Arduino開源硬件在高中信息技術(shù)教學(xué)中的運(yùn)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(xiàng)目設(shè)計(jì)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(shí)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(duì)當(dāng)前信息技術(shù)課程的補(bǔ)充，也能為信息技術(shù)核心素養(yǎng)的達(dá)成帶來(lái)新的思路，為課堂教學(xué)帶來(lái)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(shí)、計(jì)算機(jī)思維、數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新、信息社會(huì)責(zé)任等四個(gè)方面。針對(duì)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(shí)Arduino開源硬件成為不錯(cuò)的選擇。本文即針對(duì)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(diǎn)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(tái)，具有指令少、編程簡(jiǎn)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(diǎn)[1]。一般而言，Arduino開源硬件技術(shù)有兩個(gè)運(yùn)用方式：一是感知環(huán)境的功能。Arduino能通過(guò)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(guò)Arduino編程語(yǔ)言編寫代碼讓其發(fā)出電信號(hào)，得以實(shí)現(xiàn)智能控制設(shè)備功能。二是能夠完成語(yǔ)言編程。Arduino硬件也能通過(guò)其編程語(yǔ)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(guò)網(wǎng)頁(yè)或手機(jī)APP對(duì)遠(yuǎn)程設(shè)備進(jìn)行測(cè)控。Arduino開源硬件技術(shù)適合項(xiàng)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(yùn)用于項(xiàng)目教學(xué)法

教師在教學(xué)實(shí)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(jì)算機(jī)教學(xué)的實(shí)際相結(jié)合，幫助學(xué)生完成現(xiàn)代計(jì)算機(jī)教學(xué)技術(shù)。這里筆者也簡(jiǎn)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(shuō)好的要求，在聽到“防空警報(bào)”后統(tǒng)一按照培訓(xùn)的姿勢(shì)避開煙霧出去，而教職人員在聽到警報(bào)或看到煙起時(shí)，需要按照消防任務(wù)分配分別負(fù)責(zé)簡(jiǎn)單疏導(dǎo)、通報(bào)等任務(wù)。之后，某節(jié)計(jì)算機(jī)課，教師就設(shè)計(jì)了這樣的問題——“煙起來(lái)時(shí)，消防警報(bào)為何會(huì)響？”，“生活中，都有哪些場(chǎng)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(dòng)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(xiàng)目所得出的結(jié)論會(huì)發(fā)現(xiàn)，正是應(yīng)用了Arduino開源硬件技術(shù)，將Arduino能通過(guò)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(guò)Arduino編程語(yǔ)言編寫代碼讓其發(fā)出電信號(hào)，發(fā)出警報(bào)。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(cè)系統(tǒng)，正是通過(guò)傳感器測(cè)算環(huán)境中一氧化碳含量做以的報(bào)警等。經(jīng)過(guò)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(shí)講解和操作演示了，而是讓高中階段學(xué)生真正去體驗(yàn)信息時(shí)代，信息為生活所帶來(lái)的改變。

三、多途徑開設(shè)Arduino開源硬件課程

近年來(lái)，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(lái)，隨著新課程改革深度發(fā)展，對(duì)于高中信息技術(shù)教學(xué)工作要求日漸增多，此時(shí)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(jì)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(guò)對(duì)學(xué)生邏輯思維能力、“機(jī)器人”相關(guān)知識(shí)、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(guò)程中，運(yùn)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(shí)、計(jì)算思維、信息社會(huì)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(jì)Arduino開源硬件技術(shù)課程時(shí)，需要重視學(xué)生的知識(shí)運(yùn)用能力，為學(xué)生搭建自主學(xué)習(xí)平臺(tái)，學(xué)生自主完成探索知識(shí)和解決問題的兩個(gè)過(guò)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(duì)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(dòng)態(tài)與開放，進(jìn)而提升學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，提高學(xué)習(xí)效果?；蛘咴诮虒W(xué)過(guò)程中，應(yīng)將實(shí)際案例與教學(xué)結(jié)合，加強(qiáng)學(xué)生信息安全意識(shí)，深化學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解。

另外，還要重視團(tuán)隊(duì)合作，以及各學(xué)科知識(shí)的綜合利用?；贏rduino開源硬件這一平臺(tái)，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(xiàng)目實(shí)踐當(dāng)中。讓學(xué)生在現(xiàn)有的優(yōu)秀科技作品設(shè)計(jì)、制作流程中獲得新的啟發(fā)，明確設(shè)計(jì)方向，完善設(shè)計(jì)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(lái)進(jìn)一步激活、提升學(xué)生的設(shè)計(jì)、創(chuàng)新與實(shí)踐動(dòng)手能力。同時(shí)，也能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)各學(xué)科知識(shí)的綜合利用，正確認(rèn)識(shí)到學(xué)科融合價(jià)值。

結(jié)語(yǔ)：

近年來(lái)，STEM教育在我國(guó)新課改深度發(fā)展之下逐漸展現(xiàn)出來(lái)，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(shí)現(xiàn)教育。然而Arduino開源硬件技術(shù)就是STEM教育一個(gè)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(lái)了新的思路和方法，也成為STEM教育實(shí)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(jì)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(shí)踐——以“智創(chuàng)空間”開展中小學(xué)創(chuàng)客教育為例[J].中國(guó)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）