Arduino開源硬件項目在高中通用技術《控制與設計》教學中的應用初探

摘 要：目前我國信息技術的高速發展，教育信息化設備更新換代極快，但高中的通用技術教學卻無法及時地跟上時代的步伐，存在著諸多問題。為實現與信息化時代接軌的目標，改善國內通用技教學學科現狀。提出將Arduino開源硬件應用到高中通用技術課程中《控制與設計》模塊的課堂教學之中，依托課堂教學實踐情況進行研究和探索，明確當前高中通用技術課程中存在主要問題，了解Arduino開源硬件在改善通用技術學科教學現狀方面的效用性，尋求教學方法和教學內容改進方向，以此來優化高中通用技術課程環節，完善教學方法，達到提升學生實踐能力和綜合能力，引導其綜合發展的目標。

關鍵詞：Arduino開源硬件;高中通用技術;實踐能力

普通高中通用技術課程是教育部規定的高中生必修課程。《普通高中通用技術課程標準》非常注重對學生必備學科核心素養的培養，實踐應用教學體系非常重要。在高中通用技術《控制與設計》模塊的課堂上開展Arduino開源硬件項目的實踐教學，作為教學內容的一個創新和擴充，同時會對實踐教學過程中存在的問題進行總結，以此來探索教學方法和教學內容改進的方向和方法，以達到完善課堂教學方法，拓寬教學思路，以更加創新高效的教學方法，促進學生創造能力、實踐能力和學科綜合素養的提高。

一、國內高中通用技術學科教學現狀

目前我國信息技術高速發展，信息化教學資源也日益豐富，然而當前高中通用技術課程教學發展卻比較緩慢，且存在著學生對課程重視度不高、教學設備嚴重不足、教師教學手段創新度不足等方面的問題。

（一）學生對課程重視度不高

在課程任務較重、壓力較大的高中時期，為了應對即將來臨的高考，學生大多將大部分時間和精力都投入到理化生、政史地等課程的學習上，對“通用技術”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，教學質量普遍較低。

（二）教學設備嚴重不足

通用技術一直以來都是一門以實踐教學為主的學科，有大量的動手實踐操作內容，然而現在大多數學校或因為對此學科重視程度不夠或受資金限制投入到通用技術教學實踐方面的經費和課程設備、器材都嚴重不足，導致學生缺乏動手實踐的機會，只能通過教師的講解了解一些課程相關的理論知識。沒有實物參考的課程說服力嚴重下降，趣味性也大打折扣，學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。

（三）教師教學手段創新度嚴重不足，學生學習興趣不高

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的演示，而不注重與學生的互動和對教材中知識的拓展;并且教師對課堂中教學環節的設計創新性也嚴重不足，做不到以學生為主體展開課堂教學，了解學生訴求迎合學生愛好，導致學生對通用技術課程學習不感興趣，學習積極性也明顯下降。

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、接口協議開放、學習者無需了解其硬件結構、教學資源豐富等特點，這為高中通用技術課程開展提供了一個很好的平臺，對學生進行開源硬件項目學習和自學都很有幫助。Arduino日常較多應用于智能互動產品的開發，這是目前高中學生比較感興趣的領域，引入教學實踐中會更受學生歡迎。此外，中學科學課程中教師常用Arduino開源硬件為學生進行課堂展示，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的通信協議，并可以與各種網卡、藍牙和WiFi模塊進行通信，通過網頁或移動應用程序對遠程設備進行監控。根據這一特點，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學生展示Arduino硬件的應用方法，有效解決因為算法和程序設計枯燥無味、程序設計難學而導致的學生產生厭惡學習情緒的問題，通過將Arduino開源硬件應用到教學實踐過程中，可以讓學生真正對通用技術學習產生興趣，也有助于學生在學習中獲得快樂。

Arduino開源硬件平臺在設計該硬件之初就將其與不同的外設進行交互作為最重要的設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的學生也可以輕松使用它。除此之外Arduino開源平臺還降低了學習算法、編程代碼等學習的門檻，使Arduino開源硬件更加適合高中通用技術課程的教學和學習。

