自2012年7月浙江省高中課程改革以來(lái)，我校信息技術(shù)教研組陸續(xù)研究、開發(fā)并開設(shè)了圖像處理、動(dòng)畫制作、趣味編程等7門選修課程。其中，Arduino創(chuàng)意電子設(shè)計(jì)課程因?yàn)槿跈C(jī)械、傳感與控制為一體，學(xué)生在手腦并用解決實(shí)際問(wèn)題的過(guò)程中充分提高了邏輯思維、判斷與動(dòng)手創(chuàng)新能力，成為我校眾多選修課程中最為火爆的一門。

“閃爍燈”是Arduino創(chuàng)意電子設(shè)計(jì)課程第二章第一節(jié)的內(nèi)容。學(xué)生經(jīng)過(guò)了第一章的學(xué)習(xí)，了解了Arduino控制板的接口，掌握了Arduino驅(qū)動(dòng)程序的安裝，也熟悉了可視化編程環(huán)境ArduBlock，心中產(chǎn)生了親手制作一個(gè)作品的強(qiáng)烈欲望。通過(guò)這一節(jié)課的學(xué)習(xí)，學(xué)生開始真正去體驗(yàn)Arduino強(qiáng)大的吸引力，從搭建硬件、編寫程序到完成調(diào)試，直至產(chǎn)生個(gè)性化的閃爍燈作品。

教學(xué)目標(biāo)

1.通過(guò)制作閃爍燈，學(xué)會(huì)LED與Arduino控制板數(shù)字口的連接，了解編程的一般過(guò)程，掌握ArduBlock的基本模塊與語(yǔ)法。

2.體驗(yàn)由自然語(yǔ)言描述到程序編寫的一般過(guò)程。

3.在使用可視化編程環(huán)境中，激發(fā)學(xué)生對(duì)編程的興趣。

教學(xué)重難點(diǎn)

重點(diǎn)：硬件的搭建，數(shù)字口的輸出。

難點(diǎn)：個(gè)性化的ArduBlock編程。

教學(xué)準(zhǔn)備

Arduino三合一控制板、黃色紅色藍(lán)色LED各一塊、USB線、面包線三條，在學(xué)生機(jī)房環(huán)境中并安裝可視化編程環(huán)境ArduBlock，學(xué)生四人一組。

教學(xué)過(guò)程

1. 由生活實(shí)例引發(fā)教學(xué)情境

師：在我們的生活中，會(huì)有各式各樣不同形狀、不同功能的燈出現(xiàn)，甚至也有個(gè)性鮮明的燈（如圖1）。

師：請(qǐng)同學(xué)們討論一下這三種燈的不同作用以及它們是如何進(jìn)行控制的？

師：前一章的學(xué)習(xí)中，我們已經(jīng)體驗(yàn)了Arduino電子作品的魅力，但是我們并沒(méi)有自己動(dòng)手去完成制作，現(xiàn)在我們就要來(lái)一起制作一個(gè)屬于自己的LED閃爍燈。

2. 練習(xí)室階段：一個(gè)LED閃爍燈

教師介紹硬件環(huán)境的搭建：LED（Light Emitting Diode，發(fā)光二極管）是一種能夠?qū)㈦娔苻D(zhuǎn)化為可見光的固態(tài)半導(dǎo)體器件，顏色有白、綠、藍(lán)等；高低電平可以驅(qū)動(dòng)LED的亮滅。LED發(fā)光模塊有三根針腳，接線的時(shí)候黑線接GND，紅線接VCC，綠線接數(shù)字口。數(shù)字口0和 1不能接，它們用于Arduino與計(jì)算機(jī)通信。

學(xué)生四人一組開始硬件環(huán)境的搭建。

教師引導(dǎo)學(xué)生具體分析一個(gè)LED閃爍燈的實(shí)現(xiàn)，并用語(yǔ)言描述。數(shù)字口的輸出只有兩種情況，0（LOW）或1（HIGH），我們既可以讀取數(shù)字口的值，也可以給它輸入一個(gè)值（0或者1）。以LED為例，我們給數(shù)字口一個(gè)1（高電壓），LED被點(diǎn)亮；給數(shù)字口一個(gè)0（低電壓），LED被熄滅，同時(shí)還可以給予時(shí)間上的控制。

教師演示ArduBlock編程，如圖2所示。

圖2 一個(gè)LED閃爍燈的編程

學(xué)生四人一組完成調(diào)試，強(qiáng)調(diào)LED發(fā)光模塊針腳的區(qū)別與Arduino控制板對(duì)應(yīng)的數(shù)字接口。

設(shè)計(jì)意圖：在教師的帶領(lǐng)下，學(xué)生嘗試設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單的LED閃爍燈的全過(guò)程。硬件環(huán)境搭建、自然語(yǔ)言描述、ArduBlock編程和完成調(diào)試這四個(gè)步驟，為下一步設(shè)計(jì)更加復(fù)雜的作品打下扎實(shí)的基礎(chǔ)。

3. 提高階段：模擬交通燈設(shè)計(jì)

