面向實踐創新素養培養的Arduino 課程設計與開發

江蘇省常州市北郊高級中學 蔡 國

當前，提倡培養學生核心素養的創新教育已成為重要的教育方式。Arduino 課程為培養學生實踐創新素養提供了一個技術與設計的應用性學習平臺。Arduino 課程設計與開發應以培養學生的實踐創新素養為核心目標，引導學生自主探究、合作學習，使學生更加全面、個性化地學習。

一、學習情境創設

創設真實的學習情境，引發學生積極思考，激發思維的碰撞，讓學生在已有認知和經驗的基礎上自主建構知識，在解決問題的過程中不斷豐富自己的知識與技能。

二、學習內容選擇

課程內容以模塊化的形式呈現，由簡到難，主要包括Arduino 基礎、Mixly 編程、閃爍LED、智能小夜燈、紅外防盜報警、智能溫濕度檢測等，通過開源硬件實現對傳感器的控制，引導學生發現問題、分析問題、解決問題。

三、確定課程教學目標

從三維目標和核心素養培養層面確定課程教學目標：（1）激發學生興趣，經歷智能化裝置設計的過程，能提出符合設計原則且有一定創新性的構思方案，培養學生的技術意識、工程思維和創新設計能力。（2）經歷程序設計的過程，能使用Mixly 編程，嘗試多種智能化應用方案，培養學生的信息意識和計算思維。（3）經歷智能化裝置電路搭建的過程，熟悉Arduino 主控板、面包板和傳感器、LED 和蜂鳴器等傳感器使用，培養學生的物化能力和實踐創新素養，促進學生全面且個性化地發展。

四、學習方法選擇

實施項目式學習，讓學生了解、體驗、領悟Arduino 的運作機制，掌握LED、傳感器、面包板基本電路連接等知識，逐步熟悉變量、循環語句等程序編程的規律。

五、教學過程分析

下面以“基于Arduino 的智能化應用”一課為例，介紹課程教學過程。

環節一：創設情境。教師引導：學校網絡核心機房是學校服務器設備和網絡管理保障的重要場所，環境溫濕度變化導致電子設備失靈。請大家思考如何制作一個簡易的溫濕度檢測及報警裝置。學生認真聽講，積極思考，回答問題。設計意圖：創設真實的問題情境，激發學生興趣，讓學生發現技術問題的重要性，思考技術在案例中需要的器材和基本技術應用原理，培養學生的信息意識和技術意識。

環節二：分析思考。教師按照3 人小組分工，結合下發的導學任務單材料，討論設計實現智慧環境檢測系統，可以畫出設計草圖，確定本小組的創意設計。學生小組合作，畫出設計草圖。設計意圖：學生通過小組合作，思考、討論、交流小組的設計方案，提出符合設計原則且有一定創造性的構思方案，培養學生的工程思維和創新設計能力。

環節三：動手實踐。任務一：點亮一盞小燈。教師演示Arduino 主控板、面包板和LED 連接及調試。學生分組連接電路、編譯程序、調試，初步實現自己的創意。教師巡視指導，加強電路連接、程序編寫、調試指導，引導學生動手實踐。設計意圖：在項目作品制作過程中，通過觀察、實驗等方法，學生通過Arduino 主控板和LED 閃爍燈的制作，初步完成技術的掌握和使用。任務二：動手實踐溫濕度檢測。教師演示溫濕度檢測裝置。學生分組連接電路、編譯程序、調試。教師巡查指導。設計意圖：將創意由思路設計變成現實模型，以此培養學生的計算思維和動手實踐能力。

環節四：分享交流。教師組織各小組展示、介紹項目創作，學生推薦代表展示。教師對各小組進行評價，包括創意思路、流程圖、系統搭建、元器件使用、程序編譯，尤其是使用到的相關編程語句。設計意圖：激發學生小組的榮譽感和歸屬感，強化小組合作的意識。同時結合項目創作過程的介紹，為學生知識構建提供認知來源。

環節五：知識構建。教師引導學生分析、歸納智能溫濕度檢測的實施步驟、技術應用。學生積極思考，進行歸納。設計意圖：引導學生對項目創意、途徑、方法進行內化，完成知識的建構，進一步培養學生的工程思維。

環節六：拓展提升。教師提問：如何實現報警？引導學生分析、改進，如增加蜂鳴器、手機短信通知等方式。學生在原來的基礎上繼續完善作品或者進行新的探究。設計意圖：完善作品，進一步培養學生的技術設計和物化能力。

環節七：總結歸納。教師提問：通過本節課的學習，請問你有了哪些收獲？師生提煉、總結本節課的重難點。設計意圖：引導學生總結、歸納本節課的基本知識和技術應用。

六、教學評價

課程教學評價以表現性評價為主，主要包括創意設計、研究過程和成果交流等，鼓勵學生發揮想象，不斷完善項目，注重學生實踐創新能力的培養。