浅谈基于STEM理念的Arduino教学实施策略

第一篇：浅谈基于STEM理念的Arduino教学实施策略

浅谈基于STEM理念的Arduino教学实施策略

摘要：信息技术教师在项目驱动的Arduino教学中，融入STEM教育理念，能培养学生的问题解决能力。本文首先对STEM教育和Arduino教学进行了简单介绍，然后结合作者的教学实践和思考提出了基于STEM理念的Arduino教学实施策略，最后罗列了在实际教学中还可以进一步完善之处。

关键词：STEM；Arduino；教学实施策略

中图分类号：G434 文献标识码：A 论文编号：1674-2117（2018）15/16-0135-05

当今科技发展日新月异，创客文化席卷全球，中学信息技术教育也紧跟时代发展潮流，新一轮课程改革倡导培养学生的创新精神、计算思维和实践能力。传统的教学科目一直存在着较为严重的“知识本位或技术本位倾向”，而现在所提倡的STEM教育，尤其是基于STEM理念的Arduino教学能够培养学生的问题解决能力、团队协作能力、实践动手能力和设计创造能力，这恰恰是当前学校教育有待加强的部分。

STEM教育与Arduino教学

Arduino是一款开源软硬件平台，具有操作简单、价格低廉、可拓展性强等特点。其教学旨在以Arduino控制板、传感器和各种执行器等硬件为载体，在创客空间的平台下，融合STEM教育理念，培养学生的动手操作能力、想象力、创造力以及解决问题的能力。Mixly（米思齐）是一款为Arduino测控板编程的软件，其编程界面与Scratch编程软件、App Inventor软件等有相似之处，其所具有的“能激发学生学习兴趣、开发过程简单、组件模块丰富、支持即时调试”的特点，使得这款软件可以?m用于初中信息技术拓展类课程课堂教学。

Arduino的课程目标定位为培养学生综合运用各种知识和技能，来解决各领域、各方面、各类型实际问题的能力。STEM教育理念则提供了重新审视传感器等硬件使用方法教学和程序设计教学的视角。把STEM理念融入Arduino教学，强调将过程和方法置于复合的真实问题情境中，倡导将各个领域的知识通过综合的Arduino课程结合起来，加强学科间的相互融合，发挥综合育人功能，让学生在真实情境下学习，在项目活动中应用多学科知识和技能解决问题或进行“创意智造”，从而有助于创新型人才的培养。

基于STEM理念的Arduino教学实施策略

Arduino教学总体来说是教师引导学生在面向真实问题解决的项目探究学习（Problem Based Learning and Project Based Learning）过程中，综合运用各学科知识、相关技术、工程设计思想和科学研究方法来进行问题解决、创新设计与个性化制造，从而达到培养学生STEM素养、创新意识、计算思维和实践能力的目的。在Arduino教学实施过程中，要以STEM理念为指导，巧妙运用各种策略来促进教学目标的达成和促进学生的综合发展。

1.问题引导或项目驱动

教师在进行课堂教学时，应围绕学生熟悉的问题开展教学。引导学生在完成具体项目的过程中学得知识、习得技能、发展思维或提高能力。不论是信息技术拓展课还是学生社团活动，以项目的方式开展教学，问题情境的生活化能够使得知识与学生已有认知的距离感减弱，学生能够置身于真实的生活情境中学习知识、解决问题、设计智造。

在Arduino教学入门课上，教师可以引导学生完成“交通信号灯制作”项目。此项目涉及到物理学中LED的特点及使用方法、程序设计中最基本的顺序结构程序设计、对Arduino UNO板数字输出端口进行高低电平设置和延时时间控制方法（如图1）。这些知识属于物理学和信息技术学科中较为基础的知识，完成这一项目既能使学生获得成就感，也能促使学生掌握最基本的硬件知识和编程技巧。

在实际教学中，应培养学生做生活中的有心人，发现生活中的问题，寻找项目创作灵感。例如，结合学校消防演习活动，可以完成“火灾报警器”的制作。此项目用到的硬件为火焰传感器和蜂鸣器，涉及到程序设计中的选择结构（分支结构），用到了Mixly软件中的模拟输入和串口监视器的使用（如图2）。这一项目主题来源于实际生活，并服务于生活，是一个很有意义的练习项目。

2.协同教学和协作学习

STEM理念倡导跨学科融合，现实问题的解决也常常要用到多个不同领域的知识，但学校开设Arduino课程的教师一般是信息技术教师。信息技术教师虽然具有程序设计和软件使用方面的专业知识，但对物理、音乐等其他学科的知识并不精通。因此，在实际教学中，如果需要向学生传授其他学科的专业知识，可邀请相关学科任课教师来给学生讲授，这就是所谓的“协同教学”。不同的学生有自己所擅长的学科，Arduino课上的任务基本都是由小组协作完成的，教师在分组时应尽量做到使各学习小组“组内异质、组间同质”，一起研究，协作完成每个项目。

例如，“创意门铃”（按下门铃按钮可以播放“两只老虎”音乐）项目制作时虽然用到的电子元器件只有蜂鸣器和按钮，但涉及到音乐（乐谱、音调、节拍）、物理（声音的传播、振动频率与音调的关系）、信息技术（数组、函数的定义与调用）等多学科知识。在引导学生完成这一项目时，教师可邀请音乐教师等来给学生讲授专业知识，也可以让学生以完成课前任务的形式，以小组为单位主动去请教相关学科教师（如图3）。

有时看似很简单的一个项目，也要用到多门学科的知识。例如，“自动变速风扇”项目要求风扇的转速根据人与其距离的变化而发生改变，这个项目用到了物理学中的摩擦力和红外测距原理，也用到了数学中的映射，并且整个项目的难点在于映射的运用（如图4）。

3.实践应用与创意智造

总体来说，Arduino课程教学的开展就是基于问题解决，服务于实际生活。所以在教学实施时要注重实践应用，并引导学生进行创意智造。通过研究性学习活动，给学生体验知识、运用技能、设计作品、拓展思维、收获能力的乐趣，传递反复迭代、精益求精的设计态度，让学生爱上设计，爱上创造，爱上生活。