教師引導(dǎo)學(xué)生分析模擬交通燈的現(xiàn)象：紅燈亮A秒之后滅掉，綠燈亮B秒之后滅掉，黃燈亮C秒之后滅掉，依此類推。

學(xué)生四人一組進(jìn)行硬件環(huán)境的搭建。教師提示：將三個(gè)不同顏色的LED分別接在Arduino控制板的數(shù)字口上時(shí)，注意針腳的數(shù)字值是什么。

教師引導(dǎo)學(xué)生用自然語(yǔ)言描述模擬交通燈的實(shí)現(xiàn)。如紅燈亮A秒之后滅掉的現(xiàn)象，我們給數(shù)字口一個(gè)1（高電壓），LED被點(diǎn)亮，給予時(shí)間上的控制為A秒，再給數(shù)字口一個(gè)0（低電壓），LED被熄滅，其他顏色燈也如此。

學(xué)生開始ArduBlock編程，如圖3。

圖3 模擬交通燈的編程

設(shè)計(jì)意圖：在模擬交通燈的設(shè)計(jì)過(guò)程中，學(xué)生主要運(yùn)用可視化編程環(huán)境ArduBlock中的基本模塊與語(yǔ)法來(lái)嘗試實(shí)現(xiàn)生活中的一個(gè)現(xiàn)象，為下一步實(shí)現(xiàn)自己的創(chuàng)意作品打下基礎(chǔ)。

4. 創(chuàng)意階段：跳動(dòng)的音符燈

教師引導(dǎo)：在“中國(guó)好聲音”節(jié)目中，你見過(guò)隨著音樂(lè)而跳動(dòng)的燈嗎？如圖4。

師：在設(shè)計(jì)跳動(dòng)的音符燈時(shí)，主要考慮什么問(wèn)題？

生：LED燈的點(diǎn)亮?xí)r間、持續(xù)時(shí)間與熄滅時(shí)間。

師：如何同時(shí)點(diǎn)亮兩個(gè)或多個(gè)LED燈？

學(xué)生針對(duì)自己的個(gè)性化音符燈進(jìn)行具體分析，教師組織學(xué)生四人一組討論可視化編程環(huán)境ArduBlock中的基本模塊，如延遲與時(shí)間的設(shè)置。

學(xué)生四人一組在編程環(huán)境ArduBlock進(jìn)行編程，以實(shí)現(xiàn)自己的個(gè)性化音符燈。

設(shè)計(jì)意圖：跳動(dòng)的音符燈的設(shè)計(jì)，是讓學(xué)生在掌握ArduBlock中的基本模塊與語(yǔ)法的基礎(chǔ)上，通過(guò)自己思考、動(dòng)手實(shí)踐，來(lái)設(shè)計(jì)出個(gè)性化的Arduino創(chuàng)意電子作品，進(jìn)一步增強(qiáng)學(xué)好Arduino創(chuàng)意電子選修課程的信心。

5. 作品評(píng)價(jià)

學(xué)生以小組為單位，向大家展示音符燈的設(shè)計(jì)，并在ArduBlock中說(shuō)明設(shè)計(jì)思路。

教師引導(dǎo)學(xué)生如何去評(píng)價(jià)Arduino創(chuàng)意電子作品的設(shè)計(jì)：一是作品的硬件搭建是否正確與接口連接的整潔。二是編程設(shè)計(jì)是否正確并調(diào)試效果明顯。三是作品的設(shè)計(jì)是否融入自己的想法。

（作者單位：浙江象山中學(xué)）

專家點(diǎn)評(píng)：

Arduino創(chuàng)意電子設(shè)計(jì)是一門涉及信息技術(shù)、電子電工、傳感技術(shù)等多領(lǐng)域的交叉學(xué)科，其教育實(shí)施正是促使學(xué)生整合科學(xué)、技術(shù)、數(shù)學(xué)領(lǐng)域的知識(shí)，以工程標(biāo)準(zhǔn)化的思想進(jìn)行綜合實(shí)踐的過(guò)程，具有較強(qiáng)的教育價(jià)值。該選修課程的開發(fā)與實(shí)踐也對(duì)教師在多領(lǐng)域交叉學(xué)科上的知識(shí)、如何進(jìn)行交叉學(xué)科的教學(xué)等方面提出了挑戰(zhàn)，張秀常老師敢于嘗試的勇氣與努力是值得肯定的。

從閃爍燈教學(xué)案例的設(shè)計(jì)過(guò)程上看，由練習(xí)階段、提高任務(wù)到創(chuàng)意作品的三步教學(xué)，不但照顧到了不同學(xué)習(xí)起點(diǎn)、不同認(rèn)知水平的高一新生，而且在學(xué)習(xí)可視化編程環(huán)境ArduBlock的梯度上，也做到了環(huán)環(huán)相扣、層層遞進(jìn)。隨堂聽課時(shí)我發(fā)現(xiàn)，學(xué)生學(xué)習(xí)積極性高漲，學(xué)習(xí)的效果也非常不錯(cuò)。

（點(diǎn)評(píng)人：浙江象山縣教育局教研室 陳賢杰）