Arduino開源硬件項目在高中通用技術(shù)《控制與設(shè)計》教學(xué)中的應(yīng)用初探

摘 要：目前我國信息技術(shù)的高速發(fā)展，教育信息化設(shè)備更新?lián)Q代極快，但高中的通用技術(shù)教學(xué)卻無法及時地跟上時代的步伐，存在著諸多問題。為實現(xiàn)與信息化時代接軌的目標(biāo)，改善國內(nèi)通用技教學(xué)學(xué)科現(xiàn)狀。提出將Arduino開源硬件應(yīng)用到高中通用技術(shù)課程中《控制與設(shè)計》模塊的課堂教學(xué)之中，依托課堂教學(xué)實踐情況進(jìn)行研究和探索，明確當(dāng)前高中通用技術(shù)課程中存在主要問題，了解Arduino開源硬件在改善通用技術(shù)學(xué)科教學(xué)現(xiàn)狀方面的效用性，尋求教學(xué)方法和教學(xué)內(nèi)容改進(jìn)方向，以此來優(yōu)化高中通用技術(shù)課程環(huán)節(jié)，完善教學(xué)方法，達(dá)到提升學(xué)生實踐能力和綜合能力，引導(dǎo)其綜合發(fā)展的目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：Arduino開源硬件;高中通用技術(shù);實踐能力

普通高中通用技術(shù)課程是教育部規(guī)定的高中生必修課程。《普通高中通用技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)》非常注重對學(xué)生必備學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)，實踐應(yīng)用教學(xué)體系非常重要。在高中通用技術(shù)《控制與設(shè)計》模塊的課堂上開展Arduino開源硬件項目的實踐教學(xué)，作為教學(xué)內(nèi)容的一個創(chuàng)新和擴(kuò)充，同時會對實踐教學(xué)過程中存在的問題進(jìn)行總結(jié)，以此來探索教學(xué)方法和教學(xué)內(nèi)容改進(jìn)的方向和方法，以達(dá)到完善課堂教學(xué)方法，拓寬教學(xué)思路，以更加創(chuàng)新高效的教學(xué)方法，促進(jìn)學(xué)生創(chuàng)造能力、實踐能力和學(xué)科綜合素養(yǎng)的提高。

一、國內(nèi)高中通用技術(shù)學(xué)科教學(xué)現(xiàn)狀

目前我國信息技術(shù)高速發(fā)展，信息化教學(xué)資源也日益豐富，然而當(dāng)前高中通用技術(shù)課程教學(xué)發(fā)展卻比較緩慢，且存在著學(xué)生對課程重視度不高、教學(xué)設(shè)備嚴(yán)重不足、教師教學(xué)手段創(chuàng)新度不足等方面的問題。

（一）學(xué)生對課程重視度不高

在課程任務(wù)較重、壓力較大的高中時期，為了應(yīng)對即將來臨的高考，學(xué)生大多將大部分時間和精力都投入到理化生、政史地等課程的學(xué)習(xí)上，對“通用技術(shù)”這門課程的定義還只是并不重要的選修課，思想意識上并不重視，因此課堂反饋情況并不好，教學(xué)質(zhì)量普遍較低。

（二）教學(xué)設(shè)備嚴(yán)重不足

通用技術(shù)一直以來都是一門以實踐教學(xué)為主的學(xué)科，有大量的動手實踐操作內(nèi)容，然而現(xiàn)在大多數(shù)學(xué)?；蛞驗閷Υ藢W(xué)科重視程度不夠或受資金限制投入到通用技術(shù)教學(xué)實踐方面的經(jīng)費和課程設(shè)備、器材都嚴(yán)重不足，導(dǎo)致學(xué)生缺乏動手實踐的機(jī)會，只能通過教師的講解了解一些課程相關(guān)的理論知識。沒有實物參考的課程說服力嚴(yán)重下降，趣味性也大打折扣，學(xué)生對本課程的理解因此也不夠深入，課程的價值無法得到很好的體現(xiàn)。

（三）教師教學(xué)手段創(chuàng)新度嚴(yán)重不足，學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不高

教師在課堂上往往只重視對書本中知識點的解讀和講解或課本中基本實踐操作技術(shù)的演示，而不注重與學(xué)生的互動和對教材中知識的拓展;并且教師對課堂中教學(xué)環(huán)節(jié)的設(shè)計創(chuàng)新性也嚴(yán)重不足，做不到以學(xué)生為主體展開課堂教學(xué)，了解學(xué)生訴求迎合學(xué)生愛好，導(dǎo)致學(xué)生對通用技術(shù)課程學(xué)習(xí)不感興趣，學(xué)習(xí)積極性也明顯下降。