日常生活中，部分商店门口挂着迎宾娃娃，当顾客进入时就会说“欢迎光临”。我们可以利用可调红外传感器开关设计一款个性化简易迎宾仪（如图5），当设备检测到有人经过时，指示灯亮起并演奏迎宾曲。这就是一个比较基础的实践应用，在这一项目基础上，还可以引导学生进行拓展延伸――制作一款仓库入侵检测装置，当设备检测到有人进入仓库时提醒仓库管理员及时查看仓库监控。

初中生对新鲜事物有较强的好奇心，也有着丰富的想象力和一定的创作欲望。例如，“空气电子琴”是一个创意智造项目，其原理是用超声波测距仪检测手与传感器之间的距离，通过数学运算将其转化为1～7之间的一个音符，再通过蜂鸣器发出相应的声音（如下页图6）。这一项目难度不算大，但很有趣味性，学生制作完成后也很有成就感。当然，创意智造项目应在学生学习过基础硬件知识和编程技巧后，根据来源于生活的创作灵感，自己尝试设计制作创意作品。

4.学科整合与综合发展

近年来，各国开始重新审视全球化背景下的创新人才培养。有研究表明，将不同学科知识以割裂的方式进行教学，是教育界的常见弊端，STEM教育从诞生开始就担负着克服这一弊端的重要使命，并促使STEM逐步进入教育各阶段。Arduino教学应在STEM理念指导下，以现实问题为基点，将多学科、多个应用领域的知识和技能巧妙地融合在一起，设计好项目或课题来引导学生动脑思考、动手实践，进而促进学生思维品质、创造能力的综合发展。

例如，冬天的晚上，睡觉前想把灯关掉，而灯的开关却在几米外的门口，如果能用遥控器来控制灯的开关，会变得方便很多，基于此，可以设计制作一款“遥控灯”。要想完成这一项目，首先要了解常用红外遥控系统中发射器和接收器的基本工作原理，还要综合运用编程技巧（如图7）。

5.在项目真实性与教学内容基础性之间找到平衡

现实生活中，我们会遇到很多问题，然而，大部分真实项目会受到很多因素的制约，有些甚至要用科技前沿知识才能解决。而在Arduino教学实施时，教师要考虑学生的年龄特点、身心发展特点和他们已有的知识储备，教学项目难度要落在学生的最近发展区内，太难或太复杂的研究项目不适合作为教学内容。科学知识、数学知识和程序设计知识都有一定的难度阶梯，学生不能跨越较大的梯度来学习这些知识，因此，在实际教学中应在项目真实性和教学内容基础性之间找到平衡。

例如，“楼道节能灯”的设计与制作（如图8）就是一个兼顾项目真实性与教学内容基础性的研究项目，用声音传感器检测周围环境声音的响度，用光线传感器检测周围环境的亮度，然后判断是否响度较大且亮度较低，满足条件时灯亮起，否则灯处于灭掉的状态。

6.在课时有限性与探究耗时性之间找到平衡

不可否认，“中考”这根指挥棒在初中阶段具有强大的导向作用，教育行政部门、各级各类学校都很重视初中学校中考升学率。信息技术、综合实践等非中考学科课时量较少，而一个真实的综合项目的完成往往需要花费学生较长的时间，在Arduino教学实施中，处理好课时有限性与探究耗时性这一矛盾是很有必要的。

解决这一矛盾的途径之一是设计复杂度适中的项目作为课堂练习任务。例如，“趣味抽奖转盘”是用按钮控制舵机随机旋转一定角度的电动抽奖器（如图9）。这一项目只涉及到三个知识点：随机数、舵机控制、中断。

解决这一矛盾的另一个途径，就是引导学生充分利用课内和课外时间。例如，“打地鼠游戏”是学生熟悉并喜爱的一款小游戏，以此作为探究制作项目，需要花费学生较多的时间。学生可以在课堂上完成“项目功能说明和解决方案的撰写”，在课余时间小组合作完成项目，遇到问题时可向老师或同学求助。

Arduino教学中可以进一步完善之处

1.硬件配备与更新问题

Arduino UNO控制板和各种传感器等设备的购买需要花费一定的资金，在支持开设拓展性课程的学校申请资金相对容易些，但在大部分学校申请经费可能会比较麻烦。教师可以通过申请课题和各种级别的创新实验室项目来获得科研经费。Arduino作为新生事物，发展速度非常快，各种具有新功能的传感器相继问世，此外，为了支持学生创新研究项目的开展，也常常需要购买新的传感器。教师如何通过各种渠道获得研究经费也是一个值得思考的问题。

2.课时问题

基于STEM理念的Arduino教学比较注重项目实现过程中的问题解决和设计实现过程中的方法习得，这种探究性学习比较耗时，在总课时数不变的情况下，应尽可能申请两节课连排。教师可以开通以分享Arduino作品为主的微信公众号，利用各种网络资源，支持学生课后的拓展性学习。

3.功利主义和锦标主义问题

Arduino课程的开展应以促进学生的全面发展为目标，应在一定程度上具有“普适性”。各种青少年科技创新大赛在某种程度上促使部分拓展课异化了发展学生核心素?B的目标定位，部分比赛结果与中考加分相关，教师应避免功利主义和锦标主义在课程实施中出现。

小结

基于STEM理念的Arduino教学是教育改革和时代发展的产物，其所具有的整合性、实践性、趣味性等切合了初中生的学习需求。通过改进教学策略，研发教学资源，Arduino教学能够促进学生的全面发展。

参考文献：

[1]杨晓哲.STEM与创客教育相关的概念溯源[J].中小学信息技术教育，2015（11）：19-20.[2]王娟，胡来林.中小学Arduino机器人特性及其实例开发[J].中国教育信息化，2013（12）：69-71.[3]余圣泉，胡翔.STEM教育理念与跨学科整合模式[J].开放教育研究，2015（4）：13-22.[4]谢作如，谢贤晓.Arduino创意机器人入门――基于Mixly[M].北京：人民邮电出版社，2017.[5]董泽华.试论我国中小学实施STEM课程的困境与对策[J].全球教育展望，2016（12）：36-42.