三、Arduino在高中通用技術《控制與設計》模塊教學中的應用

（一）教學內容中增加Arduino開源硬件的介紹與應用

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習，并且Arduino開源平臺還降低了對電子電路知識的要求，學生即使對這方面知識了解不多也可以輕松使用。教師在教學中向學生介紹Arduino開源硬件的發展史、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，幫助學生更加了解Arduino開源硬件的價值，幫助學生更好地將Arduino開源硬件為自己所用。為對軟件硬件開發應用感興趣的學生提供有效的學習途徑，激發其學習興趣。此外，Arduino是C語言的基礎，教師在教學實踐中有意識地引導學生接觸Arduino開源硬件，為學生在大學中學習諸如更為專業的計算機編程課程減輕負擔，使高中生提前與大學接軌這一設想變得可能。

（二）教學方法采用Arduino互動教學

高中通用技術課程的教學方法應以實踐教學為主，增加學生對設計過程的參與度，注重學生對實踐操作中自我的評價和感悟，并創設出氣氛活躍、暢所欲言的課堂環境。教師可以以Arduino開源硬件的應用和編程設計作為課程實踐內容，有意識地引導學生將Arduino開源硬件應用到一些科創項目的模型制作和設計之中，在此過程中，學生將通過對科創模型的設計加深對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，教師在學生進行科技模型的構建過程中與學生之間對某些問題開展探討。教師對學生進行經驗的傳授，可以快速拉近師生間的距離，增進師生間的關系，也能幫助教師更好地了解學生。此外，教師在學生科技創新成果完成之后，對學生科技創新成果進行點評或讓學生進行互評，可以幫助學生更好地認識到自己的不足，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開源硬件的開發與創新

高中通用技術課程作為高中課程中基礎性和通用性比較強的學科，存在的目的在于依托以設計學習和操作學習為主要課程教學內容，幫助學生獲得創新和實踐能力的提高，并且通用技術課程的開展也非常注重團隊合作和對各個學科知識的綜合利用。而利用Arduino開源硬件平臺，從目前教師開設比較多的“創客教育”和“STEM教育”課程中尋找適合本學校開展的教學案例，應用到學生的教學項目實踐之中，引導學生從已有的優秀科技作品設計與制作流程中獲得啟發，選擇自己所要設計的產品方向并構思出自己的設計思路，在教師的協助之下制作出屬于自己的創新性產品，學生的設計與創新能力、動手能力就在這個過程中得到了提高。同時，學生通過參加產品設計活動、項目開發實踐，也進一步加深了對學科融合理念價值的認知，對各個學科知識的融會貫通、綜合利用能力也會有所提升。最重要的是，在此過程中，學生可以實現自我價值和自我成就感的收獲，對通用技術課程的學習也會充滿興趣與自信。

四、結語

目前我國信息技術高速發展，信息化教學資源也不斷豐富，這為高中通用技術學科的發展創造了良好的條件，也為高中通用技術學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“開源硬件項目設計”作為選修模塊加入到了高中通用技術課程內容之中，肯定了其在培養學生學科綜合素養、提升學生對通用技術課程的興趣方面的價值，也為教師將“Arduino開源硬件”應用在高中通用技術教學實踐之中提供了方向。在高中通用技術教學方法和教學模式設定方面，應以國家制定的通用技術學科課程標準為基礎，以培養學生具備基本的學科核心素養和幫助學生更好地與信息化時代接軌為最高目標，順應學生的心理和喜好進行合理的課程內容設計，加強教師對于教學方法的創新能力和信息化教學資源的學習和靈活運用能力，引入新式的教學理念和教學思路。通過在通用技術教學實踐中應用“Arduino開源硬件項目”，幫助學生在實踐中進一步掌握通用技術相關知識，更加了解通用技術的內涵和價值，提高創新能力、創造能力和實踐操作能力，進而達到引導學生綜合學科素養全面發展、成長為適應社會需求的人才的目的。

參考文獻：

[1]鐘啟芳，史玲玲，劉家坤.Arduino開源硬件編程在初中校本課程中的教學探索與反思[J].中國校外教育，2018，632（12）：128-129.

[2]王振強，洪亮.高中開源硬件技術教學實踐與思考：以基于Arduino的智能音箱項目教學為例[J].中國信息技術教育，2018（18）：45-47.