Arduino在通用技術(shù)教學(xué)中的應(yīng)用研究

孟憲超

摘 要 2017年教育部頒布了通用技術(shù)學(xué)科新的課程標(biāo)準(zhǔn)，課標(biāo)定義了五個(gè)核心素養(yǎng)，分別是技術(shù)意識(shí)、工程思維、創(chuàng)新設(shè)計(jì)、圖樣表達(dá)、物化能力；五個(gè)核心素養(yǎng)的設(shè)定意味著通用技術(shù)課程上課內(nèi)容和形式都需要做出相應(yīng)的改變，通用技術(shù)是一門立足實(shí)踐、注重創(chuàng)造、體現(xiàn)科技與人文相統(tǒng)一的課程，它的學(xué)習(xí)過程是同學(xué)們主動(dòng)建構(gòu)知識(shí)，不斷拓展內(nèi)力的課程；脫離實(shí)踐，僅僅依靠課件和多媒體是沒有辦法上好課的。

關(guān)鍵詞Arduino；通用技術(shù)

中圖分類號(hào)：A，TB4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1002-7661（2018）29-0197-01

一、Arduino特點(diǎn)介紹

Arduino是一款便捷靈活、方便上手的開源電子原型平臺(tái)。包含硬件（各種型號(hào)的Arduino板）和軟件（ArduinoIDE）。硬件部分是可以用來做電路連接的Arduino電路板；另外一個(gè)則是ArduinoIDE，他是計(jì)算機(jī)中的程序開發(fā)環(huán)境。用戶在IDE中編寫程序代碼，將程序上傳到Arduino電路板后，程序就會(huì)在硬件上運(yùn)行。Arduino能通過各種各樣的傳感器來感知環(huán)境，并通過控制燈光、馬達(dá)和輸出聲音等裝置來反饋、影響環(huán)境，再加上arduino不僅源代碼開放，硬件也容許復(fù)制，這使其價(jià)格低廉，在學(xué)生創(chuàng)客團(tuán)隊(duì)中很受歡迎。

二、Arduino作為通用技術(shù)教學(xué)載體的優(yōu)勢(shì)

（一）將Arduino應(yīng)用于通用技術(shù)課堂符合新課程標(biāo)準(zhǔn)的要求

新的義務(wù)教學(xué)段的課程標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布以后，通用技術(shù)課如何上，用什么上成為了我們通用技術(shù)教師思考的一個(gè)問題，新課程標(biāo)準(zhǔn)的核心內(nèi)容是培養(yǎng)學(xué)生的技術(shù)素養(yǎng)，以設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)、操作學(xué)習(xí)為主要特征，通用技術(shù)立足時(shí)間、注重創(chuàng)造、體現(xiàn)科技與人文相統(tǒng)一的課程。

（二）多元的知識(shí)內(nèi)容豐富了通用技術(shù)教育內(nèi)容

目前，我們學(xué)校的通用技術(shù)教育內(nèi)容過于單一，大多都是以技能學(xué)習(xí)和工具操作配合課本知識(shí)點(diǎn)來進(jìn)行教學(xué)。通用技術(shù)實(shí)踐內(nèi)容大多為傳統(tǒng)金工木工工藝為主等，缺少一個(gè)載體可以將控制環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、程序設(shè)計(jì)、三維設(shè)計(jì)、工具使用等多方面的知識(shí)串聯(lián)起來。不能充分挖掘?qū)W生的創(chuàng)新能力，物化能力和圖樣表達(dá)能力。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，依靠Arduino單片機(jī)的強(qiáng)大功能，學(xué)生可以創(chuàng)造出各種各樣具有實(shí)用價(jià)值的新產(chǎn)品，使通用技術(shù)教育跟上時(shí)代步伐。

（三）開展創(chuàng)新實(shí)踐活動(dòng)可以提高動(dòng)手能力、提高創(chuàng)新能力

用Arduino開發(fā)產(chǎn)品不只培養(yǎng)編程能力，還能培養(yǎng)電子電路方面的制作、設(shè)計(jì)制作產(chǎn)品的能力，Arduino單片機(jī)的學(xué)習(xí)，為學(xué)生提供了實(shí)踐的機(jī)會(huì)。將實(shí)踐與創(chuàng)新相結(jié)合，注重理論和實(shí)踐的同時(shí)，將通用技術(shù)教育課程與STEM（科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)）創(chuàng)新聯(lián)系起來。通過Arduino項(xiàng)目，積極組織學(xué)生參加課題研究，承擔(dān)具體任務(wù)，在實(shí)踐中鍛煉學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、研究問題、解決問題的能力，培養(yǎng)創(chuàng)新能力。

