教學(xué)設(shè)計課題《ARDUINO電子設(shè)計與制作——好用的按鈕》一、教學(xué)目標(biāo)1.通過兩人小組合作探究，了解按鈕的物理屬性，掌握按鈕抬起、按下與高低電平的對應(yīng)關(guān)系。2.通過四人小組合作，發(fā)揮創(chuàng)意，設(shè)計并制作具有一定功能和現(xiàn)實意義的作品。3.通過項目制學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生會學(xué)習(xí)、善創(chuàng)新、愛分享的學(xué)習(xí)精神和態(tài)度。4.在設(shè)計、創(chuàng)造、展演的活動中，理解創(chuàng)客文化。二、教學(xué)重難點分析及解決措施1.教學(xué)重點：按鈕的屬性。引導(dǎo)學(xué)生兩人小組合作探究，編寫程序?qū)階RDUINO主板，通過按下和抬起按鈕，觀看LED燈的亮滅，理解按鈕的屬性。2.教學(xué)難點：組合使用LED燈與按鈕設(shè)計與制作具有創(chuàng)意的作品。引導(dǎo)學(xué)生四人小組合作完成，教師給予學(xué)生充分的指導(dǎo)，同時給予學(xué)生較為充裕的時間來完成。三、教法與學(xué)法講授法、示范法、項目式學(xué)習(xí)、合作學(xué)習(xí)、演示法四、器材準(zhǔn)備多媒體微機(jī)室、USB數(shù)據(jù)延長連接線、ARDUINO主板及連接線若干、按鈕若干、各色LED燈若干五、教學(xué)設(shè)計教學(xué)環(huán)節(jié)環(huán)節(jié)目標(biāo)教學(xué)內(nèi)容學(xué)生活動環(huán)節(jié)一：理解創(chuàng)客內(nèi)涵，問題導(dǎo)入新課理解創(chuàng)客內(nèi)涵，通過視頻中的攔車事件引出課題。1.創(chuàng)客的定義和特征；2.攔車視頻。認(rèn)真聽講理解創(chuàng)客內(nèi)涵，觀看視頻，思考紅綠燈變換的優(yōu)化方案，自由發(fā)言，表達(dá)自己的想法。環(huán)節(jié)二：完成學(xué)習(xí)準(zhǔn)備學(xué)生根據(jù)學(xué)習(xí)準(zhǔn)備要求，兩人小組完成硬件和軟件的準(zhǔn)備，為接下來的學(xué)習(xí)做好器材準(zhǔn)備。多媒體教學(xué)系統(tǒng)出示學(xué)習(xí)準(zhǔn)備要求，學(xué)生按照要求完成學(xué)習(xí)準(zhǔn)備，并在學(xué)習(xí)記錄單上做好記錄。兩人小組，一人負(fù)責(zé)檢查硬件的數(shù)量和ARDUINO主板與電腦的連接情況，一人負(fù)責(zé)填寫任務(wù)單。環(huán)節(jié)三：溫故知新溫故LED燈與ARDUINO主板的正確連接方式，熟練在Mixly軟件中編寫程序控制LED燈的亮滅。1.LED燈與ARDUINO主板的正確連接。2.編寫程序?qū)崿F(xiàn)LED燈亮一秒滅一秒。1.回憶正確的連接方式，并分享自己的觀點。2.兩人小組合作實現(xiàn)LED燈亮滅的控制。環(huán)節(jié)四：認(rèn)識按鈕，探究按鈕屬性1.通過認(rèn)真聽教師的講解，自主體驗按鈕的操作，熟悉按鈕的基本特點。2.通過兩人小組合作探究，明確按鈕抬起、按下與高低電平的對應(yīng)關(guān)系。1.多媒體教學(xué)系統(tǒng)與按鈕實物相結(jié)合，講解按鈕的基本特點。2.多媒體教學(xué)系統(tǒng)出示探究任務(wù)，分析任務(wù)要求，引導(dǎo)學(xué)生探究按鈕的屬性。1.聽講、體驗按鈕的按下與松開操作，了解按鈕的物理屬性。2.學(xué)生將LED燈、ARDUINO主板、按鈕相連。編寫程序并上傳到ARDUINO主板，按下、松開按鈕，觀看LED燈的亮滅，概括按鈕的按下與抬起與高低電平的關(guān)系，并將結(jié)果填寫在學(xué)習(xí)任務(wù)單上。3.上臺交流。環(huán)節(jié)五：綜合實踐，我愛“創(chuàng)”通過綜合任務(wù)“我愛創(chuàng)”，學(xué)生小組發(fā)揮創(chuàng)意，能夠靈活運用所學(xué)知識將創(chuàng)意轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實作品，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識和精神，達(dá)到學(xué)以致用的目的。自主創(chuàng)編故事或者設(shè)計故事情景，利用按鈕和LED燈創(chuàng)作作品。四人小組合作，按照要求制作作品。