基于Arduino創新力培養課堂教學模式研究

丁飛

【摘 要】Arduino進入課堂教學標志著信息技術創新力培養教育新時代的到來。學生通過邊動手、邊體驗、邊思考、邊學習的全新方式自主學習探究，通過Arduino學習體驗智能生活。筆者通過實踐總結出以微視頻引導學生體驗，以問題解決帶領學生深入研究，以分組作品為實訓成果三種課堂教學模式來架構Arduino創新力培養課堂教學。讓創新力培養成為信息技術課堂教學主旋律，并伴隨著學生的興趣愛好走出課堂。

【關鍵詞】創新力培養；教學模式；Arduino

【中圖分類號】G434 【文獻標識碼】A

【論文編號】1671-7384（2015）07-0067-03

問題的提出

“互聯網+”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展，創新成為當下社會倡導的主題。同樣，創新力培養一直是中小學信息技術基礎教育的核心目標，即創造性地解決問題的能力、批判性反思的能力、團結協作的能力等[1]。在江蘇省中小學信息技術課程標準中明確指出，課程是為增強國家自主創新、建設創新國家需要而開設的。

近年來，中小學信息技術課堂教學形式與內容也悄然開始變革。機器人開始走下神壇，進入中小學課堂。教師本身對智能、開源技術、開源文化、創新力培養還沒有深入研究，現在卻需要在課堂教學中使用，給我們的教育教學帶來很大挑戰。傳統教學觀念、師生角色、教學模式在實踐教學中均出現瓶頸。

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

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的創客在為大家奉獻[2]。隨著Arduino的深入推進，形成了當下的開源文化，即自由、分享、創新。

Arduino背后所倡導的開源文化正是中小學信息技術基礎教育所提倡的，首先是簡單、價格便宜。其次是多樣的擴展、開放，Arduino真正實現了便宜的開源硬件，能夠讓普通大眾可以在家動手組合自己的創意。

在融入中小學信息技術課堂教學之前，首先我們必須以Arduino體現出的開源文化特點去重構傳統教學模式，才能讓技術素養教育真正提升學生的創新力。

創新力培養的現狀

創新已成為中國制造2.0時代倡導的主題，不僅需要思維上的創新，更需要實踐、能力上的創新。基礎教育創新力培養卻一直很難“落地”。

1. 資源的限制

一次高中課堂調查中發現，由于高中應試需要，學校教學實驗資源有限，信息技術課已成為唯一學生能動手的課。也正是這種教育投入的不對稱性，更需要我們將信息技術課堂創新力培養真正落到實處。

2. 傳統的“師道尊嚴”的思想影響深遠

“師道尊嚴”的意識形態，將教師作為教學主體，表現出價值觀、社會觀、意識形態的傳播者，而忽視了學生客體社會性、主觀能動性、自覺性。學生客體心理不能“釋然”，創新力更是無從談起。

3. 課堂準備不充分

創新力培養需要對課堂進行正確的引導與靈活的把控。當學生遇到問題時，學習資源與輔助手段不足時，學生則無法自主構建、探索、分析、歸類解決問題。完整的教學資源有助于學生創新地解決問題，使得學生學在課堂習在課外。

基于Arduino創新力培養的課堂教學

1. Arduino創新力培養與信息技術課堂教學模式的構建策略

（1） 教學設計以Arduino體現出的創新性為基礎

首先，Arduino出現之前中小學信息技術教育中已出現了類似教學輔助套件，如電子積木。但是昂貴的價格限制了教學與DIY。隨著社會發展，2005年Arduino的誕生讓所有愛動手的DIY創客都能夠真正可以在學校和家中自由組裝、改裝自己的創意作品。Arduino文化的根源就是大眾創新的理念。中小學信息技術課堂教學策略應充分利用Arduino的創新性特點，將課堂的教學與課外娛樂緊密結合。將Arduino的創新精神，通過課堂動手習得經驗，課外娛樂鞏固再創新。

（2）教學設計中以設計學生互動體驗為本的模式策略

Arduino的學習體驗感很強，教學活動設計過程中應強化動手體驗的教學活動設計。中小學教育中，真正能讓學生動手的課程不多。Arduino的學習內容包括了電子電路、圖形化編程、代碼編程等。Arduino有圖形化的編程套件，小學、初中、高中、大學不同年齡層次認知水平的學生都可以在其中研究、學習。相對課本知識的學習，Arduino的學習體驗感更能讓學生得到全方位提升。教學模式構建策略也應充分兼顧學生的認知水平，設計出不同年齡層次學生的互動體驗感。

