基于Arduino创新力培养课堂教学模式研究

丁 飞

【摘 要】Arduino进入课堂教学标志着信息技术创新力培养教育新时代的到来。学生通过边动手、边体验、边思考、边学习的全新方式自主学习探究，通过Arduino学习体验智能生活。笔者通过实践总结出以微视频引导学生体验，以问题解决带领学生深入研究，以分组作品为实训成果三种课堂教学模式来架构Arduino创新力培养课堂教学。让创新力培养成为信息技术课堂教学主旋律，并伴随着学生的兴趣爱好走出课堂。

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关键词 创新力培养；教学模式；Arduino

【中图分类号】G434 【文献标识码】A

【论文编号】1671-7384（2015）07-0067-03

问题的提出

“互联网+”时代已到来，智能成为这个时代的主旋律。随着智能化的深入发展，创新成为当下社会倡导的主题。同样，创新力培养一直是中小学信息技术基础教育的核心目标，即创造性地解决问题的能力、批判性反思的能力、团结协作的能力等[1]。在江苏省中小学信息技术课程标准中明确指出，课程是为增强国家自主创新、建设创新国家需要而开设的。

近年来，中小学信息技术课堂教学形式与内容也悄然开始变革。机器人开始走下神坛，进入中小学课堂。教师本身对智能、开源技术、开源文化、创新力培养还没有深入研究，现在却需要在课堂教学中使用，给我们的教育教学带来很大挑战。传统教学观念、师生角色、教学模式在实践教学中均出现瓶颈。

首先，学生对于开源都充满好奇，传统的尊师守道、课堂宣讲式教学模式，并不能让学生放开手脚。心理的抑制会影响到学生的创新力，教学结果可能会与课程创设宗旨相背离。其次，学生活动套用应试教育模式，除了模仿教师操作还是模仿。课程的策略、流程、活动、任务、评价过于刻板。与开源文化所体现的自由、分享、创新理念格格不入。没有足够的资源，学生无法主动探索、归纳总结与拓展。课堂教学策略单一，当学生有疑问时，演示其正确流程，忽视了对其内在基本原理的探讨。学生的认识水平不得能到很好的提升，学生的创新力培养得不到正确的引导。

开源硬件Arduino

开源硬件是如同开放源码一样的方式开放电子硬件制造方法。开源硬件以Arduino最具代表性。形成全球性的Arduino热潮。其背后是一帮热爱技术的创客在为大家奉献[2]。随着Arduino的深入推进，形成了当下的开源文化，即自由、分享、创新。

Arduino背后所倡导的开源文化正是中小学信息技术基础教育所提倡的，首先是简单、价格便宜。其次是多样的扩展、开放，Arduino真正实现了便宜的开源硬件，能够让普通大众可以在家动手组合自己的创意。

在融入中小学信息技术课堂教学之前，首先我们必须以Arduino体现出的开源文化特点去重构传统教学模式，才能让技术素养教育真正提升学生的创新力。

创新力培养的现状

创新已成为中国制造2.0时代倡导的主题，不仅需要思维上的创新，更需要实践、能力上的创新。基础教育创新力培养却一直很难“落地”。

1. 资源的限制

一次高中课堂调查中发现，由于高中应试需要，学校教学实验资源有限，信息技术课已成为唯一学生能动手的课。也正是这种教育投入的不对称性，更需要我们将信息技术课堂创新力培养真正落到实处。

2. 传统的“师道尊严”的思想影响深远

“师道尊严”的意识形态，将教师作为教学主体，表现出价值观、社会观、意识形态的传播者，而忽视了学生客体社会性、主观能动性、自觉性。学生客体心理不能“释然”，创新力更是无从谈起。

3. 课堂准备不充分

创新力培养需要对课堂进行正确的引导与灵活的把控。当学生遇到问题时，学习资源与辅助手段不足时，学生则无法自主构建、探索、分析、归类解决问题。完整的教学资源有助于学生创新地解决问题，使得学生学在课堂习在课外。

基于Arduino创新力培养的课堂教学

1. Arduino创新力培养与信息技术课堂教学模式的构建策略

（1） 教学设计以Arduino体现出的创新性为基础

首先，Arduino出现之前中小学信息技术教育中已出现了类似教学辅助套件，如电子积木。但是昂贵的价格限制了教学与DIY。随着社会发展，2005年Arduino的诞生让所有爱动手的DIY创客都能够真正可以在学校和家中自由组装、改装自己的创意作品。Arduino文化的根源就是大众创新的理念。中小学信息技术课堂教学策略应充分利用Arduino的创新性特点，将课堂的教学与课外娱乐紧密结合。将Arduino的创新精神，通过课堂动手习得经验，课外娱乐巩固再创新。

（2）教学设计中以设计学生互动体验为本的模式策略

Arduino的学习体验感很强，教学活动设计过程中应强化动手体验的教学活动设计。中小学教育中，真正能让学生动手的课程不多。Arduino的学习内容包括了电子电路、图形化编程、代码编程等。Arduino有图形化的编程套件，小学、初中、高中、大学不同年龄层次认知水平的学生都可以在其中研究、学习。相对课本知识的学习，Arduino的学习体验感更能让学生得到全方位提升。教学模式构建策略也应充分兼顾学生的认知水平，设计出不同年龄层次学生的互动体验感。

