江蘇省常州市北郊高級中學(xué) 蔡 國

當(dāng)前，提倡培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的創(chuàng)新教育已成為重要的教育方式。Arduino 課程為培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新素養(yǎng)提供了一個(gè)技術(shù)與設(shè)計(jì)的應(yīng)用性學(xué)習(xí)平臺。Arduino 課程設(shè)計(jì)與開發(fā)應(yīng)以培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新素養(yǎng)為核心目標(biāo)，引導(dǎo)學(xué)生自主探究、合作學(xué)習(xí)，使學(xué)生更加全面、個(gè)性化地學(xué)習(xí)。

一、學(xué)習(xí)情境創(chuàng)設(shè)

創(chuàng)設(shè)真實(shí)的學(xué)習(xí)情境，引發(fā)學(xué)生積極思考，激發(fā)思維的碰撞，讓學(xué)生在已有認(rèn)知和經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上自主建構(gòu)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(xué)習(xí)內(nèi)容選擇

課程內(nèi)容以模塊化的形式呈現(xiàn)，由簡到難，主要包括Arduino 基礎(chǔ)、Mixly 編程、閃爍LED、智能小夜燈、紅外防盜報(bào)警、智能溫濕度檢測等，通過開源硬件實(shí)現(xiàn)對傳感器的控制，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題。

三、確定課程教學(xué)目標(biāo)

從三維目標(biāo)和核心素養(yǎng)培養(yǎng)層面確定課程教學(xué)目標(biāo)：（1）激發(fā)學(xué)生興趣，經(jīng)歷智能化裝置設(shè)計(jì)的過程，能提出符合設(shè)計(jì)原則且有一定創(chuàng)新性的構(gòu)思方案，培養(yǎng)學(xué)生的技術(shù)意識、工程思維和創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力。（2）經(jīng)歷程序設(shè)計(jì)的過程，能使用Mixly 編程，嘗試多種智能化應(yīng)用方案，培養(yǎng)學(xué)生的信息意識和計(jì)算思維。（3）經(jīng)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(yǎng)學(xué)生的物化能力和實(shí)踐創(chuàng)新素養(yǎng)，促進(jìn)學(xué)生全面且個(gè)性化地發(fā)展。

四、學(xué)習(xí)方法選擇

實(shí)施項(xiàng)目式學(xué)習(xí)，讓學(xué)生了解、體驗(yàn)、領(lǐng)悟Arduino 的運(yùn)作機(jī)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(huán)語句等程序編程的規(guī)律。

五、教學(xué)過程分析

下面以“基于Arduino 的智能化應(yīng)用”一課為例，介紹課程教學(xué)過程。

環(huán)節(jié)一：創(chuàng)設(shè)情境。教師引導(dǎo)：學(xué)校網(wǎng)絡(luò)核心機(jī)房是學(xué)校服務(wù)器設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)管理保障的重要場所，環(huán)境溫濕度變化導(dǎo)致電子設(shè)備失靈。請大家思考如何制作一個(gè)簡易的溫濕度檢測及報(bào)警裝置。學(xué)生認(rèn)真聽講，積極思考，回答問題。設(shè)計(jì)意圖：創(chuàng)設(shè)真實(shí)的問題情境，激發(fā)學(xué)生興趣，讓學(xué)生發(fā)現(xiàn)技術(shù)問題的重要性，思考技術(shù)在案例中需要的器材和基本技術(shù)應(yīng)用原理，培養(yǎng)學(xué)生的信息意識和技術(shù)意識。

環(huán)節(jié)二：分析思考。教師按照3 人小組分工，結(jié)合下發(fā)的導(dǎo)學(xué)任務(wù)單材料，討論設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)智慧環(huán)境檢測系統(tǒng)，可以畫出設(shè)計(jì)草圖，確定本小組的創(chuàng)意設(shè)計(jì)。學(xué)生小組合作，畫出設(shè)計(jì)草圖。設(shè)計(jì)意圖：學(xué)生通過小組合作，思考、討論、交流小組的設(shè)計(jì)方案，提出符合設(shè)計(jì)原則且有一定創(chuàng)造性的構(gòu)思方案，培養(yǎng)學(xué)生的工程思維和創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力。

環(huán)節(jié)三：動(dòng)手實(shí)踐。任務(wù)一：點(diǎn)亮一盞小燈。教師演示Arduino 主控板、面包板和LED 連接及調(diào)試。學(xué)生分組連接電路、編譯程序、調(diào)試，初步實(shí)現(xiàn)自己的創(chuàng)意。教師巡視指導(dǎo)，加強(qiáng)電路連接、程序編寫、調(diào)試指導(dǎo)，引導(dǎo)學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐。設(shè)計(jì)意圖：在項(xiàng)目作品制作過程中，通過觀察、實(shí)驗(yàn)等方法，學(xué)生通過Arduino 主控板和LED 閃爍燈的制作，初步完成技術(shù)的掌握和使用。任務(wù)二：動(dòng)手實(shí)踐溫濕度檢測。教師演示溫濕度檢測裝置。學(xué)生分組連接電路、編譯程序、調(diào)試。教師巡查指導(dǎo)。設(shè)計(jì)意圖：將創(chuàng)意由思路設(shè)計(jì)變成現(xiàn)實(shí)模型，以此培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維和動(dòng)手實(shí)踐能力。

環(huán)節(jié)四：分享交流。教師組織各小組展示、介紹項(xiàng)目創(chuàng)作，學(xué)生推薦代表展示。教師對各小組進(jìn)行評價(jià)，包括創(chuàng)意思路、流程圖、系統(tǒng)搭建、元器件使用、程序編譯，尤其是使用到的相關(guān)編程語句。設(shè)計(jì)意圖：激發(fā)學(xué)生小組的榮譽(yù)感和歸屬感，強(qiáng)化小組合作的意識。同時(shí)結(jié)合項(xiàng)目創(chuàng)作過程的介紹，為學(xué)生知識構(gòu)建提供認(rèn)知來源。

環(huán)節(jié)五：知識構(gòu)建。教師引導(dǎo)學(xué)生分析、歸納智能溫濕度檢測的實(shí)施步驟、技術(shù)應(yīng)用。學(xué)生積極思考，進(jìn)行歸納。設(shè)計(jì)意圖：引導(dǎo)學(xué)生對項(xiàng)目創(chuàng)意、途徑、方法進(jìn)行內(nèi)化，完成知識的建構(gòu)，進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生的工程思維。

環(huán)節(jié)六：拓展提升。教師提問：如何實(shí)現(xiàn)報(bào)警？引導(dǎo)學(xué)生分析、改進(jìn)，如增加蜂鳴器、手機(jī)短信通知等方式。學(xué)生在原來的基礎(chǔ)上繼續(xù)完善作品或者進(jìn)行新的探究。設(shè)計(jì)意圖：完善作品，進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生的技術(shù)設(shè)計(jì)和物化能力。

環(huán)節(jié)七：總結(jié)歸納。教師提問：通過本節(jié)課的學(xué)習(xí)，請問你有了哪些收獲？師生提煉、總結(jié)本節(jié)課的重難點(diǎn)。設(shè)計(jì)意圖：引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)、歸納本節(jié)課的基本知識和技術(shù)應(yīng)用。

六、教學(xué)評價(jià)

課程教學(xué)評價(jià)以表現(xiàn)性評價(jià)為主，主要包括創(chuàng)意設(shè)計(jì)、研究過程和成果交流等，鼓勵(lì)學(xué)生發(fā)揮想象，不斷完善項(xiàng)目，注重學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。