（3） 課堂教學構建模式要基于Arduino建構性教學過程設計

中小學信息技術課堂必須圍繞學生的認知發展水平，以循序漸進的方式提升學生自主學習能力。比如高中信息技術基于Arduino的課堂教學以了解、動手感受、圖形編程、代碼編程、再創新為課程主線。課程整體的過程設計要能讓學生樂在其中，循序漸進地自主構建出完整的知識體系。

2. 基于Arduino創新力培養的課堂教學模式構建

基于Arduino的特點，融入中小學信息技術課堂教學需要有特色的教學模式。首先，教學模式讓我們可以更加抽象地思考課堂教學設計，為課堂教學的改良提供了基礎。其次，教學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、評價在不同教學模式下可以進行一定的比較。最終，創新力培養的教學模式能影響到學生的習得模式與創新力。

（1）微視頻替代模式

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

首先，將選擇權還給學生，學生可以查看索引文字，選擇自己喜歡的功能實驗。其次，讓每位學生都參與進來，自主學習建構知識與能力。教師在課堂教學過程中充當引導者、解疑輔助人員。

微視頻必須包括四個層面的內容，首先是Arduino的基礎概要，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缺點：其一，視頻教學內容相比課堂教學有著鮮明的特點，人與人的情感溝通被淡化。并且微視頻在自主學習方式中處于主導地位，通過這種方式讓學生們體驗與適應視頻教學的方式，為自主創新打開自由之門。其二，視頻教學是以資源為中心，學生可以打斷，重復學習，中途改學其他內容。需要學生有主見，微視頻學習因為沒有人管制學習過程，學生要有很好的自制力并付出行動。其三，微視頻真正實現了同一課堂教學，不同的學生可以以不同的速度、不同層次學習同一主題的內容。結合課堂評價環節很能激發出學生的創新熱情。

（2）分組作品模式

傳統教育教學以分數衡量學生的知識學習情況，忽略了學生間的團隊內合作能力與團隊間競爭力的培養。學生在學習了Arduino基本元件組裝、基本操作實驗后，可以在已知基礎上進行二次創新，最終以作品形式參加最后的綜合評定。綜合評定為優的團隊之間還需要進行自評，上臺講解自己的創新心得，鼓勵所有團隊的成員協作分工，不斷進取努力。

首先，教師規定團隊的構成成員以4-6人為宜。團隊人數太多導致部分學生無法有效動手體驗，團隊人太少導致學生的作品過多，評價環節不能給學生充足的時間自評。其次，鼓勵團隊內選出隊長、技術總監、藝術總監、團隊首席發言人、線人。隊長負責協調，技術總監解決技術的關鍵問題，需要課前做前期準備。藝術總監對團隊的方案做修正做到簡單、美觀、大方。團隊發言人必須在團隊完成中寫出發言稿并在自評環節上臺發言。線人負責打探各團隊之間的進度，對同質的作品要試圖改進，避免與其他團隊一模一樣的作品，并且了解其他團隊的創意來改進自己的作品。Arduino現已有上百種不同的擴展模塊，有足夠的空間讓學生施展。

分組作品式課堂教學模式，主要將課堂的主導權下發給了每個團隊。因此，實踐教學中團隊的協作力與隊長的協調力直接影響到團隊作品的結果。團隊中的技術總監成為動手組裝的主力，其他人員從不同角度協作完成作品。線人的引入活躍了課堂氣氛也反向激勵團隊必須要創新，否則發言人的報告沒有亮點。分組作品式最接近現實社會生活，對學生各方面素質要求較高。

（3）問題解決模式

不管是Arduino的體驗，還是團隊實驗，教學中會遇到諸多問題。有的來自學生的基礎素養不足，有的來自學生的體驗實踐不足，知識的儲備不足等。問題的解決本身就是一種創新。

課前先準備好若干項作品，每個作品預設1-3個不等的問題在其中，有線路方面的，有軟件設計方面的錯誤。學生需要利用現有的教學資源，改正錯誤并能呈現出目標效果，最終在規定的時間內提交一份問題解決報告。內容包括問題陳述、原理、解決辦法、小結。

三種教學模式體現出基于Arduino創新力培養目標與方向差異，我們無法評價哪種模式好、哪種模式不好。教學實踐證明三種教學模式存在互補性，并且能客觀針對學生不同的學習階段，教師可以據實情選用不同的模式。如學生首次接觸，比較適合選用微視頻替代模式，學生自主學習體驗。在課程的中期，通過問題解決模式強化學生對概念與原理的深入學習。課程后期，通過分組作品模式激發學生的團隊創新力。

結束語

基于Arduino課堂創新力培養的教學模式對信息技術課程提出了新要求。模式只是曾經成功的典范，并不代表適用于以后的課程教學。我們仍需要不斷開拓，不斷進取，去發現、探索新的教學模式以適應時代要求。

（作者單位：江蘇南通市平潮高級中學）