Arduino开源硬件项目在高中通用技术《控制与设计》教学中的应用初探

摘 要：目前我国信息技术的高速发展，教育信息化设备更新换代极快，但高中的通用技术教学却无法及时地跟上时代的步伐，存在着诸多问题。为实现与信息化时代接轨的目标，改善国内通用技教学学科现状。提出将Arduino开源硬件应用到高中通用技术课程中《控制与设计》模块的课堂教学之中，依托课堂教学实践情况进行研究和探索，明确当前高中通用技术课程中存在主要问题，了解Arduino开源硬件在改善通用技术学科教学现状方面的效用性，寻求教学方法和教学内容改进方向，以此来优化高中通用技术课程环节，完善教学方法，达到提升学生实践能力和综合能力，引导其综合发展的目标。

关键词：Arduino开源硬件;高中通用技术;实践能力

普通高中通用技术课程是教育部规定的高中生必修课程。《普通高中通用技术课程标准》非常注重对学生必备学科核心素养的培养，实践应用教学体系非常重要。在高中通用技术《控制与设计》模块的课堂上开展Arduino开源硬件项目的实践教学，作为教学内容的一个创新和扩充，同时会对实践教学过程中存在的问题进行总结，以此来探索教学方法和教学内容改进的方向和方法，以达到完善课堂教学方法，拓宽教学思路，以更加创新高效的教学方法，促进学生创造能力、实践能力和学科综合素养的提高。

一、国内高中通用技术学科教学现状

目前我国信息技术高速发展，信息化教学资源也日益丰富，然而当前高中通用技术课程教学发展却比较缓慢，且存在着学生对课程重视度不高、教学设备严重不足、教师教学手段创新度不足等方面的问题。

（一）学生对课程重视度不高

在课程任务较重、压力较大的高中时期，为了应对即将来临的高考，学生大多将大部分时间和精力都投入到理化生、政史地等课程的学习上，对“通用技术”这门课程的定义还只是并不重要的选修课，思想意识上并不重视，因此课堂反馈情况并不好，教学质量普遍较低。

（二）教学设备严重不足

通用技术一直以来都是一门以实践教学为主的学科，有大量的动手实践操作内容，然而现在大多数学校或因为对此学科重视程度不够或受资金限制投入到通用技术教学实践方面的经费和课程设备、器材都严重不足，导致学生缺乏动手实践的机会，只能通过教师的讲解了解一些课程相关的理论知识。没有实物参考的课程说服力严重下降，趣味性也大打折扣，学生对本课程的理解因此也不够深入，课程的价值无法得到很好的体现。

（三）教师教学手段创新度严重不足，学生学习兴趣不高

教师在课堂上往往只重视对书本中知识点的解读和讲解或课本中基本实践操作技术的演示，而不注重与学生的互动和对教材中知识的拓展;并且教师对课堂中教学环节的设计创新性也严重不足，做不到以学生为主体展开课堂教学，了解学生诉求迎合学生爱好，导致学生对通用技术课程学习不感兴趣，学习积极性也明显下降。

二、Arduino开源硬件特点概述

Arduino是一个基于软件与硬件开发的开源平台，具有操作指令少、编程方法简单、易于输入、接口协议开放、学习者无需了解其硬件结构、教学资源丰富等特点，这为高中通用技术课程开展提供了一个很好的平台，对学生进行开源硬件项目学习和自学都很有帮助。Arduino日常较多应用于智能互动产品的开发，这是目前高中学生比较感兴趣的领域，引入教学实践中会更受学生欢迎。此外，中学科学课程中教师常用Arduino开源硬件為学生进行课堂展示，因此Arduino开源硬件目前也成为STEM教育实践的有效载体之一。Arduino开源硬件还可以用其编程语言编写相关的通信协议，并可以与各种网卡、蓝牙和WiFi模块进行通信，通过网页或移动应用程序对远程设备进行监控。根据这一特点，教师可以通过多种操作途径，利用富有趣味性的软硬件操作实验向学生展示Arduino硬件的应用方法，有效解决因为算法和程序设计枯燥无味、程序设计难学而导致的学生产生厌恶学习情绪的问题，通过将Arduino开源硬件应用到教学实践过程中，可以让学生真正对通用技术学习产生兴趣，也有助于学生在学习中获得快乐。

Arduino开源硬件平台在设计该硬件之初就将其与不同的外设进行交互作为最重要的设计理念和最需要考虑的问题，Arduino开源硬件在与目前常用的电子元件诸如：传感器、LED或者其他的控制元件等连接的时候，几乎不需要增加支持电路，即使没有电子电路知识基础的学生也可以轻松使用它。除此之外Arduino开源平台还降低了学习算法、编程代码等学习的门槛，使Arduino开源硬件更加适合高中通用技术课程的教学和学习。

