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基于Arduino的创客活动在通用技术教学中的应用以太原市实验中学为例
（山西省太原市实验中学,030012）
摘 要：在通用技术课程中开展创客活动,符合通用技术课程对学生核心素养的培养要求.以当前流行的开源硬件Arduino为基础,借助通用技术实践室,开展创客活动,让学生经历从创意到实物的过程,围绕作品的完成边做边学,获取新的知识和技能,找到职业发展方向,提升综合竞争力.
关键词：创客活动 通用技术 Arduino
2014年在国内兴起的创客运动,及其演化而来的创客教育,已经从高校逐步走人中小学课堂.研究创客和创客教育的文献,可以发现通用技术与创客教育在目标上接近,方法上相同.于是,我在通用技术教学中开展了一些创客活动的实践与探索.
一、创客符合通用技术课的基本要求
创客活动的过程一般要经历设计、制造、调试、分析等诸多曲折和挑战,与通用技术课程目标中“经历技术方案的实现或转化为产品”的过程和“经历观察、设想、安装、测试、调试”的过程相同；创客活动围绕创意作品的完成,边做边学的方式与通用技术强调“做中学”的方法相同；创客活动中要综合运用结构、材料、物理、音乐等多学科知识,与通用技术立足实践、注重创造、体现综合、科学与人文相统一的理念相同.创客活动中物化实施、服务生活、分享协作、新技术应用等的理念和活动,有助于学生在技术意识、工程思维、创新设计、图样表达、物化能力等方面形成通用技术学科核心素养.
二、创客在通用技术课程中的应用
在综合考虑学校、师生等实际情况后,我选择了以Arduino为核心的可编程电子制作为学校创客活动的切人点.
(一)在选修课中传递创客的理念和知识
目前,山西省通用技术的开设情况是必修必开必考（会考）,选修由各学校因地制宜自主开设.我根据通用技术课程标准中电子控制技术和简易机器人制作两部分的要求,以Arduino主控板搭配面包板、发光二极管、触点按键、蜂鸣器、继电器、电动机等典型元件,用北师大创客实验室开发的Mixly图形化编程工具,开设了校本课程“基于Arduino的创意电子和简易机器人人／丁”,比较系统地向学生介绍了创客理念、Arduino软硬件和电子制作的知识.学生从基本的电路搭建学起,了解电子控制的方法,逐步将自己所学应用到实际生活中.
经过一个学期的学习,2015年5月,我校第一件基于Arduino的创客作品——钢球过山车轨道模型计时器完成,获得第十届全国青少年创造力大赛金奖,并于当年申请到了国家专利.这一作品的作者看到过山车小组的同学练习时出现计时有争议的情况,萌发了作计时器的想法.这件作品的设计与制作主要经历了以下几个环节：
(1)方案构思.因为参加了选修课的学习,所以该作品设计者想到了用Arduino做主控机,控制数码管显示时间,在起点和终点分别安装两个检测开关,将检测到的信号传递给主控机,控制计时开始、结束和数码管显示.他还画出示意图和我交流,征求我的意见.
(2)原理机的制作.在我的建议下,该作品设计者先在面包板上用Arduino、触点按键、数码管等进行原理测试,经过了多次修改调试,终于实现按下起点按键,开始计时,按下终点按键计时停止并显示所用时间.
(3)原型中电路部分的制作.原理机中的按键只是模拟了小球运动的开始和结束,真正的计时器还需要有精确实用的起点和终点检测装置.通过查阅资料,设计者知道有红外和磁控两种检测开关,可以买到相应的电子模块,但是它们都有一定的体积,如何安装在轨道上成了比较难解决的问题.该作品设计者将自己的设计和研究与自己的同学进行交流,请他们帮助解决.有同学提出过山车模型中的钢球本身就是导体,只需要在过山车模型的轨道两边连接上裸露的导线,钢球滚过时电路导通就可以实现检测,通过试验认为这个方案确实可行.
(4)外壳的制作.制作外壳时,他借鉴了电压表的外观,但没有现成的外壳可用,他又绘制了清楚的加工图样,邀请会使用激光雕刻机的同学加人到活动中,一起制作外壳.
(5)改进.该作品设计者将计时器原型提供给过山车小组的同学试用,并根据同学们的建议,做了两项改进：一是在起点和终点采用导电架来固定,二是在计时器上增加一个钢球的放置空间.
(6)产品化的改进.该作品设计者申请到专利后,有一家公司想将其产品化,他又在我的指导下进行了电路的简化,并自制印刷电路板进行测试.
虽然这只是一个简单的计时器的设计制作,却是学生核心素养的培育和提升过程：敏感地从实际发现问题、提出设计构想,表现出较强的技术意识；从原理验证人手,再到原型机和产品的过程,就是一次工程思维和物化能力的训练过程；在出现困难时,学生主动学习和分享,在交流和对比中找到问题的突破点,学会运用图样表达,表现出一定的创新设计能力.
(二)在必修课中渗透创客的思想和方法
必修课教学需要大量的案例和活动,来帮助学生理解、体验技术的知识和方法,我将学生在创客活动中的真实案例和环节引人课堂,既符合教学的需要,又将创客的思想和方法传递给学生.