第二篇：ARDUINO教学设计

基于arduino的信息的编程加工教学设计

一、概述

本节课选自《信息技术基础》（教育科学出版社）第三章第二节：信息的编程加工，一课时。学生在第二章学习了获取信息的一般过程以及因特网信息获取之后，顺理成章的进入了第三章信息加工，第三章第一节讲述了信息加工的一般过程，本节将承接上一节提出的信息加工三种类型中的自动化编程加工，通过对编程过程的体验，让学生了解编程加工的内在机制及计算机编程解决问题的方法和步骤。让学生对计算机编程产生兴趣。而且第三章第三节内容为智能化信息加工，本节创设的arduino环境可以继续让学生体验简单的传感器及机器人应用。

二、教学目标分析 1.知识与技能

（1）了解arduino的编程环境。

（2）初识c程序代码。

（3）了解循环语句的含义及执行过程。2.过程与方法

（1）体验编程解决实际问题的一般过程。

（2）认识算法的重要性。3.情感态度与价值观

（1）感受利用计算机解决问题的独特魅力；（2）初识编程，让学生体会到“计算机编程，我也行”的感觉，培养学生的学习兴趣和进一步学习编程加工的信心。

三、教学重点及难点 1.教学重点

（1）体验计算机编程加工的一般过程；

（2）理解算法的重要作用。2.教学难点

（1）理解用算法描述实际问题在计算机中的解决方案；

（2）理解人的设计在计算机工作中发挥的作用。

四、学情分析

本节课处于必修模块《信息技术基础》的第三章，按我校的教学情况属于高一上学期的内容，教学对象为高一学生。他们虽然在初中阶段学习了信息技术，具备了一定的计算机操作基础，能进行word文字处理、powerpoint演示文稿的制作，excel电子表格软件的操作，也具备了一定的网络知识，但是对大多数学生来说本节课是他们第一次面对计算机程序的编写。学生对编程加工是充满了神秘感和期待的，所以本节课我用和现实生活比较接近的案例激发学生的学习兴趣，通过分析代码引导学生进行思考，了解计算机工作机制，培养学生学习兴趣，为选修模块《算法与程序设计》作铺垫。

五、教学策略选择与设计

本节课采用建构主义教学模式下的抛锚式教学方法。以生活中的霓虹灯视频导入，提出问题：霓虹灯是怎么实现的，可以用人工方式控制么？引出主题：编程序控制led的亮灭，让学生带着问题开始本课的学习。通过分析代码的功能，修改关键的for„next代码形成不同的led亮灭式样等活动，是学生体验编程解决实际问题的全过程，在体验的基础上，构建自己的知识体系，了解计算机编程解决问题的远离，理解算法的重要作用，领会计算机解决问题的独特魅力。部分学有余力的学生可以对本程序进一步修改，形成复杂的led动画。

六、教学资源与工具设计（1）多媒体教学网络教室，arduino开发板以及相应的电路（arduino开发板与计算机的连接事先设置好，相应的led电路连好），网络教室软件。

（2）源程序代码文本文件。

（3）霓虹灯视频、2009年国庆天安门广场光立方视频、arduino控制的光立方视频。

七、教学过程 1.导入课题

展示霓虹灯视频、2009年国庆天安门广场光立方视频、arduino控制的光立方视频。提出问题：视频里的霓虹灯、led光立方是怎么进行控制形成复杂的图案的？使用计算机编写程序进行控制，导入课题：“光与暗的魅力——信息的编

程加工”。2.自主学习

（1）教师示范利用arduino编程控制led的过程，讲解注意事项，初识c语言，讲解使led逐个亮起的for循环语句，简单告诉学生通过upload按钮将程序传到arduino开发板，指出注意事项。

（2）学生自主完成任务1：修改部分代码，观察led的亮灭变化，总结语句功能。

（3）教师分析代码功能，帮助学生理解代码；教师展示将for循环的初始值和终止条件改变让大家观察结果，进一步帮助学生理解代码。

（4）学生自主完成任务2：在同一程序段中加入另外一段程序形成另外的led亮灭效果，进一步体验编程加工的魅力。3.合作探究

提出问题：大家还能想出基于6个led的其他动画样式么？想一想，做一做。4.拓展提升

演示多样化的led动画。5.总结反思

（1）计算机编程加工的独特魅力。

（2）计算机编程解决问题的一般步骤。

（3）算法的概念及其重要作用。

八、教学评价

本课教学旨在培养学生对编程加工的兴趣，了解编程加工的一般过程和算法的相关知识，并不是专门介绍编程的《算法与程序设计》选修模块，评价学生学习成果主要看学生是否能修改好程序并运行，口头评价为主。

九、教学反思

本节课采用建构主义模式的抛锚式方法组织教学，让学生通过实际体验主动形成自己的知识结构。教学以学生体验计算机编程解决问题的过程和理解算法的重要性为主，应让学生明白程序设计语言仅是工具，因此不过分强调编程环境的使用，利用提前准备好的程序代码等资料作为学生的学习支架，可以更好的突出重点，同时也锻炼学生自主学习的能力，激发学生进一步学习程序设计的热情。篇二：arduino教案 创意led 创意led 附录：

1.基础任务：

（1）手势从左到右，点亮 led（2）手势从左到右，led点亮；手势从右到左led熄灭： 2.提高任务（优化程序，解决同时检测到手时led闪烁现象）： 篇三：《基于arduino的二进制编码体验》 教学设计

《基于arduino的二进制编码体验》 教学设计

作者：万春彬

来源：《中国信息技术教育》2014年第15期

● 教学内容分析

二进制的概念对于中学生来说还是比较难掌握的一个知识点，以前我在该模块的教学中主要采取的是理论讲解法，学生会觉得比较枯燥，难以理解。此前，我刚给高二年级的学生开过一期《arduino趣味编程与电子制作》校本选修课，所以在高一《信息技术基础》课程该模块的教学设计上，自然而然地想到了将二者在某些内容上进行结合，用生动有趣的实验辅助教学以提高教学效率。

本节课选取《信息技术基础》（浙江教育出版社）第一章第二节《信息的编码》的部分内容，同时整合了第三章第四节《信息编程加工》中的部分内容。本节创设的arduino环境可以帮助学生掌握二进制编码的概念，将二进制计数器变为现实，同时使其对计算机编程产生兴趣。

● 学情分析

按学校的教学安排，教学对象为高一学生。他们经过初中信息技术课程的学习，掌握了计算机的基础操作，具备了一定的网络知识。但是对大多数学生来说，这是他们第一次编写计算机程序。学生对编程加工往往充满了期待，但是面对由数字、符号组成的程序，他们又有畏难情绪，还可能觉得枯燥。所以本节课我用看得见、摸得着的软硬件相结合的实验任务，通过分析代码引导学生进行思考，了解计算机的工作机制，培养学生的学习兴趣。

