基于Arduino創(chuàng)新力培養(yǎng)課堂教學(xué)模式研究

丁飛

【摘 要】Arduino進(jìn)入課堂教學(xué)標(biāo)志著信息技術(shù)創(chuàng)新力培養(yǎng)教育新時代的到來。學(xué)生通過邊動手、邊體驗、邊思考、邊學(xué)習(xí)的全新方式自主學(xué)習(xí)探究，通過Arduino學(xué)習(xí)體驗智能生活。筆者通過實踐總結(jié)出以微視頻引導(dǎo)學(xué)生體驗，以問題解決帶領(lǐng)學(xué)生深入研究，以分組作品為實訓(xùn)成果三種課堂教學(xué)模式來架構(gòu)Arduino創(chuàng)新力培養(yǎng)課堂教學(xué)。讓創(chuàng)新力培養(yǎng)成為信息技術(shù)課堂教學(xué)主旋律，并伴隨著學(xué)生的興趣愛好走出課堂。

【關(guān)鍵詞】創(chuàng)新力培養(yǎng)；教學(xué)模式；Arduino

【中圖分類號】G434 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A

【論文編號】1671-7384（2015）07-0067-03

問題的提出

“互聯(lián)網(wǎng)+”時代已到來，智能成為這個時代的主旋律。隨著智能化的深入發(fā)展，創(chuàng)新成為當(dāng)下社會倡導(dǎo)的主題。同樣，創(chuàng)新力培養(yǎng)一直是中小學(xué)信息技術(shù)基礎(chǔ)教育的核心目標(biāo)，即創(chuàng)造性地解決問題的能力、批判性反思的能力、團(tuán)結(jié)協(xié)作的能力等[1]。在江蘇省中小學(xué)信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)中明確指出，課程是為增強(qiáng)國家自主創(chuàng)新、建設(shè)創(chuàng)新國家需要而開設(shè)的。

近年來，中小學(xué)信息技術(shù)課堂教學(xué)形式與內(nèi)容也悄然開始變革。機(jī)器人開始走下神壇，進(jìn)入中小學(xué)課堂。教師本身對智能、開源技術(shù)、開源文化、創(chuàng)新力培養(yǎng)還沒有深入研究，現(xiàn)在卻需要在課堂教學(xué)中使用，給我們的教育教學(xué)帶來很大挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)教學(xué)觀念、師生角色、教學(xué)模式在實踐教學(xué)中均出現(xiàn)瓶頸。

首先，學(xué)生對于開源都充滿好奇，傳統(tǒng)的尊師守道、課堂宣講式教學(xué)模式，并不能讓學(xué)生放開手腳。心理的抑制會影響到學(xué)生的創(chuàng)新力，教學(xué)結(jié)果可能會與課程創(chuàng)設(shè)宗旨相背離。其次，學(xué)生活動套用應(yīng)試教育模式，除了模仿教師操作還是模仿。課程的策略、流程、活動、任務(wù)、評價過于刻板。與開源文化所體現(xiàn)的自由、分享、創(chuàng)新理念格格不入。沒有足夠的資源，學(xué)生無法主動探索、歸納總結(jié)與拓展。課堂教學(xué)策略單一，當(dāng)學(xué)生有疑問時，演示其正確流程，忽視了對其內(nèi)在基本原理的探討。學(xué)生的認(rèn)識水平不得能到很好的提升，學(xué)生的創(chuàng)新力培養(yǎng)得不到正確的引導(dǎo)。

開源硬件Arduino

開源硬件是如同開放源碼一樣的方式開放電子硬件制造方法。開源硬件以Arduino最具代表性。形成全球性的Arduino熱潮。其背后是一幫熱愛技術(shù)的創(chuàng)客在為大家奉獻(xiàn)[2]。隨著Arduino的深入推進(jìn)，形成了當(dāng)下的開源文化，即自由、分享、創(chuàng)新。

Arduino背后所倡導(dǎo)的開源文化正是中小學(xué)信息技術(shù)基礎(chǔ)教育所提倡的，首先是簡單、價格便宜。其次是多樣的擴(kuò)展、開放，Arduino真正實現(xiàn)了便宜的開源硬件，能夠讓普通大眾可以在家動手組合自己的創(chuàng)意。

