Arduino開源硬件在高中信息技術(shù)教學(xué)中的運用策略

張先勇

摘要：《普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017版）》將開源硬件項目設(shè)計引入到信息技術(shù)課程中。結(jié)合高中階段信息技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)需求，以及高中階段學(xué)生實際情況，Arduino開源硬件得到普遍關(guān)注及應(yīng)用。在具體教學(xué)中，Arduino開源硬件能夠?qū)崿F(xiàn)對當(dāng)前信息技術(shù)課程的補充，也能為信息技術(shù)核心素養(yǎng)的達(dá)成帶來新的思路，為課堂教學(xué)帶來新的思路，也需要教師在教學(xué)中積極探索。

關(guān)鍵詞：Arduino開源硬件;高中;信息技術(shù)教學(xué)

前言：高中信息技術(shù)課程核心素養(yǎng)包括信息意識、計算機(jī)思維、數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新、信息社會責(zé)任等四個方面。針對當(dāng)前的高中信息技術(shù)課程的教學(xué)反思，正需要不斷吸納新的思路、方法等，去革新教學(xué)工作，此時Arduino開源硬件成為不錯的選擇。本文即針對Arduino開源硬件在高中信息技術(shù)教學(xué)中的具體應(yīng)用做以討論，以探尋教學(xué)核心素養(yǎng)下信息技術(shù)教學(xué)策略。

一、Arduino開源硬件特點概述

Arduino開源硬件技術(shù)是基于軟件和硬件開發(fā)的開源平臺，具有指令少、編程簡單、入門容易、開放接口協(xié)議、擴(kuò)展性強(qiáng)、學(xué)習(xí)者不需要了解硬件結(jié)構(gòu)、案例資源豐富等特點[1]。一般而言，Arduino開源硬件技術(shù)有兩個運用方式：一是感知環(huán)境的功能。Arduino能通過連接傳感器以感知環(huán)境，產(chǎn)生電流信息Arduino單片機(jī)處理器，通過Arduino編程語言編寫代碼讓其發(fā)出電信號，得以實現(xiàn)智能控制設(shè)備功能。二是能夠完成語言編程。Arduino硬件也能通過其編程語言寫入相關(guān)通訊協(xié)議，能與各類網(wǎng)卡、藍(lán)牙、WiFi模塊相連通。通過網(wǎng)頁或手機(jī)APP對遠(yuǎn)程設(shè)備進(jìn)行測控。Arduino開源硬件技術(shù)適合項目教學(xué)和學(xué)生的自主學(xué)習(xí)，資源豐富，且與生活緊密結(jié)合在一起，幫助學(xué)生從貼近生活的角度去了解信息技術(shù)。

二、Arduino開源硬件技術(shù)運用于項目教學(xué)法

教師在教學(xué)實踐中，嘗試將Arduino開源硬件技術(shù)的應(yīng)用中貼近學(xué)生生活的部分進(jìn)行挖掘，再與現(xiàn)有計算機(jī)教學(xué)的實際相結(jié)合，幫助學(xué)生完成現(xiàn)代計算機(jī)教學(xué)技術(shù)。這里筆者也簡單做以舉例：某次，學(xué)校統(tǒng)一組織消防演習(xí)，學(xué)生按照預(yù)先說好的要求，在聽到“防空警報”后統(tǒng)一按照培訓(xùn)的姿勢避開煙霧出去，而教職人員在聽到警報或看到煙起時，需要按照消防任務(wù)分配分別負(fù)責(zé)簡單疏導(dǎo)、通報等任務(wù)。之后，某節(jié)計算機(jī)課，教師就設(shè)計了這樣的問題——“煙起來時，消防警報為何會響？”，“生活中，都有哪些場景應(yīng)用了這些技術(shù)？”，之后，便分配給學(xué)生，讓學(xué)生進(jìn)行調(diào)研、在活動結(jié)束后又深度思考了消防演習(xí)的這一細(xì)節(jié)。

最終，這一項目所得出的結(jié)論會發(fā)現(xiàn)，正是應(yīng)用了Arduino開源硬件技術(shù)，將Arduino能通過連接傳感器以感知環(huán)境，產(chǎn)生電流信息轉(zhuǎn)回Arduino單片機(jī)處理器，通過Arduino編程語言編寫代碼讓其發(fā)出電信號，發(fā)出警報。除此之外，在日常生活中，有些家庭或飯店安裝的燃?xì)獗O(jiān)測系統(tǒng)，正是通過傳感器測算環(huán)境中一氧化碳含量做以的報警等。經(jīng)過這樣的課程設(shè)置，讓信息技術(shù)教學(xué)走出課堂，向日常生活延伸，不再是曾經(jīng)教學(xué)中單純枯燥的知識講解和操作演示了，而是讓高中階段學(xué)生真正去體驗信息時代，信息為生活所帶來的改變。