（3） 课堂教学构建模式要基于Arduino建构性教学过程设计

中小学信息技术课堂必须围绕学生的认知发展水平，以循序渐进的方式提升学生自主学习能力。比如高中信息技术基于Arduino的课堂教学以了解、动手感受、图形编程、代码编程、再创新为课程主线。课程整体的过程设计要能让学生乐在其中，循序渐进地自主构建出完整的知识体系。

2. 基于Arduino创新力培养的课堂教学模式构建

基于Arduino的特点，融入中小学信息技术课堂教学需要有特色的教学模式。首先，教学模式让我们可以更加抽象地思考课堂教学设计，为课堂教学的改良提供了基础。其次，教学模式为我们提供了一种可以比较的基线。让课堂的宗旨、策略、活动、任务、评价在不同教学模式下可以进行一定的比较。最终，创新力培养的教学模式能影响到学生的习得模式与创新力。

（1）微视频替代模式

传统的教师演示、学生练习并不能充分提高学生课堂参与积极性。学生在体验过程中出现问题就必须要向老师提问。课堂教学中一位教师面向多名学生时，教师就无法同时与多名学生沟通。Arduino套件包括红外线、超声波、电动马达、发光二级管等完全不同的组合与功能，可以将传统的课堂演练细化为每件不超过5分钟的自制微视频。

首先，将选择权还给学生，学生可以查看索引文字，选择自己喜欢的功能实验。其次，让每位学生都参与进来，自主学习建构知识与能力。教师在课堂教学过程中充当引导者、解疑辅助人员。

微视频必须包括四个层面的内容，首先是Arduino的基础概要，其次是Arduino实验微视频，再次是Arduino疑难解答视频，最后是Arduino深入原理。

微视频替代模式的优缺点：其一，视频教学内容相比课堂教学有着鲜明的特点，人与人的情感沟通被淡化。并且微视频在自主学习方式中处于主导地位，通过这种方式让学生们体验与适应视频教学的方式，为自主创新打开自由之门。其二，视频教学是以资源为中心，学生可以打断，重复学习，中途改学其他内容。需要学生有主见，微视频学习因为没有人管制学习过程，学生要有很好的自制力并付出行动。其三，微视频真正实现了同一课堂教学，不同的学生可以以不同的速度、不同层次学习同一主题的内容。结合课堂评价环节很能激发出学生的创新热情。

（2）分组作品模式

传统教育教学以分数衡量学生的知识学习情况，忽略了学生间的团队内合作能力与团队间竞争力的培养。学生在学习了Arduino基本元件组装、基本操作实验后，可以在已知基础上进行二次创新，最终以作品形式参加最后的综合评定。综合评定为优的团队之间还需要进行自评，上台讲解自己的创新心得，鼓励所有团队的成员协作分工，不断进取努力。

首先，教师规定团队的构成成员以4-6人为宜。团队人数太多导致部分学生无法有效动手体验，团队人太少导致学生的作品过多，评价环节不能给学生充足的时间自评。其次，鼓励团队内选出队长、技术总监、艺术总监、团队首席发言人、线人。队长负责协调，技术总监解决技术的关键问题，需要课前做前期准备。艺术总监对团队的方案做修正做到简单、美观、大方。团队发言人必须在团队完成中写出发言稿并在自评环节上台发言。线人负责打探各团队之间的进度，对同质的作品要试图改进，避免与其他团队一模一样的作品，并且了解其他团队的创意来改进自己的作品。Arduino现已有上百种不同的扩展模块，有足够的空间让学生施展。

分组作品式课堂教学模式，主要将课堂的主导权下发给了每个团队。因此，实践教学中团队的协作力与队长的协调力直接影响到团队作品的结果。团队中的技术总监成为动手组装的主力，其他人员从不同角度协作完成作品。线人的引入活跃了课堂气氛也反向激励团队必须要创新，否则发言人的报告没有亮点。分组作品式最接近现实社会生活，对学生各方面素质要求较高。

（3）问题解决模式

不管是Arduino的体验，还是团队实验，教学中会遇到诸多问题。有的来自学生的基础素养不足，有的来自学生的体验实践不足，知识的储备不足等。问题的解决本身就是一种创新。

课前先准备好若干项作品，每个作品预设1-3个不等的问题在其中，有线路方面的，有软件设计方面的错误。学生需要利用现有的教学资源，改正错误并能呈现出目标效果，最终在规定的时间内提交一份问题解决报告。内容包括问题陈述、原理、解决办法、小结。

3. 三种模式的比较

三种教学模式体现出基于Arduino创新力培养目标与方向差异，我们无法评价哪种模式好、哪种模式不好。教学实践证明三种教学模式存在互补性，并且能客观针对学生不同的学习阶段，教师可以据实情选用不同的模式。如学生首次接触，比较适合选用微视频替代模式，学生自主学习体验。在课程的中期，通过问题解决模式强化学生对概念与原理的深入学习。课程后期，通过分组作品模式激发学生的团队创新力。

结束语

基于Arduino课堂创新力培养的教学模式对信息技术课程提出了新要求。模式只是曾经成功的典范，并不代表适用于以后的课程教学。我们仍需要不断开拓，不断进取，去发现、探索新的教学模式以适应时代要求。

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参考文献

胡建娣.思考、实践、发现——试探交际教学法对学生创新的培养[J].文理导航.2014（4）：71-72.

祝智庭，孙妍妍.创客教育:信息技术使能的创新教育实践场[J].中国电化教育.2015（1）：14-21.

（作者单位：江苏南通市平潮高级中学）