基于Arduino的高中通用技术电子控制技术的课程实践

陈杰 陈华

通用技术（GT）是有别于信息技术的更为宽泛的、体现基础性和通用性并有别于专业技术的技术。而对于STEM（科学、技术、工程、数学）来说，通用技术的多样性、创新性与技术性正好符合STEM教育对于人才培养的要求，本文选取了某中学的《按键开关LED灯》教案，分析STEM对于高中通用技术课程的影响作用，并希望能对相关教育教学给予指导。

如图所示，本教案选用Arduino套件来使学生通过对于电子电路、开源软件、程序设计等知识有所理解和掌握，教案中的重难点与STEM各个要素的衔接见下表。

S（科学） T（技术） E（工程） M（数学）

电子电路、

物理学知识 Arduino编程 软件工程 逻辑判断等

电子控制技术是通用技术课程中的重要内容。在《按键开关LED灯》案例中，有一个具体任务就是要通过开关来控制LED灯的点亮和熄灭，同时要烧录相关的Arduino程序。所以整个过程是一个任务实现的过程，经过流程分析、技术实现等，符合STEM中的工程素养；对于电路的学习属于物理学范畴；对于Arduino程序设计的学习具有技术特征；流程图的设计以及四脚开关（逻辑判断）等也符合数学特色。这个教案是典型的STEM教育理念指导下的通用技术教学方案。

教学步骤

1.情境引入

教师展示Arduino制作的四脚按键开关LED实验现象图或视频。

设计意图：案例引入，原理介绍，准备新实验器材。

2.新知讲授

准备好上面的东西，就能开始我们的实验了。本实验引入了四脚按钮，为了能让本次实验顺利进行，教师先对本次实验中所涉及的四脚按钮做个简单介绍。

（1）认识器材：四脚按键

（2）连接电路并学习模拟量

设计意图：介绍Arduino物理电路连接，为后面正确实验效果奠定基础。

（3）烧录程序

int key=13；//设置控制按键的数字IO脚

void setup（）

{

pinMode（key，OUTPUT）；//设置数字IO引脚为输出模式

}

void loop（）

{ int i；//定义发量

while（1）

{

i=analogRead（0）；//读取模拟0口电压值

if（i>1000）//如果电压值大于1000 （5v）

digitalWrite（key，HIGH）；//设置第13引脚为高电平，点亮led灯

else

digitalWrite（key，LOW）；//设置第13引脚为低电平，熄灭led灯

}

}

将上述代码复制到IDE窗口中，先编译，如果无误，再上传烧录至控制板中。如上图所示，完成后可以测试实验结果。

3.学生动手实践

在学习了本节课的知识后，学生们具备了自己去连接电子电路、编写程序烧录代码的能力，并能进行小组协作来完成这个学习项目。于是，教师就可以让学生们自己动手实践，并给予指导与评价。

STEM教育是一种理念，它虽然整合了科学、技术、工程、数学，但是它不仅仅是4个学科的简单相加，因为学科本身具有交叉领域，同时各个知识点会发生联系。在信息技术教育教学中，很多教师已经开始尝试着用自己的教育教学来渗透STEM教育理念，其实高中通用技术课程也是一样，它的技术性、创新性等使其更为适合于STEM理念，正如本文展示的《按键开关LED灯》教案一样，它较好地融合了STEM科学、技术、工程和数学素养。但是这仅仅是一节课，对于整个学期的通用技术课程教学如何整合STEM理念将是一个更为广阔的研究点。

（作者单位：安徽淮南第一中学 北京师范大学教育技术学院）