● 教学目标

知识与技能目标：了解arduino的编程环境，初识c程序代码；了解二进制编码的概念和二进制计数系统的特点。

过程与方法目标：体验二进制编码的一般过程；引领学习与自主学习相结合。

情感态度与价值观目标：通过信息的二进制编码与二进制计数的学习讲解，进一步学习计算机原理，不断探究新知，了解科技新领域；培养自主探索、协作研究的精神，鼓励善于发现问题、提出问题，并分析、解决问题；初识编程，感受利用计算机解决问题的独特魅力，培养学习兴趣。

● 教学重点及难点

教学重点：体验二进制编码的一般过程；理解二进制计数的方法。

教学难点：理解二进制计数的方法。

● 教学资源与工具 多媒体教学网络教室，arduino开发板以及相应的电路元器件；部分源程序代码文件；arduino控制的光立方展示作品。

● 教学过程

1.创设情境，导入课题

教师首先将在高二校本选修课《arduino趣味编程及电子制作》课上制作过的一个4×4×4矩阵led光立方作品展示给学生，他们一下子就被这个炫彩的光立方吸引了，激发了进一步学习的兴趣。教师顺势提出本课问题：这个光立方是被谁控制的呢？它是怎样形成复杂的图案的？大家想不想做出自己的炫彩矩阵效果灯呢？教师发出邀请：那就让我们一起从arduino控制led小灯开始吧。

导入课题：揭开光立方的秘密——基于arduino的二进制信息编码体验。2.arduino控制led小灯初体验 本体验任务的目标是让学生了解并掌握利用arduino编程控制led灯的过程（如下页表 1），各项难度指标都属于入门级，一般学生都可以完成。

教师首先讲解使用到的硬件及其连接方法，然后示范利用arduino编程控制led灯的过程，说明注意事项。在互动体验学习环节中，教师和学生一起连接好电路，一起解读相应的代码，并告诉学生打开或关闭led灯的命令。学生可以自行修改代码，选择打开或者关闭，然后编译代码并上传到arduino开发板，就可以让程序控制小灯了，同时提示学生观察结果。教师巧妙设计、分解任务单，从小的、简单的任务开始，显性任务虽然只是简单地记录了小灯的状态，但却为编码概念的提出作了铺垫。图1为连接电路图及主要程序代码。3.自主学习：控制两个led灯

教师抛出问题：用一个led灯能实现光立方吗？这个问题的答案显然是否定的。教师继续抛出问题：那要不要再增加一个led灯，并实现对两个led灯的控制（如表2）？教师分发新的任务单和实验材料，一个电阻、一个led灯以及连接用的导线。图2为连接电路图及主要程序代码。学生在任务一的硬件电路基础上，增加两个新的元器件的难度系数也是适中的，最终轻松地完成了电路的调整。教师让学生自主学习修改任务一中的程序，使两个led灯亮或者灭，并记录自己的两个led灯的状态。

教师通过电子教室回收并展示学生的任务单。有的学生用中文亮、灭描述，有的学生用英文on、off描述，有的用数字1、0描述，这些正是教师预设想要的结果，为讲解编码的概念埋下了伏笔。

教师指出学生的描述都是正确的，对状态用不同的形式进行记录的过程就是编码的过程。教师引出本节课的一个重要概念：从一种形式或格式转换为另一种形式就是编码。编码就是用预先规定的方法将文字、数字或其他对象编成数码，或将信息、数据转换成规定的电脉冲信号。

虽然每个人对于每个灯的状态的描述用到了不同的语言或形式，但每个人都是只有两种情况，这和二进制只有两个基本数字是一致的，所以学生进行的编码过程也可以称为是二进制形式的编码。

数字化编码，为了统一编码结果的形式，方便交流，对于每一个led灯，灭的状态用数字0表示，亮的状态用1表示。请学生修改自己的任务单，把结果数字化表示。引出本节课的第二个重要概念：用数字0和1表示的编码就是二进制编码。同时指出，数字系统中常用的编码有两类，一类是二进制编码，另一类是十进制编码。再次回收数字化后的编码结果，并和学生一起进行结果的汇总，将数字化后的编码写在黑板上，最后发现只有4个不同的记录。抛出问题：控制两个led灯，还有没有其他的不同状态？经过大家的讨论和验证，得出了一致的结论，两个led灯的亮灭状态一共有4种：00、01、10、11。

4.轻松升级：控制三个led灯

看似简单而重复的任务升级，但是其作用和意义都是巨大的。教师设计这一系列任务的过程中，始终坚持循序渐进，逐步深入，最终达到其义自见的目标（如表3）。

至此，学生们已经从现象中很好地掌握了二进制编码的意义与具体实现方式。本节课另外一个重要的教学内容是二进制计数。之前发给学生的任务二、三表格的最后都预留了一个空列。此时，可以让学生一起在最后一列的表头写上计数，然后请他们将前面的编码状态进行计数的编号。

例如，在任务二中，依次将“00，01，10，11”这4个状态的计数值填写为0、1、2、3，并简单解析十进制计数值的增长与对应的二进制编码增长的对应关系。任务三的计数要复杂一些，教师作为课程的设计者，在这个环节要有意识地引领学生进行思考，并对学生的操作及时做出指导，帮助学生更快地建立起正确的概念。5.合作探究：制作简单的led灯二进制计数器

学生之前完成的任务显示的是固定的某一种状态，也可以说显示的是某个十进制数的二进制形式，如果要改变成用二进制形式来显示，必须修改源程序。提出本节的一个提高任务：依次显示所有的3位二进制数。实现一个简单的二进制计数器的功能。

本课采用简单的延时处理，实现不同状态的显示，避免涉及更多的c语言知识，如循环语句、数组等。学生实现这个任务只要用顺序结构，在显示出某个二进制编码状态后，用 dalay(1000)命令延时1秒，然后再显示下一个编码状态，重复这样的过程即可。程序上没有新增难度，但是实现的效果完全不一样，学生可以看到跳动的led灯，对他们来说又是一个很大的惊喜，同时对于二进制计数、二进制加法的理解有很大的帮助。

