例談開源硬件項(xiàng)目在高中編程教學(xué)中的應(yīng)用與實(shí)踐

秦維超 戴曉芬 林松娟

摘要：作者將Python教學(xué)的知識(shí)點(diǎn)融合到一個(gè)個(gè)Arduino開源硬件真情實(shí)景的項(xiàng)目設(shè)計(jì)之中，寓教于樂，使學(xué)生在Python編程學(xué)習(xí)中經(jīng)歷發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、分解問題、轉(zhuǎn)化問題、解決問題、總結(jié)問題的全過程，以期能夠全面提升學(xué)生解決問題的能力。

關(guān)鍵詞：Python編程;開源硬件;項(xiàng)目教學(xué)

中圖分類號(hào)：TP309? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? 論文編號(hào)：1674-2117（2022）08-0046-02

2018年，教育部公布的《普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》正式將“開源硬件項(xiàng)”劃入新課標(biāo)。從課時(shí)上看，開源硬件所占課時(shí)并不多，但這些開源硬件項(xiàng)目有益于培養(yǎng)學(xué)生的綜合實(shí)踐能力，激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新的能力，并提升其對(duì)編程的興趣。

● 開源硬件在編程學(xué)習(xí)中的優(yōu)勢(shì)

第一，能夠降低學(xué)生理解Python相關(guān)知識(shí)的難度，同時(shí)為學(xué)生的編程提供更為廣闊的應(yīng)用場(chǎng)景。

第二，其作為項(xiàng)目教學(xué)的載體平臺(tái)，讓學(xué)習(xí)在活動(dòng)、實(shí)踐、項(xiàng)目中真實(shí)發(fā)生。

第三，將傳統(tǒng)編程的知識(shí)點(diǎn)呈現(xiàn)變?yōu)橹庇^的生活化應(yīng)用，調(diào)動(dòng)學(xué)生多感官參與學(xué)習(xí)，深化對(duì)編程技能與思維的理解。

● 在課堂中引入開源硬件——以開源電子鬧鐘項(xiàng)目為例

1.確定項(xiàng)目探究的主題

鬧鐘是學(xué)生十分熟悉的電子產(chǎn)品，筆者在課堂上展示了一款借助開源硬件設(shè)計(jì)的插卡式創(chuàng)意鬧鐘，經(jīng)過頭腦風(fēng)暴后，學(xué)生發(fā)現(xiàn)這款開源電子鬧鐘稍加改造就可以用做聽力播放器、門鈴、語音提示器等，用途相當(dāng)廣泛。鬧鐘的工作原理學(xué)生都清楚，但深入分析鬧鐘的工作機(jī)制卻不容易，因此筆者將創(chuàng)意鬧鐘項(xiàng)目作為學(xué)習(xí)內(nèi)容。在這個(gè)過程中，學(xué)生既可以系統(tǒng)學(xué)習(xí)到鬧鐘的原理知識(shí)，又能夠接觸開源軟件平臺(tái)的軟、硬件。

2.組建鬧鐘項(xiàng)目小組

教學(xué)采用項(xiàng)目小組的學(xué)習(xí)模式，以項(xiàng)目小組為單位制作鬧鐘項(xiàng)目，全班共分10組，每組4人。項(xiàng)目小組是在學(xué)生自由組合的基礎(chǔ)上組成，并且明確小組每個(gè)成員的分工。

3.制訂項(xiàng)目探究方案，確定步驟

①先確定總體方案，如下頁圖1所示。②根據(jù)方案確定設(shè)計(jì)步驟：創(chuàng)意方案設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、電子線路連接、編寫程序作品、作品調(diào)試。

4.實(shí)施項(xiàng)目

①在項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)下，各小組展開準(zhǔn)備工作。在整個(gè)項(xiàng)目式教學(xué)中，教師將花費(fèi)更多的時(shí)間思考如何啟發(fā)學(xué)生、如何調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性、如何幫助小組調(diào)整項(xiàng)目方案、如何管理小組等問題。②根據(jù)方案，確定線路連接。③編寫項(xiàng)目程序。項(xiàng)目關(guān)鍵點(diǎn)在于Python程序的編寫，筆者給出了基本參考程序（如下頁圖2）。學(xué)生在此基礎(chǔ)上先完成基礎(chǔ)部分，然后各個(gè)小組再自行創(chuàng)意設(shè)計(jì)。

5.項(xiàng)目展示與評(píng)價(jià)

在鬧鐘項(xiàng)目中，學(xué)生在教師的引導(dǎo)下探究項(xiàng)目、設(shè)計(jì)作品并展示成果，這樣做充分體現(xiàn)了學(xué)生的主體作用，既能及時(shí)反饋學(xué)習(xí)效果，強(qiáng)化學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解，也能培養(yǎng)學(xué)生溝通交流的能力。因此，在評(píng)價(jià)時(shí)，教師除了根據(jù)作品的結(jié)果進(jìn)行評(píng)判，還需要對(duì)學(xué)生在項(xiàng)目小組中的表現(xiàn)提出建議。

● 開源硬件項(xiàng)目教學(xué)的幾點(diǎn)體會(huì)

1.探究鬧鐘工作的機(jī)制和原理

教學(xué)中，學(xué)生雖然按照方案將作品線路連接好并組裝完成，但發(fā)現(xiàn)鬧鐘不能工作。這時(shí)，教師引導(dǎo)學(xué)生思考其中的原因是什么，進(jìn)而引出Python編程的作用和意義。

2.借助Python編程將鬧鐘各控制單元有機(jī)整合

引導(dǎo)學(xué)生分析傳統(tǒng)鬧鐘控制方式的技術(shù)原理，并對(duì)比利用開源硬件Arduino的控制和管理方式，通過鬧鐘中斷以后下次能接著播放，說明通過Python編程可以幫助記錄斷點(diǎn)的功能。

3.開源硬件鬧鐘的各項(xiàng)功能與Python編程的關(guān)系

引導(dǎo)學(xué)生創(chuàng)新設(shè)計(jì)鬧鐘的控制方式，如手勢(shì)控制、定時(shí)控制、人體感應(yīng)控制等，并分析這些控制方式的工作原理，同時(shí)揭示這些功能的本質(zhì)是Python編程對(duì)傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、分析、加工的結(jié)果，進(jìn)而達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維的目的。

● 結(jié)束語

開源硬件編程教學(xué)實(shí)踐面向核心素養(yǎng)和學(xué)生未來發(fā)展，通過項(xiàng)目實(shí)踐，學(xué)生會(huì)認(rèn)識(shí)到在信息技術(shù)課上學(xué)到的知識(shí)是有價(jià)值的，進(jìn)而提高學(xué)習(xí)信息技術(shù)的興趣，培養(yǎng)創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力。

參考文獻(xiàn)：

[1]王明志.淺議中小學(xué)信息技術(shù)教育課程改革[J].新課程（上），2014（02）：173.

[2]林眾.在信息技術(shù)課程建設(shè)中注重培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力[J].電化教育研究，2011（11）.

[3]李藝，朱彩蘭.信息技術(shù)課程與教學(xué)[M].北京：高等教育出版社，2010.