在“技术的性质”中,为学生介绍自制印刷电路的过程,电路的绘制、覆铜板的印制和腐蚀等内容,让学生体会技术的综合性；介绍腐蚀液的废弃,让学生理解技术的两面性；介绍导电油墨和PCB打印机等新技术,让学生理解技术的创新性和专利性.在技术对设计的影响中,介绍电路设计仿真软件Proteus的使用,让学生体会技术发展对设计手段的影响.在图样的绘制中,介绍从电路图到PCB设计的方法和工具.在工艺课实践中,让学生练习制作小型电路板,学生动手用样冲冲眼,用小型台钻钻孑L,用锉J和砂纸打磨,用电熔铁焊接.我把学生设计制作的电子类作品用作流程、系统和控制的教学案例.
在新知识和新工具的吸引下,很多学生都积极地投入创客活动中,有学生在自制印刷电路板的实践中,对如何提高覆铜板的腐蚀效率产生了兴趣,进行了深人的研究,并制作了冲刷式覆铜板腐蚀装置.
(三)在实践室中营造创客文化氛围
2014年3月,我校完成重建后,通用技术在活动场地和工具配备上都有了很大改观.创客活动开展后,我校通用技术教师和学生科技协会骨干又共同规划布置了学生创客实践室.实践室以简朴实用为原则,借用了通用技术实践室的钻铣床、砂轮机、激光雕刻机等电动加工设备以及锯、锉等部分手工工具,购置了基于Arduino的电子实践器材,以及电子制作的元件、烙铁等.实践室除了提供常用的设计环境、加工工具、交流平台外,还经常邀请从事相关行业的学生家长到实践室为学生讲授创造技法、工具使用和维护等知识.实践室从建立之初就是开放的,任何人只要有制作的想法和动手的,都可以在实践室进行创客制作.在实践室中能看到各种类型的创客制作,比如我校学生艺术团的同学在创客实践室制作完成的玻璃琴、呼啦圈竖琴、箱鼓等创意乐器,还在未来工程师全国总决赛中获得第二名的妤成绩.
(四)在比赛中检验创客活动的成果
2008年9月,我校在全省率先开设通用技术课程.为了配合课程的开展,我校通用技术教师组织学生成立了学生科技协会,坚持开展课外科技活动,组织学生参加各级各类科技类比赛.经过几年的发展,学生科技协会已成为我校影响力最大的学生社团,集聚了大量的学生科技爱好者.自开展创客活动以来,学生制作的作品水平和质量都有了很大提升,多次在全国青少年创新大赛等比赛中斩获金奖.目前,已有五件学生作品申请了国家专利,还有一件正在申请中.更难能可贵的是,有两件学生的专利吸引了某科技公司的兴趣,正处于产品化阶段.
在平时的教学中,我也会将一些比赛项目引人课堂实践中,鼓励学生将自己的创意制作成实物,参加比赛.2016年3月初,我们接到第十一届全国青少年创造力大赛的通知,大赛的集体项目是设计制作一款奖杯,当时离比赛有一个月左右的时间,高一年级学生正在学习方案的构思及方法,我将这个比赛项目引入高一年级的课程中,鼓励学生动手设计.有了之前创客活动的基础,很多学生的设计已不是简单的外形设计,而是融人了电子技术等知识.参赛团队在众多方案中选择了POV动态显示奖杯.
三、在创客活动中的感悟
(一)创客活动促进学生成长
创客活动扩宽了学生的视野,很多学生在活动中找到了自己的职业发展方向；在制作、分享和协作过程中,训练了专注力、表达力和执行力.这些点滴积累最终成为学生学习力提升的依据,比如我校今年毕业的两名高三学生,高中是扩招进入我校的,在高中三年坚持参加创客活动,高考两人分别达到一本和二本线.
(二)创客活动推动教师发展
创客活动很多应用到3D打印、开源软硬件、信息技术等新技术,这就要求教师必须及时关注新科技的发展,随时更新自己的知识储备.以我为例,毕业于物理教育专业,没有学习过编程,但自从开展创客活动以来,为了指导学坐的Arduino编程,我自学并基本掌握了C语言,可以编写一些简单的库文件,使学生能更简单地应用Arduino进行设计制作.
(三)找准创客活动的切入点
当初我选择Arduino作为学校创客活动开展的基础,一是因为其便宜,主控板在国内购物网站上的在20-40元之间,其他常用的电子元件也都很低廉；二是学生容易上手,有许多图形化编程工具,稍加学习即可使用；三是可扩展性强,其丰富的元件和模块,可应用于生活中的很多场合,且在Arduino产品的制作上可以扩展到三维设计等诸多内容的学习.另外我校作为少年电子技师认证单位,有开展电子制作的传统,也为创客活动的顺利开展提供了条件.
(四)建立实用的创客实践室
对开展创客活动所需要的硬件支持,我立足通用技术实践室,建立起自己的创客实践室,虽简朴却实用,既没有资源的闲置和浪费,又满足了学生开展创客活动的需要.
创客运动蓬勃发展到今天,其对教育的影响已不可忽视.将创客活动有机地引人通用技术课程,有利于课程价值的实现,应挖掘丰富的创客资源,使创客活动成为促进学生技术核心素养形成的重要载体.参考文献：
[1],普通高中技术课程标准（实验）[S],北京：人民教育出版社,2003
[2]王竹立,“互联网+”与创客教育[J].今日教育,2016(2)
通用技术论文范文结:
关于本文可作为通用技术方面的大学硕士与本科毕业论文通用技术论文开题报告范文和职称论文论文写作参考文献下载。
3、农村新技术杂志
4、现造技术论文