二、Arduino開源硬件特點概述

Arduino是一個基于軟件與硬件開發(fā)的開源平臺，具有操作指令少、編程方法簡單、易于輸入、接口協(xié)議開放、學(xué)習(xí)者無需了解其硬件結(jié)構(gòu)、教學(xué)資源豐富等特點，這為高中通用技術(shù)課程開展提供了一個很好的平臺，對學(xué)生進(jìn)行開源硬件項目學(xué)習(xí)和自學(xué)都很有幫助。Arduino日常較多應(yīng)用于智能互動產(chǎn)品的開發(fā)，這是目前高中學(xué)生比較感興趣的領(lǐng)域，引入教學(xué)實踐中會更受學(xué)生歡迎。此外，中學(xué)科學(xué)課程中教師常用Arduino開源硬件為學(xué)生進(jìn)行課堂展示，因此Arduino開源硬件目前也成為STEM教育實踐的有效載體之一。Arduino開源硬件還可以用其編程語言編寫相關(guān)的通信協(xié)議，并可以與各種網(wǎng)卡、藍(lán)牙和WiFi模塊進(jìn)行通信，通過網(wǎng)頁或移動應(yīng)用程序?qū)h(yuǎn)程設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控。根據(jù)這一特點，教師可以通過多種操作途徑，利用富有趣味性的軟硬件操作實驗向?qū)W生展示Arduino硬件的應(yīng)用方法，有效解決因為算法和程序設(shè)計枯燥無味、程序設(shè)計難學(xué)而導(dǎo)致的學(xué)生產(chǎn)生厭惡學(xué)習(xí)情緒的問題，通過將Arduino開源硬件應(yīng)用到教學(xué)實踐過程中，可以讓學(xué)生真正對通用技術(shù)學(xué)習(xí)產(chǎn)生興趣，也有助于學(xué)生在學(xué)習(xí)中獲得快樂。

Arduino開源硬件平臺在設(shè)計該硬件之初就將其與不同的外設(shè)進(jìn)行交互作為最重要的設(shè)計理念和最需要考慮的問題，Arduino開源硬件在與目前常用的電子元件諸如：傳感器、LED或者其他的控制元件等連接的時候，幾乎不需要增加支持電路，即使沒有電子電路知識基礎(chǔ)的學(xué)生也可以輕松使用它。除此之外Arduino開源平臺還降低了學(xué)習(xí)算法、編程代碼等學(xué)習(xí)的門檻，使Arduino開源硬件更加適合高中通用技術(shù)課程的教學(xué)和學(xué)習(xí)。

三、Arduino在高中通用技術(shù)《控制與設(shè)計》模塊教學(xué)中的應(yīng)用

（一）教學(xué)內(nèi)容中增加Arduino開源硬件的介紹與應(yīng)用

Arduino是目前最流行的開源硬件平臺，其上有許多免費的開放源代碼供高中生自行學(xué)習(xí)，并且Arduino開源平臺還降低了對電子電路知識的要求，學(xué)生即使對這方面知識了解不多也可以輕松使用。教師在教學(xué)中向?qū)W生介紹Arduino開源硬件的發(fā)展史、Arduino開源軟件的用途，普及Arduino開源平臺的查找路徑、Arduino開源硬件的使用方法，幫助學(xué)生更加了解Arduino開源硬件的價值，幫助學(xué)生更好地將Arduino開源硬件為自己所用。為對軟件硬件開發(fā)應(yīng)用感興趣的學(xué)生提供有效的學(xué)習(xí)途徑，激發(fā)其學(xué)習(xí)興趣。此外，Arduino是C語言的基礎(chǔ)，教師在教學(xué)實踐中有意識地引導(dǎo)學(xué)生接觸Arduino開源硬件，為學(xué)生在大學(xué)中學(xué)習(xí)諸如更為專業(yè)的計算機(jī)編程課程減輕負(fù)擔(dān)，使高中生提前與大學(xué)接軌這一設(shè)想變得可能。

（二）教學(xué)方法采用Arduino互動教學(xué)

