基于Arduino的高中创客教育实践分析

1、    基于arduino的高中创客教育实践分析    摘 要：随着“大众创业、万众创新”时代的到来，创客教育成了教育领域的研究热点，各地校本课程如雨后春笋，探索不断。文章以七键电子琴的设计与制作为例，基于arduino的高中阶段的创客教育进行实践探索，以期促进学生信息素养的提升。关键词：创客教育;arduino;电子琴;信息素养一、 引言2016年6月，教育部印发的教育信息化“十三五”规划通知中明确提出，“有条件的地区要积极探索信息技术在众创空间、跨学科学习（steam教育）、创客教育等新的教育模式中的应用”。创客教育作为一种有效提升学生的信息素养、创

2、新意识和创新能力的教育模式，掀起了一股全球性的教育变革浪潮。我国祝智庭等学者认为，创客教育强调体验教育中的深度参与和在实践中学习的思想，以特定的学习任务为中心，使学生在分组协作完成任务的过程中完成学习、解决问题，培养学生创新意识、创新能力为目标。创客教育活动中，如何联系现实生活创设富有挑战性的项目，引导学生在完成任务的过程中自主学习、小组协作，鼓励学生分享经验与成果等，对教师提出了新的挑战。二、 高中创客教育的课堂实践arduino是一款基于软件和硬件开发的开源电子原型平台，指令少、编程易、扩展性强，适合在高中创客教育活动中使用。在课堂中，笔者联系现实生活中常见的乐器电子琴，引导学生对电子琴的

3、基本工作原理及其结构进行分析，通过自主学习，小组分工收集资料，合作探究，完成七键电子琴作品的设计与制作，实现arduino开源硬件和mixly图形化编程知识的有机建构，将信息意识和计算思维能力培养融入运用数字化工具解决实际问题的过程中，促进学生信息素养的提升。（一）情境导入，明确项目课堂上，教师通过播放一段海上钢琴师电影中的斗琴片段，激发学生学习兴趣，提出制作七键电子琴的项目，引导学生分析项目内容、细化目标：1. 分析电子琴的基本工作原理及其结构。2. 完成七键电子琴作品的设计。3. 了解相关开源硬件模块，完成作品的搭建。4. 编写程序实现电子琴作品的功能。5. 测试、运行，进一步优化设计方案

4、。6. 作品展示与分享。（二）资料收集，制订方案学生通过moodle平台上提供的学习资源查找关于电子琴的基本工作原理及其结构，理解电子琴的发声原理及其组成，明确作品开发中的各个功能需求与调用关系，形成七键电子琴作品的开发方案。（三）小组协作，具体实施课堂上，学生分组（3人小组）完成两部分内容：1. 七键电子琴作品的硬件搭建（1）找出相对应的开源硬件，如开发板arduino nano、扩展板、按键开关模块（7个）、蜂鸣器模块等。（2）自主学习关于按键开关和蜂鸣器等模块的使用说明，详细了解它们的功能及其安全使用规则，并分工进行测试。（3）连接各个模块，完成作品的搭建。2. 编写计算机程序实现电子琴

5、的功能（1）根据设计方案，描述七键电子琴的工作流程，提炼关键信息，设计7个按键开关模块与相应音阶的调用关系、蜂鸣器触发条件，画流程图，如图2。（2）查找资源，列出基本音阶的发声频率（单位：赫兹）：1046.5、1174.7、1318.5、1396.9、1568、1760、1975.5。（3）自主學习moodle平台中关于mixly模块的介绍，理解并掌握数组模块、变量模块、for循环模块、if/else条件选择模块、布尔判断模块和播放声音模块等的使用。（4）根据流程图，编程实现七键电子琴作品的功能，如图3。这一教学环节是课堂活动的重点，旨在提高学生自主学习、小组协作的能力，培养学生信息意识、计算

6、思维和数字化学习与创新能力。（四）课堂引导，阶段评价在项目具体实施过程中，虽然学生对利用数字化工具解决实际问题的兴趣较为浓厚，但由于对计算机编程知识的掌握参差不齐，对各种开源硬件模块也不熟悉，在学生自主学习的过程中难免会产生畏难心理，个别小组或组员甚至停步不前。这时候，需要教师针对细化的项目目标，分阶段对学生进行引导。在项目实施的具体过程中，如作品设计方案阶段、开源硬件搭建阶段、工作流程图阶段、编程阶段，教师巡堂进行针对性的辅导，有目的地邀请完成度高的小组一起分享，引导学生查阅资料，一起解决项目实施过程中所遇到的问题。通过这一教学环节，提高学生利用数字化工具分析问题、解决问题的能力，确保项目顺

7、利进行。（五）展示分享，评价反思1. 成果展示与经验分享各小组分别展示阶段性及最终成果，如流程图、功能演示、技术创新、作品改进等，分享作品设计与制作过程中所遇到的问题及其解决方法。通过这种方式，不仅能提高学生的语言表达能力，巩固知识点，还能让学生体验成功的喜悦，激发学生学习的激情与信心。2. 小组自评与组间互评展示分享的同时，学生对照moodle资源区的量规评价标准，通过讨论区、投票，对项目的实施、知识掌握程度、作品功能、创新性等方面进行小组自评与组间互评，学生多角度对自己做出评价、总结反思，实现自身综合能力的提升。3. 反思与完善作品涉及的硬件模块较多，电路连接是否准确，程序的结构能否优化，

8、蜂鸣器延时设置是否合理，功能能否增加或美化等，通过各小组的展示、自评与互评后，学生查漏补缺、取长补短，优化作品，完善自身的知识结构。（六）教师点评，拓展升华教师对优秀的范例进行点评，深化学生对需要反复执行某个或某些操作时使用循环结构的知识的理解，引导学生总结学习经验，巩固知识点，提升学生利用数字化工具灵活解决实际问题的水平。最后，引导学生思考：如需模拟钢琴的88个键位，该如何设计电子琴硬件与程序？相邻音阶的频率可能存在什么关系？除了利用按键开关模块进行感应控制，还能通过什么传感器控制声音？这一环节，既拓展学生灵活运用新知识解决实际问题的能力，也激发学生继续探究学习的欲望，为新项目的开展做好铺垫

9、。三、 总结高中创客教育中，学生对于能够解决真实问题的项目学习有着非常浓厚的兴趣，在教师的引导下，能够积极有效地开展项目实践活动。基于软件和硬件开发的arduino平台，便携易上手，图形化的编程简单易懂，能够通过各种传感器感知环境，并通过控制灯光、声音等装置影响环境，扩展性强，学生在经过自主探索、小组协作后，能够较快地完成作品，大大提高了学生创作的自信心。同时，学生向他人分享自己的学习经验与成果，既加深了自身对知识的掌握，又满足了被认可的深层心理需求。为保证创客教育活动的有效实施，教师需要更多地关注学生每一阶段具体情况。学生的发展不再仅限于知识的获取，更多的还有学生的实际操作能力、协作能力、人际交往能力和语言表达能力等。随着新一轮的课程改革方案的落地，