三、基于Arduino項(xiàng)目開發(fā)的教學(xué)案例設(shè)計(jì)

本文所提供的案例為我校信息技術(shù)校本課程——簡(jiǎn)易機(jī)器人設(shè)計(jì)中的內(nèi)容。

【案例】控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)施——智能交通燈的設(shè)計(jì)（蘇教版技術(shù)與設(shè)計(jì)2第四單元第四節(jié)內(nèi)容）

1.創(chuàng)意來源、資料的搜集（引導(dǎo)學(xué)生分析學(xué)校所在的團(tuán)結(jié)路擁堵的原因）。我校位于團(tuán)結(jié)路東段毗鄰國際大巴扎，所以團(tuán)結(jié)路也是我們上學(xué)放學(xué)的必經(jīng)之路，團(tuán)結(jié)路的堵是全市聞名的，原因在于它不但早晚高峰堵有時(shí)候凌晨時(shí)分都會(huì)堵，給在這里學(xué)習(xí)生活的我們?cè)斐蛇^很多的不便，我們團(tuán)隊(duì)經(jīng)過實(shí)際考察和研究發(fā)現(xiàn)，團(tuán)結(jié)路堵車原因有以下幾點(diǎn)：

（1）a、團(tuán)結(jié)路路面狹窄，雙向四車道但沒有非機(jī)動(dòng)車道，停車條件差，造成路邊臨時(shí)停車情況嚴(yán)重。

（2）b、團(tuán)結(jié)路上學(xué)校較多，有19小、高級(jí)中學(xué)、16中、藝術(shù)院校等等大大小小的學(xué)校接近7所，使得團(tuán)結(jié)路上的早高峰比其他路段提前開始一小時(shí)左右，而傍晚家長(zhǎng)接孩子的車在校門口兩邊停車嚴(yán)重，占據(jù)兩個(gè)車道。

（3）c、團(tuán)結(jié)路與大巴扎十字路口有上下引橋四座，連接?xùn)|西外環(huán)與團(tuán)結(jié)路，使得團(tuán)結(jié)路成為連接?xùn)|西走向的咽喉通道，車流壓力大。

2.方案的構(gòu)思和設(shè)計(jì)。經(jīng)過小組討論大家一致認(rèn)為改變此路段的交通信號(hào)燈，為最快最省的緩解現(xiàn)時(shí)段交通壓力的方法，并且對(duì)所設(shè)計(jì)的交通燈提出以下設(shè)計(jì)要求：這款智能交通紅綠燈能夠（1）對(duì)道路汽車流量進(jìn)行實(shí)時(shí)分析。（2）針對(duì)不同的情況進(jìn)行不同時(shí)長(zhǎng)的亮燈情況。在擁堵的交通情況下以最快的速度來緩解交通壓力。（3）結(jié)構(gòu)小巧，安全系數(shù)高，穩(wěn)定性高。

3.模型的制作和程序的實(shí)現(xiàn)。模型設(shè)計(jì)：利用“CAXA實(shí)體設(shè)計(jì)2013”完成對(duì)主體模型的設(shè)計(jì)和規(guī)劃，利用Ardiuno開發(fā)板完成對(duì)紅綠燈系統(tǒng)的編寫，控制器傳感器的組裝以及線路連接，測(cè)試調(diào)整編譯好的程序。

算法設(shè)計(jì)：在距離紅綠燈路口500m的人行天橋下安裝超聲傳感，在綠燈亮的情況下，每隔0.5秒檢測(cè)一次超聲傳感下是否有車輛通過，如果有車量通過，將車流系數(shù)K自增1，例如，綠燈時(shí)間為10秒，綠燈時(shí)間內(nèi)共檢測(cè)二十次，如果K<5說明車流量不大，如果K>15說明車流量很大，這時(shí)紅綠燈切換方案。

四、總結(jié)語

基于Arduino項(xiàng)目的通用技術(shù)教學(xué)，對(duì)通用技術(shù)教師提出了新要求，技術(shù)教師有義務(wù)有責(zé)任，以通用技術(shù)學(xué)科五個(gè)核心素養(yǎng)為基礎(chǔ)，不斷開拓，研究符合時(shí)代背景，適合學(xué)生認(rèn)知的教學(xué)案例，使之成為適應(yīng)時(shí)代發(fā)展要求的技術(shù)使用者和創(chuàng)造者！

參考文獻(xiàn)：

[1]謝四蓮.淺談電子競(jìng)賽與創(chuàng)新能力的培養(yǎng).科技視界.