在融入中小學(xué)信息技術(shù)課堂教學(xué)之前，首先我們必須以Arduino體現(xiàn)出的開源文化特點去重構(gòu)傳統(tǒng)教學(xué)模式，才能讓技術(shù)素養(yǎng)教育真正提升學(xué)生的創(chuàng)新力。

創(chuàng)新力培養(yǎng)的現(xiàn)狀

創(chuàng)新已成為中國制造2.0時代倡導(dǎo)的主題，不僅需要思維上的創(chuàng)新，更需要實踐、能力上的創(chuàng)新?；A(chǔ)教育創(chuàng)新力培養(yǎng)卻一直很難“落地”。

1. 資源的限制

一次高中課堂調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，由于高中應(yīng)試需要，學(xué)校教學(xué)實驗資源有限，信息技術(shù)課已成為唯一學(xué)生能動手的課。也正是這種教育投入的不對稱性，更需要我們將信息技術(shù)課堂創(chuàng)新力培養(yǎng)真正落到實處。

2. 傳統(tǒng)的“師道尊嚴(yán)”的思想影響深遠(yuǎn)

“師道尊嚴(yán)”的意識形態(tài)，將教師作為教學(xué)主體，表現(xiàn)出價值觀、社會觀、意識形態(tài)的傳播者，而忽視了學(xué)生客體社會性、主觀能動性、自覺性。學(xué)生客體心理不能“釋然”，創(chuàng)新力更是無從談起。

3. 課堂準(zhǔn)備不充分

創(chuàng)新力培養(yǎng)需要對課堂進(jìn)行正確的引導(dǎo)與靈活的把控。當(dāng)學(xué)生遇到問題時，學(xué)習(xí)資源與輔助手段不足時，學(xué)生則無法自主構(gòu)建、探索、分析、歸類解決問題。完整的教學(xué)資源有助于學(xué)生創(chuàng)新地解決問題，使得學(xué)生學(xué)在課堂習(xí)在課外。

基于Arduino創(chuàng)新力培養(yǎng)的課堂教學(xué)

1. Arduino創(chuàng)新力培養(yǎng)與信息技術(shù)課堂教學(xué)模式的構(gòu)建策略

（1） 教學(xué)設(shè)計以Arduino體現(xiàn)出的創(chuàng)新性為基礎(chǔ)

首先，Arduino出現(xiàn)之前中小學(xué)信息技術(shù)教育中已出現(xiàn)了類似教學(xué)輔助套件，如電子積木。但是昂貴的價格限制了教學(xué)與DIY。隨著社會發(fā)展，2005年Arduino的誕生讓所有愛動手的DIY創(chuàng)客都能夠真正可以在學(xué)校和家中自由組裝、改裝自己的創(chuàng)意作品。Arduino文化的根源就是大眾創(chuàng)新的理念。中小學(xué)信息技術(shù)課堂教學(xué)策略應(yīng)充分利用Arduino的創(chuàng)新性特點，將課堂的教學(xué)與課外娛樂緊密結(jié)合。將Arduino的創(chuàng)新精神，通過課堂動手習(xí)得經(jīng)驗，課外娛樂鞏固再創(chuàng)新。

（2）教學(xué)設(shè)計中以設(shè)計學(xué)生互動體驗為本的模式策略

Arduino的學(xué)習(xí)體驗感很強(qiáng)，教學(xué)活動設(shè)計過程中應(yīng)強(qiáng)化動手體驗的教學(xué)活動設(shè)計。中小學(xué)教育中，真正能讓學(xué)生動手的課程不多。Arduino的學(xué)習(xí)內(nèi)容包括了電子電路、圖形化編程、代碼編程等。Arduino有圖形化的編程套件，小學(xué)、初中、高中、大學(xué)不同年齡層次認(rèn)知水平的學(xué)生都可以在其中研究、學(xué)習(xí)。相對課本知識的學(xué)習(xí)，Arduino的學(xué)習(xí)體驗感更能讓學(xué)生得到全方位提升。教學(xué)模式構(gòu)建策略也應(yīng)充分兼顧學(xué)生的認(rèn)知水平，設(shè)計出不同年齡層次學(xué)生的互動體驗感。

