实践，实现“知识学习、能力培养、价值引领”三位一体的育人目标，为小学跨学科融合教学提供可参考的路径。

一、融合背景：以科技为桥，让国防教育“活”起来

在新时代国防教育与素质教育深度融合的背景下，传统国防教育多以理论宣讲、知识竞赛为主，缺乏实践性与趣味性。而编程与3D设计作为小学信息技术的核心内容，具备可视化、可操作的特点，恰好能为国防教育提供实践载体。

本文立足小学信息技术教学实际，探索将Scratch、Python、C++等编程工具与3D One建模软件，与国防科技知识融合，让学生在编写代码、搭建模型的过程中，既掌握信息技术技能，又了解国防装备原理、树立科技报国信念。

二、融合路径：四大工具+国防主题，打造沉浸式实践课堂

（一）Scratch图形化编程：趣味场景中渗透国防意识

主题：Scratch保卫地球

针对小学中低年级学生，以“抵御外星入侵、守护地球家园”为国防主题，设计图形化编程实践，核心任务如下：

1. 场景搭建：绘制地球、太空背景，设计敌机、激光炮、拦截导弹等角色，融入“国土防御”视觉元素；

2. 逻辑编程：设置敌机随机入侵路径（坐标移动、重复执行指令），编写武器发射逻辑（按键触发、条件判断实现精准打击）；

scratch

// 敌机随机移动示例代码（Scratch积木块逻辑）

当绿旗被点击

重复执行

  移到 x:(随机数 -240 到 240) y:200

  重复执行直到 y < -200

    将y坐标增加 -5

    等待 0.1 秒

  结束

3. 规则设计：添加计分系统（击中敌机加分、地球被击中扣分）与关卡进阶（后续关卡敌机速度/数量提升）。

通过该实践，学生可掌握坐标定位、循环结构等编程知识，同时在沉浸式体验中树立“保卫家园”的国防观念。

（二）Python编程：人工智能赋能国防应用探索

主题：Python制作国防侦察机器人

面向小学高年级学生，结合Python与人工智能技术，聚焦“国防侦察”场景，核心任务如下：

1. 硬件适配：搭配红外传感器、摄像头模块，搭建“侦察、巡逻、避障”功能的机器人硬件框架；

2. 代码实现：用OpenCV实现可疑目标识别，编写语音巡逻指令，通过避障算法（超声波测距+条件判断）模拟战场移动；

python

# 侦察机器人避障示例代码（简化版）

import RPi.GPIO as GPIO

import time

# 超声波引脚定义

TRIG = 23

ECHO = 24

def measure_distance():

    GPIO.output(TRIG, True)

    time.sleep(0.00001)

    GPIO.output(TRIG, False)

    while GPIO.input(ECHO) == 0:

        start_time = time.time()

    while GPIO.input(ECHO) == 1:

        end_time = time.time()

    distance = (end_time - start_time) * 34300 / 2

    return distance

# 主逻辑：距离小于30cm则转向

if __name__ == "__main__":

    GPIO.setmode(GPIO.BCM)

    GPIO.setup(TRIG, GPIO.OUT)

    GPIO.setup(ECHO, GPIO.IN)

    try:

        while True:

            dist = measure_distance()

            if dist < 30:

                print("发现障碍，转向！")

                # 此处添加电机转向代码

            time.sleep(0.5)

    finally:

        GPIO.cleanup()

3. 场景测试：设置“边境巡逻”模拟场景，让机器人自主避障、识别目标并反馈信号。

（三）C++编程：硬核代码构建国防主题游戏

主题：C++编写国防对战游戏

针对有编程基础的小学高年级学生，以“阵地防御、装备对战”为核心，核心任务如下：

1. 游戏架构设计：规划“坦克对战”“阵地防御”模式，定义敌我角色属性（血量、攻击力）与装备功能（炮弹发射、护盾）；

2. 核心代码编写：用循环实现游戏帧刷新，函数封装炮弹弹道计算，指针与数组管理关卡数据；

3. 交互优化：添加键盘操控、音效反馈、游戏存档功能。

（四）3D One建模：精准还原国防装备构造

主题：3D One设计国防装备（导弹+多功能战车）

结合国防装备知识，开展建模实践：

1. 导弹模型设计：参考真实导弹结构（弹头、弹体、尾翼），用拉伸、旋转工具还原外观，添加制导系统接口等细节；

2. 多功能战车设计：设计“侦察+防御+攻击”战车，添加旋转炮塔、防弹装甲、雷达装置，鼓励学生创新“无人操控”“应急救援”模块。

三、融合成效：技能与素养双提升

1. 信息技术技能显著提升：学生分层掌握Scratch图形化编程、Python AI应用、C++代码编写、3D One建模等技能，部分作品在市级竞赛中获奖；

2. 国防科技素养全面深化：学生了解导弹、战车等装备原理，知晓AI与编程在国防中的应用，打破对国防科技的“陌生感”；

3. 价值引领成效凸显：激发爱国情怀与责任担当，实现国防教育从“被动接受”到“主动践行”的转变。

四、教学反思与未来展望

（一）反思与优化

- 分层教学：针对不同年级/基础的学生，设计差异化任务（低年级侧重Scratch趣味场景，高年级侧重Python AI与C++编程）；

- 跨学科联动：与道德与法治、科学课联动，补充国防知识与物理原理；

- 成果展示：搭建校园“国防科技+编程”作品展示平台，扩大影响力。

（二）未来规划

1. 拓展国防主题（如“海洋防御”“太空守护”）；

2. 结合Arduino等开源硬件，实现“编程+建模+硬件控制”全链条实践；

3. 打造校本课程体系，形成可复制、可推广的教学模式。

参考资料

[1] 教育部.义务教育信息技术课程标准（2022年版）[S].北京：北京师范大学出版社，2022.

[2] 广东省教育厅.广东省国防教育特色学校建设指南[Z].2023.

[3] 王艺潼.编程教育与跨学科融合的教学实践研究[J].中国教育技术装备，2023(12)：89-91.

[4] 李刚.小学3D打印与国防教育融合的路径探索[J].中小学信息技术教育，2024(3)：76-78.