三、多途徑開設(shè)Arduino開源硬件課程

近年來，隨著新課改深度開展，高中信息技術(shù)嘗試開展Arduino開源硬件選修課程，嘗試組織Arduino開源硬件社團(tuán)課，開發(fā)校本教材，是當(dāng)前高中信息技術(shù)教育重要嘗試。近年來，隨著新課程改革深度發(fā)展，對于高中信息技術(shù)教學(xué)工作要求日漸增多，此時不妨進(jìn)一步打開思路，組織開發(fā)高中Arduino開源硬件課程，組織開展校本課程。學(xué)校層面，組織信息技術(shù)教師，進(jìn)行課程研討，設(shè)置出適應(yīng)于高中階段學(xué)生思維特征、計算機(jī)基礎(chǔ)以及認(rèn)知水平的Arduino開源硬件校本課程，通過對學(xué)生邏輯思維能力、“機(jī)器人”相關(guān)知識、Arduino開源硬件基本理論等的培訓(xùn)，設(shè)置相應(yīng)的選修課，以生活應(yīng)用為素材，以課程內(nèi)核為體系，建構(gòu)校本課程。

隨著新課程改革的推行，更加注重學(xué)生學(xué)科素養(yǎng)的培養(yǎng)，因此，在開展高中信息技術(shù)教學(xué)過程中，運用Arduino開源硬件技術(shù)作為載體，以此培養(yǎng)學(xué)生信息意識、計算思維、信息社會責(zé)任與數(shù)字化的創(chuàng)新，使其感受信息技術(shù)學(xué)習(xí)的魅力，像在設(shè)計Arduino開源硬件技術(shù)課程時，需要重視學(xué)生的知識運用能力，為學(xué)生搭建自主學(xué)習(xí)平臺，學(xué)生自主完成探索知識和解決問題的兩個過程，進(jìn)而有效地培養(yǎng)學(xué)生信息技術(shù)學(xué)科素養(yǎng)。比如，教師在帶領(lǐng)學(xué)生對Arduino開源硬件技術(shù)，可以采用自主學(xué)習(xí)與合作探究形式相結(jié)合。在自主學(xué)習(xí)基礎(chǔ)上學(xué)生之間進(jìn)行相互討論，將課堂變得更加的動態(tài)與開放，進(jìn)而提升學(xué)生的學(xué)習(xí)動機(jī)，提高學(xué)習(xí)效果。或者在教學(xué)過程中，應(yīng)將實際案例與教學(xué)結(jié)合，加強(qiáng)學(xué)生信息安全意識，深化學(xué)生對知識點的理解。

另外，還要重視團(tuán)隊合作，以及各學(xué)科知識的綜合利用。基于Arduino開源硬件這一平臺，教師可以從“創(chuàng)客教育”“STEM教育”課程中尋找到適合本校開展的案例，并將其引用到學(xué)生的教學(xué)項目實踐當(dāng)中。讓學(xué)生在現(xiàn)有的優(yōu)秀科技作品設(shè)計、制作流程中獲得新的啟發(fā)，明確設(shè)計方向，完善設(shè)計思路，并在教師的引導(dǎo)下制作出具有自身特色的創(chuàng)新性產(chǎn)品，以此來進(jìn)一步激活、提升學(xué)生的設(shè)計、創(chuàng)新與實踐動手能力。同時，也能夠?qū)崿F(xiàn)對各學(xué)科知識的綜合利用，正確認(rèn)識到學(xué)科融合價值。

結(jié)語：

近年來，STEM教育在我國新課改深度發(fā)展之下逐漸展現(xiàn)出來，歸根還是多元結(jié)合，即教育中將科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)等融合，于融合中實現(xiàn)教育。然而Arduino開源硬件技術(shù)就是STEM教育一個很好的載體，也是體現(xiàn)高中信息技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)的重要方式，為STEM教育工作帶來了新的思路和方法，也成為STEM教育實踐的重要一環(huán)。

參考文獻(xiàn)：

[1]曹金華.基于高中信息技術(shù)核心素養(yǎng)下的計算思維能力的培養(yǎng)策略[J].電腦與信息技術(shù)，2018，26（5）：76-78.

[2]王同聚.基于“創(chuàng)客空間”的創(chuàng)客教育推進(jìn)策略與實踐——以“智創(chuàng)空間”開展中小學(xué)創(chuàng)客教育為例[J].中國電化教育，2016，20（6）：65-70+85.

[3]劉偉善.Arduino創(chuàng)客之路——智能感知技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2018.

（凱里市第三中學(xué) 貴州凱里市 556000）