三、Arduino在高中通用技术《控制与设计》模块教学中的应用

（一）教学内容中增加Arduino开源硬件的介绍与应用

Arduino是目前最流行的开源硬件平台，其上有许多免费的开放源代码供高中生自行学习，并且Arduino开源平台还降低了对电子电路知识的要求，学生即使对这方面知识了解不多也可以轻松使用。教师在教学中向学生介绍Arduino开源硬件的发展史、Arduino开源软件的用途，普及Arduino开源平台的查找路径、Arduino开源硬件的使用方法，帮助学生更加了解Arduino开源硬件的价值，帮助学生更好地将Arduino开源硬件为自己所用。为对软件硬件开发应用感兴趣的学生提供有效的学习途径，激发其学习兴趣。此外，Arduino是C语言的基础，教师在教学实践中有意识地引导学生接触Arduino开源硬件，为学生在大学中学习诸如更为专业的计算机编程课程减轻负担，使高中生提前与大学接轨这一设想变得可能。

（二）教学方法采用Arduino互动教学

高中通用技术课程的教学方法应以实践教学为主，增加学生对设计过程的参与度，注重学生对实践操作中自我的评价和感悟，并创设出气氛活跃、畅所欲言的课堂环境。教师可以以Arduino开源硬件的应用和编程设计作为课程实践内容，有意识地引导学生将Arduino开源硬件应用到一些科创项目的模型制作和设计之中，在此过程中，学生将通过对科创模型的设计加深对Arduino开源硬件功能性的了解，切实掌握Arduino开源硬件的用途和使用方法，并在实践操作过程中挖掘出Arduino开源硬件更多的实用性功能。并且，教师在学生进行科技模型的构建过程中与学生之间对某些问题开展探讨。教师对学生进行经验的传授，可以快速拉近师生间的距离，增进师生间的关系，也能帮助教师更好地了解学生。此外，教师在学生科技创新成果完成之后，对学生科技创新成果进行点评或让学生进行互评，可以帮助学生更好地认识到自己的不足，提高其自我评价的能力，获得宝贵的课堂收获和感悟。

（三）实践操作中增加Arduino开源硬件的开发与创新

高中通用技术课程作为高中课程中基础性和通用性比较强的学科，存在的目的在于依托以设计学习和操作学习为主要课程教学内容，帮助学生获得创新和实践能力的提高，并且通用技术课程的开展也非常注重团队合作和对各个学科知识的综合利用。而利用Arduino开源硬件平台，从目前教师开设比较多的“创客教育”和“STEM教育”课程中寻找适合本学校开展的教学案例，应用到学生的教学项目实践之中，引导学生从已有的优秀科技作品设计与制作流程中获得启发，选择自己所要设计的产品方向并构思出自己的设计思路，在教师的协助之下制作出属于自己的创新性产品，学生的设计与创新能力、动手能力就在这个过程中得到了提高。同时，学生通过参加产品设计活动、项目开发实践，也进一步加深了对学科融合理念价值的认知，对各个学科知识的融会贯通、综合利用能力也会有所提升。最重要的是，在此过程中，学生可以实现自我价值和自我成就感的收获，对通用技术课程的学习也会充满兴趣与自信。

四、结语

目前我国信息技术高速发展，信息化教学资源也不断丰富，这为高中通用技术学科的发展创造了良好的条件，也为高中通用技术学科的课程改革提供了思路。而教育部于2017年颁布的《高中课程方案》也将“开源硬件项目设计”作为选修模块加入到了高中通用技术课程内容之中，肯定了其在培养学生学科综合素养、提升学生对通用技术课程的兴趣方面的价值，也为教师将“Arduino开源硬件”应用在高中通用技术教学实践之中提供了方向。在高中通用技术教学方法和教学模式设定方面，应以国家制定的通用技术学科课程标准为基础，以培养学生具备基本的学科核心素养和帮助学生更好地与信息化时代接轨为最高目标，顺应学生的心理和喜好进行合理的课程内容设计，加强教师对于教学方法的创新能力和信息化教学资源的学习和灵活运用能力，引入新式的教学理念和教学思路。通过在通用技术教学实践中应用“Arduino开源硬件项目”，帮助学生在实践中进一步掌握通用技术相关知识，更加了解通用技术的内涵和价值，提高创新能力、创造能力和实践操作能力，进而达到引导学生综合学科素养全面发展、成长为适应社会需求的人才的目的。

参考文献：

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[2]王振强，洪亮.高中开源硬件技术教学实践与思考：以基于Arduino的智能音箱项目教学为例[J].中国信息技术教育，2018（18）：45-47.