（3） 課堂教學(xué)構(gòu)建模式要基于Arduino建構(gòu)性教學(xué)過程設(shè)計

中小學(xué)信息技術(shù)課堂必須圍繞學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展水平，以循序漸進(jìn)的方式提升學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力。比如高中信息技術(shù)基于Arduino的課堂教學(xué)以了解、動手感受、圖形編程、代碼編程、再創(chuàng)新為課程主線。課程整體的過程設(shè)計要能讓學(xué)生樂在其中，循序漸進(jìn)地自主構(gòu)建出完整的知識體系。

2. 基于Arduino創(chuàng)新力培養(yǎng)的課堂教學(xué)模式構(gòu)建

基于Arduino的特點，融入中小學(xué)信息技術(shù)課堂教學(xué)需要有特色的教學(xué)模式。首先，教學(xué)模式讓我們可以更加抽象地思考課堂教學(xué)設(shè)計，為課堂教學(xué)的改良提供了基礎(chǔ)。其次，教學(xué)模式為我們提供了一種可以比較的基線。讓課堂的宗旨、策略、活動、任務(wù)、評價在不同教學(xué)模式下可以進(jìn)行一定的比較。最終，創(chuàng)新力培養(yǎng)的教學(xué)模式能影響到學(xué)生的習(xí)得模式與創(chuàng)新力。

（1）微視頻替代模式

傳統(tǒng)的教師演示、學(xué)生練習(xí)并不能充分提高學(xué)生課堂參與積極性。學(xué)生在體驗過程中出現(xiàn)問題就必須要向老師提問。課堂教學(xué)中一位教師面向多名學(xué)生時，教師就無法同時與多名學(xué)生溝通。Arduino套件包括紅外線、超聲波、電動馬達(dá)、發(fā)光二級管等完全不同的組合與功能，可以將傳統(tǒng)的課堂演練細(xì)化為每件不超過5分鐘的自制微視頻。

首先，將選擇權(quán)還給學(xué)生，學(xué)生可以查看索引文字，選擇自己喜歡的功能實驗。其次，讓每位學(xué)生都參與進(jìn)來，自主學(xué)習(xí)建構(gòu)知識與能力。教師在課堂教學(xué)過程中充當(dāng)引導(dǎo)者、解疑輔助人員。

微視頻必須包括四個層面的內(nèi)容，首先是Arduino的基礎(chǔ)概要，其次是Arduino實驗微視頻，再次是Arduino疑難解答視頻，最后是Arduino深入原理。

微視頻替代模式的優(yōu)缺點：其一，視頻教學(xué)內(nèi)容相比課堂教學(xué)有著鮮明的特點，人與人的情感溝通被淡化。并且微視頻在自主學(xué)習(xí)方式中處于主導(dǎo)地位，通過這種方式讓學(xué)生們體驗與適應(yīng)視頻教學(xué)的方式，為自主創(chuàng)新打開自由之門。其二，視頻教學(xué)是以資源為中心，學(xué)生可以打斷，重復(fù)學(xué)習(xí)，中途改學(xué)其他內(nèi)容。需要學(xué)生有主見，微視頻學(xué)習(xí)因為沒有人管制學(xué)習(xí)過程，學(xué)生要有很好的自制力并付出行動。其三，微視頻真正實現(xiàn)了同一課堂教學(xué)，不同的學(xué)生可以以不同的速度、不同層次學(xué)習(xí)同一主題的內(nèi)容。結(jié)合課堂評價環(huán)節(jié)很能激發(fā)出學(xué)生的創(chuàng)新熱情。

（2）分組作品模式

傳統(tǒng)教育教學(xué)以分?jǐn)?shù)衡量學(xué)生的知識學(xué)習(xí)情況，忽略了學(xué)生間的團(tuán)隊內(nèi)合作能力與團(tuán)隊間競爭力的培養(yǎng)。學(xué)生在學(xué)習(xí)了Arduino基本元件組裝、基本操作實驗后，可以在已知基礎(chǔ)上進(jìn)行二次創(chuàng)新，最終以作品形式參加最后的綜合評定。綜合評定為優(yōu)的團(tuán)隊之間還需要進(jìn)行自評，上臺講解自己的創(chuàng)新心得，鼓勵所有團(tuán)隊的成員協(xié)作分工，不斷進(jìn)取努力。