这个环节，我看到学生的led灯的跳动方式对应的二进制计数有从小到大，也有从大到小，也有些小组的结果是乱序的。所以这个环节，需要留出足够的时间，让学生多观察、多修改自己的代码，同时仔细观察led灯跳动之间的关系，充分理解二进制计数的概念。6.小组讨论：光立方简单吗

学生在完成三个任务后，自然会思考：光立方该怎么实现呢？该不会就这么简单吧？确实没有这么简单。经过小组讨论，得出制作光立方可能会存在困难的结论。因为arduino的接口是有限的，那么可以连接的led灯数量也就受到了限制，所以需要用到其他辅助芯片来扩展接口，并在程序的代码实现上要采取更高效、更便捷的方式。这就需要继续学习其他的课程内容，以激发学生继续深入学习的热情。

● 教学反思

本节课采用任务驱动教学法，教师要多从学生的角度出发，坚持以学生为本，以学生为主体，换位思考，多反问自己，精心设计任务，循序渐进，对于每一个任务的难度系数都做充分的考虑，保证梯度上升。设计的三个看似简单、重复的任务，学生却做得兴趣十足，学生在实践中主动形成自己的知识结构，进一步体验编程加工的魅力。如果能融入更多动手实践的环节，那么可以进一步提高教学的效果。篇四：arduino创意机器人：创意小风扇教学设计(高中信息技术精品)创意小风扇 2课时

一、教材分析

本专题是自编教材《arduino创意机器人》中第二章《智能风扇》的最后一个专题，为满足学生动手操作的时间需求和保持机器人教学的连贯性，专题均采用2课时连续上的模式。本专题主要涉及到舵机和数字防跌落传感器两个器件，并通过舵机制作出摇头风扇，通过数字防跌落传感器制作出自动跟踪风扇，最后通过几种传感器的介绍，抛砖引玉，引导学生有更多的创意。在本专题之前的两个专题中，教材安排了声控风扇、换挡风扇、自动变速风扇、遥控风扇等内容，而在本章之前的《智能led》一章中也安排的有数字防跌落传感器的相关内容，均为本专题的学习奠定了基础。

二、学生分析

本专题的教学对象是高一学生。通过前面章节的学习，学生已经熟练掌握了arduino机器人的输入输出，基本掌握了常见传感器的使用方法。另外，通过之前的积累，学生对arduino机器人已经产生了更加浓厚的兴趣，在动手操作与编程能力方面都有了显著的提升，对arduino机器人的创意设计也有了更多的个人想法。

三、教学目标

1、知识与技能

掌握arduino机器人中舵机的使用； 掌握数字防跌落传感器的使用； 进一步熟悉常见传感器的使用。

2、过程与方法

在教师指导下，通过模仿制作出摇头风扇和自动跟踪风扇，通过积极的创意，理解创作arduino机器人的一般过程与方法。

3、情感态度与价值观

通过用arduino机器人设计并制作创意风扇，增加对arduino机器人课程学习的兴趣以及动手解决实际生活问题的兴趣。

四、教学重难点

教学重点：舵机和数字防跌落传感器的使用。教学难点：识别手势控制舵机。

五、教学流程 篇五：arduino选修课闪烁灯教学案例 arduino选修课闪烁灯教学案例

作者：张秀常

来源：《中小学信息技术教育》2015年第02期

自2012年7月浙江省高中课程改革以来，我校信息技术教研组陆续研究、开发并开设了图像处理、动画制作、趣味编程等7门选修课程。其中，arduino创意电子设计课程因为融机械、传感与控制为一体，学生在手脑并用解决实际问题的过程中充分提高了逻辑思维、判断与动手创新能力，成为我校众多选修课程中最为火爆的一门。

教学目标 1.通过制作闪烁灯，学会led与arduino控制板数字口的连接，了解编程的一般过程，掌握ardublock的基本模块与语法。2.体验由自然语言描述到程序编写的一般过程。3.在使用可视化编程环境中，激发学生对编程的兴趣。

教学重难点

重点：硬件的搭建，数字口的输出。

难点：个性化的ardublock编程。

教学准备 arduino三合一控制板、黄色红色蓝色led各一块、usb线、面包线三条，在学生机房环境中并安装可视化编程环境ardublock，学生四人一组。

教学过程

1.由生活实例引发教学情境

师：在我们的生活中，会有各式各样不同形状、不同功能的灯出现，甚至也有个性鲜明的灯（如图1）。

师：请同学们讨论一下这三种灯的不同作用以及它们是如何进行控制的？

师：前一章的学习中，我们已经体验了arduino电子作品的魅力，但是我们并没有自己动手去完成制作，现在我们就要来一起制作一个属于自己的led闪烁灯。2.练习室阶段：一个led闪烁灯

教师介绍硬件环境的搭建：led（light emitting diode，发光二极管）是一种能够将电能转化为可见光的固态半导体器件，颜色有白、绿、蓝等；高低电平可以驱动led的亮灭。led发光模块有三根针脚，接线的时候黑线接gnd，红线接vcc，绿线接数字口。数字口0和

1不能接，它们用于arduino与计算机通信。

学生四人一组开始硬件环境的搭建。

教师引导学生具体分析一个led闪烁灯的实现，并用语言描述。数字口的输出只有两种情况，0（low）或1（high），我们既可以读取数字口的值，也可以给它输入一个值（0或者1）。以led为例，我们给数字口一个1（高电压），led被点亮；给数字口一个0（低电压），led被熄灭，同时还可以给予时间上的控制。教师演示ardublock编程，如图2所示。

图2 一个led闪烁灯的编程

学生四人一组完成调试，强调led发光模块针脚的区别与arduino控制板对应的数字接口。

设计意图：在教师的带领下，学生尝试设计一个简单的led闪烁灯的全过程。硬件环境搭建、自然语言描述、ardublock编程和完成调试这四个步骤，为下一步设计更加复杂的作品打下扎实的基础。

3.提高阶段：模拟交通灯设计

教师引导学生分析模拟交通灯的现象：红灯亮a秒之后灭掉，绿灯亮b秒之后灭掉，黄灯亮c秒之后灭掉，依此类推。

学生四人一组进行硬件环境的搭建。教师提示：将三个不同颜色的led分别接在arduino控制板的数字口上时，注意针脚的数字值是什么。

教师引导学生用自然语言描述模拟交通灯的实现。如红灯亮a秒之后灭掉的现象，我们给数字口一个1（高电压），led被点亮，给予时间上的控制为a秒，再给数字口一个0（低电压），led被熄灭，其他颜色灯也如此。

