Arduino開源硬件在高中信息技術教學中的運用策略

張先勇

摘要：《普通高中信息技術課程標準（2017版）》將開源硬件項目設計引入到信息技術課程中。結合高中階段信息技術學科核心素養需求，以及高中階段學生實際情況，Arduino開源硬件得到普遍關注及應用。在具體教學中，Arduino開源硬件能夠實現對當前信息技術課程的補充，也能為信息技術核心素養的達成帶來新的思路，為課堂教學帶來新的思路，也需要教師在教學中積極探索。

關鍵詞：Arduino開源硬件;高中;信息技術教學

前言：高中信息技術課程核心素養包括信息意識、計算機思維、數字化學習與創新、信息社會責任等四個方面。針對當前的高中信息技術課程的教學反思，正需要不斷吸納新的思路、方法等，去革新教學工作，此時Arduino開源硬件成為不錯的選擇。本文即針對Arduino開源硬件在高中信息技術教學中的具體應用做以討論，以探尋教學核心素養下信息技術教學策略。

一、Arduino開源硬件特點概述

Arduino開源硬件技術是基于軟件和硬件開發的開源平臺，具有指令少、編程簡單、入門容易、開放接口協議、擴展性強、學習者不需要了解硬件結構、案例資源豐富等特點[1]。一般而言，Arduino開源硬件技術有兩個運用方式：一是感知環境的功能。Arduino能通過連接傳感器以感知環境，產生電流信息Arduino單片機處理器，通過Arduino編程語言編寫代碼讓其發出電信號，得以實現智能控制設備功能。二是能夠完成語言編程。Arduino硬件也能通過其編程語言寫入相關通訊協議，能與各類網卡、藍牙、WiFi模塊相連通。通過網頁或手機APP對遠程設備進行測控。Arduino開源硬件技術適合項目教學和學生的自主學習，資源豐富，且與生活緊密結合在一起，幫助學生從貼近生活的角度去了解信息技術。

二、Arduino開源硬件技術運用于項目教學法

教師在教學實踐中，嘗試將Arduino開源硬件技術的應用中貼近學生生活的部分進行挖掘，再與現有計算機教學的實際相結合，幫助學生完成現代計算機教學技術。這里筆者也簡單做以舉例：某次，學校統一組織消防演習，學生按照預先說好的要求，在聽到“防空警報”后統一按照培訓的姿勢避開煙霧出去，而教職人員在聽到警報或看到煙起時，需要按照消防任務分配分別負責簡單疏導、通報等任務。之后，某節計算機課，教師就設計了這樣的問題——“煙起來時，消防警報為何會響？”，“生活中，都有哪些場景應用了這些技術？”，之后，便分配給學生，讓學生進行調研、在活動結束后又深度思考了消防演習的這一細節。

最終，這一項目所得出的結論會發現，正是應用了Arduino開源硬件技術，將Arduino能通過連接傳感器以感知環境，產生電流信息轉回Arduino單片機處理器，通過Arduino編程語言編寫代碼讓其發出電信號，發出警報。除此之外，在日常生活中，有些家庭或飯店安裝的燃氣監測系統，正是通過傳感器測算環境中一氧化碳含量做以的報警等。經過這樣的課程設置，讓信息技術教學走出課堂，向日常生活延伸，不再是曾經教學中單純枯燥的知識講解和操作演示了，而是讓高中階段學生真正去體驗信息時代，信息為生活所帶來的改變。

三、多途徑開設Arduino開源硬件課程

近年來，隨著新課改深度開展，高中信息技術嘗試開展Arduino開源硬件選修課程，嘗試組織Arduino開源硬件社團課，開發校本教材，是當前高中信息技術教育重要嘗試。近年來，隨著新課程改革深度發展，對于高中信息技術教學工作要求日漸增多，此時不妨進一步打開思路，組織開發高中Arduino開源硬件課程，組織開展校本課程。學校層面，組織信息技術教師，進行課程研討，設置出適應于高中階段學生思維特征、計算機基礎以及認知水平的Arduino開源硬件校本課程，通過對學生邏輯思維能力、“機器人”相關知識、Arduino開源硬件基本理論等的培訓，設置相應的選修課，以生活應用為素材，以課程內核為體系，建構校本課程。

隨著新課程改革的推行，更加注重學生學科素養的培養，因此，在開展高中信息技術教學過程中，運用Arduino開源硬件技術作為載體，以此培養學生信息意識、計算思維、信息社會責任與數字化的創新，使其感受信息技術學習的魅力，像在設計Arduino開源硬件技術課程時，需要重視學生的知識運用能力，為學生搭建自主學習平臺，學生自主完成探索知識和解決問題的兩個過程，進而有效地培養學生信息技術學科素養。比如，教師在帶領學生對Arduino開源硬件技術，可以采用自主學習與合作探究形式相結合。在自主學習基礎上學生之間進行相互討論，將課堂變得更加的動態與開放，進而提升學生的學習動機，提高學習效果。或者在教學過程中，應將實際案例與教學結合，加強學生信息安全意識，深化學生對知識點的理解。

另外，還要重視團隊合作，以及各學科知識的綜合利用。基于Arduino開源硬件這一平臺，教師可以從“創客教育”“STEM教育”課程中尋找到適合本校開展的案例，并將其引用到學生的教學項目實踐當中。讓學生在現有的優秀科技作品設計、制作流程中獲得新的啟發，明確設計方向，完善設計思路，并在教師的引導下制作出具有自身特色的創新性產品，以此來進一步激活、提升學生的設計、創新與實踐動手能力。同時，也能夠實現對各學科知識的綜合利用，正確認識到學科融合價值。

結語：

近年來，STEM教育在我國新課改深度發展之下逐漸展現出來，歸根還是多元結合，即教育中將科學、技術、工程、數學等融合，于融合中實現教育。然而Arduino開源硬件技術就是STEM教育一個很好的載體，也是體現高中信息技術學科核心素養的重要方式，為STEM教育工作帶來了新的思路和方法，也成為STEM教育實踐的重要一環。

參考文獻：

[1]曹金華.基于高中信息技術核心素養下的計算思維能力的培養策略[J].電腦與信息技術，2018，26（5）：76-78.

[2]王同聚.基于“創客空間”的創客教育推進策略與實踐——以“智創空間”開展中小學創客教育為例[J].中國電化教育，2016，20（6）：65-70+85.

[3]劉偉善.Arduino創客之路——智能感知技術基礎[M].北京：清華大學出版社，2018.

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