高中通用技術(shù)課程的教學(xué)方法應(yīng)以實踐教學(xué)為主，增加學(xué)生對設(shè)計過程的參與度，注重學(xué)生對實踐操作中自我的評價和感悟，并創(chuàng)設(shè)出氣氛活躍、暢所欲言的課堂環(huán)境。教師可以以Arduino開源硬件的應(yīng)用和編程設(shè)計作為課程實踐內(nèi)容，有意識地引導(dǎo)學(xué)生將Arduino開源硬件應(yīng)用到一些科創(chuàng)項目的模型制作和設(shè)計之中，在此過程中，學(xué)生將通過對科創(chuàng)模型的設(shè)計加深對Arduino開源硬件功能性的了解，切實掌握Arduino開源硬件的用途和使用方法，并在實踐操作過程中挖掘出Arduino開源硬件更多的實用性功能。并且，教師在學(xué)生進(jìn)行科技模型的構(gòu)建過程中與學(xué)生之間對某些問題開展探討。教師對學(xué)生進(jìn)行經(jīng)驗的傳授，可以快速拉近師生間的距離，增進(jìn)師生間的關(guān)系，也能幫助教師更好地了解學(xué)生。此外，教師在學(xué)生科技創(chuàng)新成果完成之后，對學(xué)生科技創(chuàng)新成果進(jìn)行點評或讓學(xué)生進(jìn)行互評，可以幫助學(xué)生更好地認(rèn)識到自己的不足，提高其自我評價的能力，獲得寶貴的課堂收獲和感悟。

（三）實踐操作中增加Arduino開源硬件的開發(fā)與創(chuàng)新

高中通用技術(shù)課程作為高中課程中基礎(chǔ)性和通用性比較強(qiáng)的學(xué)科，存在的目的在于依托以設(shè)計學(xué)習(xí)和操作學(xué)習(xí)為主要課程教學(xué)內(nèi)容，幫助學(xué)生獲得創(chuàng)新和實踐能力的提高，并且通用技術(shù)課程的開展也非常注重團(tuán)隊合作和對各個學(xué)科知識的綜合利用。而利用Arduino開源硬件平臺，從目前教師開設(shè)比較多的“創(chuàng)客教育”和“STEM教育”課程中尋找適合本學(xué)校開展的教學(xué)案例，應(yīng)用到學(xué)生的教學(xué)項目實踐之中，引導(dǎo)學(xué)生從已有的優(yōu)秀科技作品設(shè)計與制作流程中獲得啟發(fā)，選擇自己所要設(shè)計的產(chǎn)品方向并構(gòu)思出自己的設(shè)計思路，在教師的協(xié)助之下制作出屬于自己的創(chuàng)新性產(chǎn)品，學(xué)生的設(shè)計與創(chuàng)新能力、動手能力就在這個過程中得到了提高。同時，學(xué)生通過參加產(chǎn)品設(shè)計活動、項目開發(fā)實踐，也進(jìn)一步加深了對學(xué)科融合理念價值的認(rèn)知，對各個學(xué)科知識的融會貫通、綜合利用能力也會有所提升。最重要的是，在此過程中，學(xué)生可以實現(xiàn)自我價值和自我成就感的收獲，對通用技術(shù)課程的學(xué)習(xí)也會充滿興趣與自信。

四、結(jié)語

目前我國信息技術(shù)高速發(fā)展，信息化教學(xué)資源也不斷豐富，這為高中通用技術(shù)學(xué)科的發(fā)展創(chuàng)造了良好的條件，也為高中通用技術(shù)學(xué)科的課程改革提供了思路。而教育部于2017年頒布的《高中課程方案》也將“開源硬件項目設(shè)計”作為選修模塊加入到了高中通用技術(shù)課程內(nèi)容之中，肯定了其在培養(yǎng)學(xué)生學(xué)科綜合素養(yǎng)、提升學(xué)生對通用技術(shù)課程的興趣方面的價值，也為教師將“Arduino開源硬件”應(yīng)用在高中通用技術(shù)教學(xué)實踐之中提供了方向。在高中通用技術(shù)教學(xué)方法和教學(xué)模式設(shè)定方面，應(yīng)以國家制定的通用技術(shù)學(xué)科課程標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)，以培養(yǎng)學(xué)生具備基本的學(xué)科核心素養(yǎng)和幫助學(xué)生更好地與信息化時代接軌為最高目標(biāo)，順應(yīng)學(xué)生的心理和喜好進(jìn)行合理的課程內(nèi)容設(shè)計，加強(qiáng)教師對于教學(xué)方法的創(chuàng)新能力和信息化教學(xué)資源的學(xué)習(xí)和靈活運用能力，引入新式的教學(xué)理念和教學(xué)思路。通過在通用技術(shù)教學(xué)實踐中應(yīng)用“Arduino開源硬件項目”，幫助學(xué)生在實踐中進(jìn)一步掌握通用技術(shù)相關(guān)知識，更加了解通用技術(shù)的內(nèi)涵和價值，提高創(chuàng)新能力、創(chuàng)造能力和實踐操作能力，進(jìn)而達(dá)到引導(dǎo)學(xué)生綜合學(xué)科素養(yǎng)全面發(fā)展、成長為適應(yīng)社會需求的人才的目的。

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