学生开始ardublock编程，如图3。

图3 模拟交通灯的编程

设计意图：在模拟交通灯的设计过程中，学生主要运用可视化编程环境ardublock中的基本模块与语法来尝试实现生活中的一个现象，为下一步实现自己的创意作品打下基础。4.创意阶段：跳动的音符灯

教师引导：在“中国好声音”节目中，你见过随着音乐而跳动的灯吗？如图4。师：在设计跳动的音符灯时，主要考虑什么问题？

生：led灯的点亮时间、持续时间与熄灭时间。

师：如何同时点亮两个或多个led灯？

学生针对自己的个性化音符灯进行具体分析，教师组织学生四人一组讨论可视化编程环境ardublock中的基本模块，如延迟与时间的设置。

学生四人一组在编程环境ardublock进行编程，以实现自己的个性化音符灯。

设计意图：跳动的音符灯的设计，是让学生在掌握ardublock中的基本模块与语法的基础上，通过自己思考、动手实践，来设计出个性化的arduino创意电子作品，进一步增强学好arduino创意电子选修课程的信心。5.作品评价

学生以小组为单位，向大家展示音符灯的设计，并在ardublock中说明设计思路。

教师引导学生如何去评价arduino创意电子作品的设计：一是作品的硬件搭建是否正确与接口连接的整洁。二是编程设计是否正确并调试效果明显。三是作品的设计是否融入自己的想法。

（作者单位：浙江象山中学）

专家点评： arduino创意电子设计是一门涉及信息技术、电子电工、传感技术等多领域的交叉学科，其教育实施正是促使学生整合科学、技术、数学领域的知识，以工程标准化的思想进行综合实践的过程，具有较强的教育价值。该选修课程的开发与实践也对教师在多领域交叉学科上的知识、如何进行交叉学科的教学等方面提出了挑战，张秀常老师敢于尝试的勇气与努力是值得肯定的。

从闪烁灯教学案例的设计过程上看，由练习阶段、提高任务到创意作品的三步教学，不但照顾到了不同学习起点、不同认知水平的高一新生，而且在学习可视化编程环境ardublock的梯度上，也做到了环环相扣、层层递进。随堂听课时我发现，学生学习积极性高涨，学习的效果也非常不错。

第三篇：STEM理念下的简易机器人教学研究

STEM理念下的简易机器人教学研究

● STEM教育与机器人教育

1.STEM教育

STEM教育理念是当前国际上颇有影响力的教育思想之一，这一理念强调科学（Science）、技术（Technology）、工程（Engineering）、数学（Mathematics）四个领域的交叉融合与运用。在STEM教育中，科学素养是重点，是为学生将来进一步从事科学研究打基础的；技术素养和工程素养则是在实际的社会分工中普遍体现的，它以明显的应用特点为科学研究提供工具和思路；数学素养是STEM教育的基础，技术深入、工程论证、科学推理和建模都需要数学作为基础。[1]

2.简易机器人教育

作为高中通用技术课程的选修模块，“简易机器人制作”课程的开设成为当前中学进行素质教育的突破口。有些高中甚至面向全体学生开设机器人课程，让机器人教育进入课堂，进入每位学生的生活学习中。这一活动的综合性以及知识技术应用领域的广泛性，为培养学生的动手能力、逻辑思维能力、分析和解决问题的能力、合作能力等提供了良好的平台。

3.STEM与机器人教育的整合

STEM教育建立在集成其他学科知识，并融合成一个新的整体框架的基础上，它把这一整体的最佳结合点展现在学生面前，这也正体现了当前机器人教育的诉求。

STEM理念下的机器人教学充分体现了学科的综合性、实践性，其核心价值在于对学生创造思维以及实践能力的培养（如图1）。而这种价值的成功与否，关键在于课程体系中教学设计、教学模式和教学方法是否具备创新性。

● STEM理念下的简易机器人教学活动设计

STEM理念下的简易机器人教学需要放在“活动”的结构中来实施课程。而依据传统教学模式开展的机器人教学则很少考虑“活动”在整个教学过程中发挥的作用。美国国际技术教育协会提出了STEM取向的课程架构，以工程问题解决为主轴，再辅以技术（设计）、数学与科学相关知识，发展专题导向的教学模式，以培养学生科学知识整合的能力并激发学生学习工程的兴趣。它利用工程设计的方法把课程中需要学生掌握的科学知识和方法集合成具体的项目，通过解决核心问题的活动使学生经历科学探究以及工程设计的过程，给学生呈现的课程任务是一个需要执行产生最终产品的一项或多项任务，产品可以是一个问题的解决方案、一个模型或者一个成型的设备，而项目活动的高潮则是一个口头或者书面形式的产品展示以及具体的活动过程介绍。[2]

基于这一理念，结合简易机器人教学的实际需求，在整个活动过程中，教师始终以系统问题解决为中心，通过任务驱动，在创设的情境中明确目标，通过活动的实施与评价，实现系统问题的解决，STEM理念下的简易机器人教学活动设计如图2所示。需要特别说明的是，在情境创设过程中必须要明确学习目标，学习目标既是教学活动的起始点，也是教学活动的最终落脚点，是对学生参与学习活动后，在认知知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观领域获得成长的预期，同时目标的设计也要能体现学生对STEM理念学习的强调。例如，在使用超声波传感器进行感应接力的实际应用中，关于超声波传感器的工作原理和程序编写过程中涉及的分支结构均属于知识范畴，且前者属于感知科学范畴，后者属于编程技术领域。具体的设计过程将通过“机器人接力赛”的教学案例进行分析。

● “机器人接力赛”教学案例

STEM理念下的简易机器人教学，采用项目教学法实施教学，硬件采用Lego mindstorms NXT教育机器人套件以及配套的可视化编程软件。学生在学习本项目前已经对乐高构建有了一定的经验，熟悉了编程软件的基本操作，并有了使用传感器的经验。教师可以将班级中的48名学生分成16个小组，每个小组3名学生，4个小组作为一个团队参加比赛。