首先，教師規(guī)定團(tuán)隊的構(gòu)成成員以4-6人為宜。團(tuán)隊人數(shù)太多導(dǎo)致部分學(xué)生無法有效動手體驗，團(tuán)隊人太少導(dǎo)致學(xué)生的作品過多，評價環(huán)節(jié)不能給學(xué)生充足的時間自評。其次，鼓勵團(tuán)隊內(nèi)選出隊長、技術(shù)總監(jiān)、藝術(shù)總監(jiān)、團(tuán)隊首席發(fā)言人、線人。隊長負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)，技術(shù)總監(jiān)解決技術(shù)的關(guān)鍵問題，需要課前做前期準(zhǔn)備。藝術(shù)總監(jiān)對團(tuán)隊的方案做修正做到簡單、美觀、大方。團(tuán)隊發(fā)言人必須在團(tuán)隊完成中寫出發(fā)言稿并在自評環(huán)節(jié)上臺發(fā)言。線人負(fù)責(zé)打探各團(tuán)隊之間的進(jìn)度，對同質(zhì)的作品要試圖改進(jìn)，避免與其他團(tuán)隊一模一樣的作品，并且了解其他團(tuán)隊的創(chuàng)意來改進(jìn)自己的作品。Arduino現(xiàn)已有上百種不同的擴(kuò)展模塊，有足夠的空間讓學(xué)生施展。

分組作品式課堂教學(xué)模式，主要將課堂的主導(dǎo)權(quán)下發(fā)給了每個團(tuán)隊。因此，實踐教學(xué)中團(tuán)隊的協(xié)作力與隊長的協(xié)調(diào)力直接影響到團(tuán)隊作品的結(jié)果。團(tuán)隊中的技術(shù)總監(jiān)成為動手組裝的主力，其他人員從不同角度協(xié)作完成作品。線人的引入活躍了課堂氣氛也反向激勵團(tuán)隊必須要創(chuàng)新，否則發(fā)言人的報告沒有亮點。分組作品式最接近現(xiàn)實社會生活，對學(xué)生各方面素質(zhì)要求較高。

（3）問題解決模式

不管是Arduino的體驗，還是團(tuán)隊實驗，教學(xué)中會遇到諸多問題。有的來自學(xué)生的基礎(chǔ)素養(yǎng)不足，有的來自學(xué)生的體驗實踐不足，知識的儲備不足等。問題的解決本身就是一種創(chuàng)新。

課前先準(zhǔn)備好若干項作品，每個作品預(yù)設(shè)1-3個不等的問題在其中，有線路方面的，有軟件設(shè)計方面的錯誤。學(xué)生需要利用現(xiàn)有的教學(xué)資源，改正錯誤并能呈現(xiàn)出目標(biāo)效果，最終在規(guī)定的時間內(nèi)提交一份問題解決報告。內(nèi)容包括問題陳述、原理、解決辦法、小結(jié)。

三種教學(xué)模式體現(xiàn)出基于Arduino創(chuàng)新力培養(yǎng)目標(biāo)與方向差異，我們無法評價哪種模式好、哪種模式不好。教學(xué)實踐證明三種教學(xué)模式存在互補(bǔ)性，并且能客觀針對學(xué)生不同的學(xué)習(xí)階段，教師可以據(jù)實情選用不同的模式。如學(xué)生首次接觸，比較適合選用微視頻替代模式，學(xué)生自主學(xué)習(xí)體驗。在課程的中期，通過問題解決模式強(qiáng)化學(xué)生對概念與原理的深入學(xué)習(xí)。課程后期，通過分組作品模式激發(fā)學(xué)生的團(tuán)隊創(chuàng)新力。

結(jié)束語

基于Arduino課堂創(chuàng)新力培養(yǎng)的教學(xué)模式對信息技術(shù)課程提出了新要求。模式只是曾經(jīng)成功的典范，并不代表適用于以后的課程教學(xué)。我們?nèi)孕枰粩嚅_拓，不斷進(jìn)取，去發(fā)現(xiàn)、探索新的教學(xué)模式以適應(yīng)時代要求。

（作者單位：江蘇南通市平潮高級中學(xué)）