Arduino在通用技术教学中的应用研究

孟宪超

摘 要 2017年教育部颁布了通用技术学科新的课程标准，课标定义了五个核心素养，分别是技术意识、工程思维、创新设计、图样表达、物化能力；五个核心素养的设定意味着通用技术课程上课内容和形式都需要做出相应的改变，通用技术是一门立足实践、注重创造、体现科技与人文相统一的课程，它的学习过程是同学们主动建构知识，不断拓展内力的课程；脱离实践，仅仅依靠课件和多媒体是没有办法上好课的。

关键词Arduino；通用技术

中图分类号：A，TB4 文献标识码：A 文章编号：1002-7661（2018）29-0197-01

一、Arduino特点介绍

Arduino是一款便捷灵活、方便上手的开源电子原型平台。包含硬件（各种型号的Arduino板）和软件（ArduinoIDE）。硬件部分是可以用来做电路连接的Arduino电路板；另外一个则是ArduinoIDE，他是计算机中的程序开发环境。用户在IDE中编写程序代码，将程序上传到Arduino电路板后，程序就会在硬件上运行。Arduino能通过各种各样的传感器来感知环境，并通过控制灯光、马达和输出声音等装置来反馈、影响环境，再加上arduino不仅源代码开放，硬件也容许复制，这使其价格低廉，在学生创客团队中很受欢迎。

二、Arduino作为通用技术教学载体的优势

（一）将Arduino应用于通用技术课堂符合新课程标准的要求

新的义务教学段的课程标准发布以后，通用技术课如何上，用什么上成为了我们通用技术教师思考的一个问题，新课程标准的核心内容是培养学生的技术素养，以设计学习、操作学习为主要特征，通用技术立足时间、注重创造、体现科技与人文相统一的课程。

（二）多元的知识内容丰富了通用技术教育内容

目前，我们学校的通用技术教育内容过于单一，大多都是以技能学习和工具操作配合课本知识点来进行教学。通用技术实践内容大多为传统金工木工工艺为主等，缺少一个载体可以将控制环节设计、产品设计、程序设计、三维设计、工具使用等多方面的知识串联起来。不能充分挖掘学生的创新能力，物化能力和图样表达能力。Arduino的学习内容包括了电子电路、图形化编程、代码编程等，依靠Arduino单片机的强大功能，学生可以创造出各种各样具有实用价值的新产品，使通用技术教育跟上时代步伐。

（三）开展创新实践活动可以提高动手能力、提高创新能力

用Arduino开发产品不只培养编程能力，还能培养电子电路方面的制作、设计制作产品的能力，Arduino单片机的学习，为学生提供了实践的机会。将实践与创新相结合，注重理论和实践的同时，将通用技术教育课程与STEM（科学、技术、工程、数学）创新联系起来。通过Arduino项目，积极组织学生参加课题研究，承担具体任务，在实践中锻炼学生发现问题、研究问题、解决问题的能力，培养创新能力。

三、基于Arduino项目开发的教学案例设计

本文所提供的案例为我校信息技术校本课程——简易机器人设计中的内容。

【案例】控制系统的设计与实施——智能交通灯的设计（苏教版技术与设计2第四单元第四节内容）

1.创意来源、资料的搜集（引导学生分析学校所在的团结路拥堵的原因）。我校位于團结路东段毗邻国际大巴扎，所以团结路也是我们上学放学的必经之路，团结路的堵是全市闻名的，原因在于它不但早晚高峰堵有时候凌晨时分都会堵，给在这里学习生活的我们造成过很多的不便，我们团队经过实际考察和研究发现，团结路堵车原因有以下几点：

（1）a、团结路路面狭窄，双向四车道但没有非机动车道，停车条件差，造成路边临时停车情况严重。

（2）b、团结路上学校较多，有19小、高级中学、16中、艺术院校等等大大小小的学校接近7所，使得团结路上的早高峰比其他路段提前开始一小时左右，而傍晚家长接孩子的车在校门口两边停车严重，占据两个车道。

（3）c、团结路与大巴扎十字路口有上下引桥四座，连接东西外环与团结路，使得团结路成为连接东西走向的咽喉通道，车流压力大。

2.方案的构思和设计。经过小组讨论大家一致认为改变此路段的交通信号灯，为最快最省的缓解现时段交通压力的方法，并且对所设计的交通灯提出以下设计要求：这款智能交通红绿灯能够（1）对道路汽车流量进行实时分析。（2）针对不同的情况进行不同时长的亮灯情况。在拥堵的交通情况下以最快的速度来缓解交通压力。（3）结构小巧，安全系数高，稳定性高。

3.模型的制作和程序的实现。模型设计：利用“CAXA实体设计2013”完成对主体模型的设计和规划，利用Ardiuno开发板完成对红绿灯系统的编写，控制器传感器的组装以及线路连接，测试调整编译好的程序。

算法设计：在距离红绿灯路口500m的人行天桥下安装超声传感，在绿灯亮的情况下，每隔0.5秒检测一次超声传感下是否有车辆通过，如果有车量通过，将车流系数K自增1，例如，绿灯时间为10秒，绿灯时间内共检测二十次，如果K<5说明车流量不大，如果K>15说明车流量很大，这时红绿灯切换方案。

四、总结语

基于Arduino项目的通用技术教学，对通用技术教师提出了新要求，技术教师有义务有责任，以通用技术学科五个核心素养为基础，不断开拓，研究符合时代背景，适合学生认知的教学案例，使之成为适应时代发展要求的技术使用者和创造者！

参考文献：

[1]谢四莲.浅谈电子竞赛与创新能力的培养.科技视界.