1.活动主题：机器人接力赛

2.活动目标（如右上表）

3.活动设计

“机器人接力赛”的任务将由4台机器完成，学生自主设计不同角色的机器人，共同完成机器人接力，场地如图3所示，1号机器人从起点出发，到达2号接力点时，1号机器人停止，2号机器人前进，依次类推，最后4号机器人在终点处投放物体。

机器人活动的项目设计作用在于从活动理论的角度去考虑机器人教学活动如何建构。总体而言，活动设计包括活动内容和活动流程设计两部分：活动内容的设计包括对任务、规则、分工以及工具等的设计；活动流程则是对具体活动完成序列的规定，该序列有助于活动实施过程的有序组织。

4.活动实施

（1）情境设计（10分钟）。研究阶段实际为对问题的深入理解和界定。教师在该阶段引导学生关注运动途中的巡线问题以及接力过程的感应，给出模拟流水接力的问题情境，将学生带入问题。学生通过《机器人接力赛任务说明》以及实体场地获得对该任务的深入理解，以团队讨论的方式梳理解决问题的关键点以及可能的解决方案。同时，教师讲解关键知识点，如光电传感器的原理及基本的使用方法等。

（2）活动计划（10分钟）。对问题解决的过程进行规划，包括明确定义问题、对问题解决进行任务的拆解和分工、时间规划、资料的收集和整理等。这一阶段的重要工作是由小组合作转变为团队合作，不同小组之间要讨论不同角色的机器人结构特点以及感应前一个或后一个机器人的方式。

（3）结构设计与调试（60分钟）。按照任务要求搭建机器人并编写程序代码，其中包括对相关知识点的学习过程以及传感器的应用。将载入程序的机器人放入实体场地进行调试，对方案中结构搭建或程序编写方面存在的不足进行实时修正。

（4）比赛总结（10分钟）。即任务完成情况的展示和项目管理过程的报告及讲演，以团队为单位演示机器人在实体场地中完成接力任务的全过程，并对团队合作过程进行口头报告。

机器人课程在培养学生的STEM素养方面具有独特的优势，在机器人教育中体现STEM理念也将是未来教育的发展方向。如何更好地在具体的课程中实施这一理念，是值得广大机器人教育者认真思考与研究的问题。

参考文献：

[1]许松彦.STEM教育视野下的智能机器人竞赛活动实施[J].中国信息技术教育，2015（04）.[2]李杨.STEM教育视野下的科学课程构建[M].金华：浙江师范大学，2014.[3]吴秀凤，陈奕贤.STEM理念下中小学Arduino机器人教学模式研究[J].福建电脑，2015（5）.[4]王同聚.中小学机器人教学模式的探索与实践[J].教育信息技术，2014（9）.基金项目：本文系江苏省现代教育技术研究2015重点课题“简易机器人校本课程的研究与开发”（课题编号：2015-R-41544）阶段性研究成果。

第四篇：STEM教学收获感悟范文

【收获感悟】

STEM教学并不是简单地将科学、技术、工程和数学组合起来，它是一种新的教育理念，以项目引领的方式，让学生通过一个项目将学到的零碎的知识与机械记忆过程转变成探究世界相互联系的过程。

与传统科学活动相比，STEM活动考虑到材料预算节约成本，以及实验数据的统计，都在潜移默化的培养学生的数学素养，加深学生对科学概念的理解，促进工程问题的解决。

在搭建桥梁模型的工程中，设计图纸是非常重要的环节，要考虑到桥梁结构、连接方式、材料预算、施工顺序等内容。学生在整个项目的活动过程中，不仅是制作者，更是设计者。每次制作发生改动，都必须先修改设计图，再来制作。把思考的过程在设计图上体现出来，更好的发展他们的技术思维。

这样一个反复迭代的过程让学生亲身经历了科学探究的“复杂”过程，每次的迭代都能产生新的火花，促使学生的思维和技术能力不断提升，学生们不但乐于参与这样的活动,且在整个活动中终保持高度的热情和积极性。

第五篇：小班化教学实施策略

“六环节”小班化教学实施策略

周营镇陶官小学

二零一五年五月

“六环节”小班化教学实施策略

小班化教学提出的5个百分百，即教师对学生的课堂关注度100%，学生的课堂参与率100%，作业完成率100%，目标达成率100%，个别辅导率100%。其核心理念是：“关注每一个，发展每一个”，它的魅力在于激活每一个学生的成长潜能，提升学生的精神品质，张扬每一个学生的个性风采，绽放每一个学生的生命精彩。真正做到教育的公平。就小班化教学我校的具体做法是 一、四个方面探索。

（一）“六环节”课堂教学模式策略

课堂是小班化教学的主阵地，我校依托区“三为主、五环节”的区级教学模式，结合学校自身的优势，积极打造学校的“六环节”小组合作教学模式，到2014年，参加全区十大课堂展评，学校的模式已基本成形，教师能够很好的掌握运用，模式对教学质量的提升有了彰显。“六环节小组合作”教学模式六个环节具体为：

1．认定目标，独立自学（自主学习阶段）2．小组交流，互助落实（互助合作阶段）3．课堂讨论，质疑解疑（总结提升阶段）4．回扣目标，训练巩固（反馈矫正阶段）5．当堂检测，达标过关（达标检测阶段）6．拓展延伸，反思升华（课后探究阶段）。

在此基础上探索形成各学科、各课型不同的小班化教学模式。第一、要求教师在课堂教学中要注意以下四个方面

1.让兴趣成为前提。学生有了兴趣就没有了负担，任何困难都会解决，兴趣，让学习成为好玩儿的事情。——让学生想学，具备主动学习的动机和意识。

2.让预习成为习惯。目前的教学学生明显课前准备不足，要把作业减下来，让学生养成预习的习惯，让学习成为有计划的事情。——让学生会学，具备一定的自主学习能力。

3.让方法成为关键。课堂上我们要交给学生解决问题的规律、方法等，让学习成为有窍门的事情。——让学生善学，具备最有效的学习方式和策略。

4.让责任成为核心。学习要调动学生的情感、态度、价值观等非智力因素，要注重德育的渗透，让学习成为必须完成的事情。——让学生坚持学，具备持续学习的意识和毅力。

第二、要求教师在小班化教学课堂模式运作中落实五个百分之百 1.【自主学习探究质疑】

学生在教师提前预设问题的引导下，通过自己对文本的阅读，结合生活体验生成自己对问题的初步理解和看法。

2.【合作交流 研讨释疑】

学生初步的学习成果通过小组的定向互动交流，进一步得到印证和完善；自己未解决的问题通过交流寻求解决。

3.【展示质疑 生生互动】

学生通过板书、口述、画图、表演等多种形式展示自己小组的学习成果；其他学生通过补充、更正、评价的方式使学习的效果增值；同时学生可以通过质疑在课堂生成新的问题和新的知识供大家交流探究。

4.【点拨提高 教师帮扶】

教师在学生小组合作学习探究极限或学生认知水平极限情况下，对学生的小组学习的问题进行点拨，帮助学生更好的解决未能解决的问题；同时教师还应帮助学生理清知识脉络联系，使学生对于所学知识有一个“面”的认识。

5.【强化记忆 突出重点】

教师通过对小组合作学习内容中的重点知识、难点知识或已经了解了的重点句、篇、公式、结论等以小组竞赛形式进行强化记忆，加强知识的落实，为学生能运用这些知识做好铺垫。

6.【训练检测 反馈矫正】

教师通过小组内成员互测、异组对测、黑板板书、默写、课堂检测等多种形式，检查学生知识的掌握运用情况，出现问题及时矫正，并对小组的学习情况给予恰当评价。

（二）小组合作学习策略 1．建立学习型组织

我校把各班学生按“组内异质、组间同质”的原则，根据性别比例、兴趣倾向、学业水准、沟通能力、守纪情况等合理搭配，分成学习小组，每组4---6人，按长方形围坐，以便启发引导之后，学生面对面地进行小组讨论。

小组人员分工及分工标准：根据每个人的特长不同进行不同的分工。善于组织活动的学生为组长；善于记录的学生为记录员；善于表达的学生为中心发言人。为了让每一名学生都得到锻炼，定期轮换主发言人，每人都有发言的机会，在主发言人表达之后，如有遗漏，中心发言人可以补充。

通过小组文化建设，例如，小组的名称，口号，小组约定等增强各小组的凝聚力。依据学生的学业水平，给学生编码，有利于教师在课堂教学中做到分层教学。

2．明确学习目标

教师依据课时教学目标，把目标转化为操作性强，学生易于理解、接受的语言，以问题导航的形式呈现。辅助以自学指导，各学习小组在组长的带领下，共同完成学习目标。

3．采取多样的合作学习方式

自学、对学、组内学、组间学。教师根据学习内容的难易程度，确定使用不同的学习方式。自学时学生记下疑惑，对学时交流解决，组学时形成共识，组间交流做到相互补充，对抗质疑。从而把要解决的问题分析透彻。

4．评价及时合理

发挥评价的诊断、鉴别、调节、激励的作用，小班化教学教师的评价主要目的是激励学生，评价方法多元化，改变单纯通过书面测验和考试来检查学生对知识、技能的掌握情况，倡导运用多种评价方法，评价手段，评价工具。综合评价学生在情感、态度、价值观、创新意识和实践能力方面的进步和变化。

（三）分层教学策略

小班化教学提出关注每一个学生，面对学生的差异，采用分层教学，根据学生的学业水平，教学不同的内容，提出不同的要求，完成不同的任务，这样学生才能得到发展。从以下几个方面做到分层教学。

1备课分层 2课堂教学分层 3课堂检测分层4作业布置分层

（四）课前准备策略

根据学科的不同特点，布置前置性作业，让学生在预习的过程中，解决基础性的问题，并把个人的疑惑记下来，以备课堂小组交流时，有目标的听讲。如语文：课前的预习，解决生字词，并做到能够流利的朗读课文，大体的概括文章的大意。对在课文中不理解的词语意思记下来。课堂中重点的听，如数学的图形课，课前自制图形、模型。在课堂中就能够从体验入手，学生也就比较容易掌握新知 二、四个方面建设：

1．校园环境的建设（硬件方面）——要进行小班化教育改革，学校的环境建设就不是只为了环境而建设，而是在一定程度上体现着学校的办学思想和办学理念，我校对校园的绿化区、教室、办公室、走廊、文化墙的进行了重新的布置，彰显小班化教育改革的温馨环境。

2、课堂教学的建设（软件方面）——建立“活跃、宽松”的课堂教学环境。我们要求教师在教学过程中主动建立具有教育性、实践性、创造性的以学生主体活动，以激励学生主动参与、主动实践、主动思考、主动探究、主动创造，以促进学生整体素质提高为目的的教学观。在课堂教学要求中，除了关注知识技能之外，更注重学生学习过程的情感因素，我们追

求充满情感的教学，让学生处于愉快、兴奋、饱满的情绪中，为学生自主参与学习创设了良好的情绪背景，让学生在学习知识的同时获得——好学、乐学的人格特征。

3．人际关系的建设——小班化教育，十分强调构建和谐的师生关系，使班级成为师生共同成长的摇篮。我们要求教师不断尝试互动教学、角色教学、分层教学等多种策略，探究分组教学、个别指导、鼓励教学的方法手段，不断提高业务水平，在教学探究实践中师生共同成长。

4．评价体系建设——改变以分数高低评价教师教学、学生学习状况的方法，重新设置教学评价体系，以“学习气氛是否活跃，双基是否落实，学习目标是否达成”作为新的教学评价。让教师在课堂上有个性发挥的空间，让学生成为课堂真正的主人。课堂不再是学生成绩的竞技场，而是他们成长的温馨家园。一是对教师的评价。改变原来的期末、年终考核的做法，注重教师课堂教学过程评价，考虑到小班化教育的特点，建立对教师组织学生交往合作方面的评估和个性化教学的评估方法。以此来评价教师的课堂教学理念、课堂教学方法，促进教师教学观念的转变和教学方法、教学手段的更新。二是对学生的评价。改变原来只评价学生知识的掌握，而对学生的综合素质与能力的评价较少的做法，确立全面、正确、客观的评价体系。建立对学生交往合作方面的评价方法，发挥个性方面的评价和学业成绩的评价。对学生的评价要注重老师的评价和学生相互的评价以及学生的自我评价，注重过程性评价。

周营镇陶官小学 2015年5月27日