環(huán)節(jié)六：作品展演與生生互評通過上臺展示、分享作品，形成愛分享、會分享、善分享的意識和能力，生生互評培養(yǎng)學(xué)生的審美能力。講述作品創(chuàng)意并展示作品四人小組為單位上臺展示、分享作品，其他同學(xué)觀看并評價環(huán)節(jié)七：總結(jié)本課，升華主題通過師生共同總結(jié)，升華對創(chuàng)客精神與文化的理解。總結(jié)本課，再次陳述創(chuàng)客的內(nèi)涵思考、分享、聽講，深化對創(chuàng)客的理解六、教學(xué)流程圖學(xué)情分析本課《好用的按鈕》整個ARDUINO電子設(shè)計與制作的第二課時，是學(xué)生在了解ARDUINO主板及主板與各器件正確互聯(lián)、Mixly編程軟件和LED燈的相關(guān)知識后進(jìn)行的，學(xué)生具備了一定的知識和技能基礎(chǔ)，這些是操作按鈕的良好前提。按鈕本身的強(qiáng)大功能對學(xué)生具有吸引力，利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。此外，初二的學(xué)生已經(jīng)具備較好的合作意識和較強(qiáng)的動手實踐能力、表現(xiàn)能力，這些為本課的成功實施奠定了良好的基礎(chǔ)。但是由于學(xué)生對Mixly軟件的學(xué)習(xí)時間很短，程序設(shè)計能力是弱項，這就需要教師在課堂教學(xué)中多加以指導(dǎo)，以便學(xué)生能成功實現(xiàn)他們的構(gòu)思和設(shè)想。而且，學(xué)生利用硬件構(gòu)思情節(jié)方面也尚屬首次，這也需要教師多加示范和引導(dǎo)。效果分析從教學(xué)情況來看，盡管學(xué)生接觸ARDUINO硬件的次數(shù)很少，但是八年級學(xué)生良好的學(xué)習(xí)能力還是足夠支撐他們探究LED燈和按鈕的知識與操作。雖然學(xué)生對Mixly軟件的使用不太熟練，但在老師的指導(dǎo)下進(jìn)行程序編寫對于八年級學(xué)生而言也不算難事。所以從知識學(xué)習(xí)的角度而言，學(xué)生對整節(jié)課的知識掌握情況是不錯的。當(dāng)課堂上以創(chuàng)新項目的設(shè)計、制作和展示為驅(qū)動和目的，我們在傳統(tǒng)課堂中遇到的許多棘手問題也就迎刃而，如如何培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和動手實踐能力、如何組織學(xué)生有效地合作學(xué)習(xí)、如何提升學(xué)生的表現(xiàn)能力、如何培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題能力等。學(xué)生根據(jù)所學(xué)的LED燈和按鈕的知識，發(fā)揮想象和創(chuàng)意，結(jié)合實際情景，制作功能各異、價值多元的作品，然后分享給其他同學(xué)，同學(xué)之間互相評價，相互交流，從學(xué)生在課堂上的實際表現(xiàn)來看，前述問題都不復(fù)存在了，學(xué)生之間的合作是自愿的，學(xué)習(xí)是主動和積極的，課堂氣氛也是熱烈的，整個課堂就是一個大的討論場、實踐場、展示舞臺，每個人都參與其中，分工合作，共同為自己組的項目負(fù)責(zé)，在整個過程中，知識和技能在討論、運用中深化，創(chuàng)新、合作的精神在潛移默化中形成，教師要做的只是做好主持人和支持者的工作，將課堂的空間、時間和話語權(quán)真正還給學(xué)生，真正彰顯了教師主導(dǎo)學(xué)生主體的教育理念。教材分析ARDUINO是目前較為流行的電子互動平臺，使用簡單，功能多樣，而且價格低廉，對培養(yǎng)學(xué)生的科技素養(yǎng)具有十分突出的價值。當(dāng)前，市面上有一些ARDUINO開發(fā)與實踐的教材，但大多數(shù)是不適合在初中開展教學(xué)的，尤其是不適合普及性的教學(xué)，而我們的目的是在全體學(xué)生中開展普及性的ARDUINO教學(xué)，以ARDUINO為載體培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實踐動手能力，并挖掘和發(fā)現(xiàn)有特長的學(xué)生。基于此，筆者自編了適合本校學(xué)生學(xué)習(xí)的ARDUINO教材，用于對學(xué)生進(jìn)行普及教育，一共有六個課時。其中本課《好用的按鈕》是第二課時，主要學(xué)習(xí)內(nèi)容是熟悉按鈕的屬性，即學(xué)生明確按鈕的抬起與按下對應(yīng)的高低電平情況，以便實現(xiàn)對其他原件如LED燈的控制，然后利用先前學(xué)過的LED燈和按鈕的知識創(chuàng)作作品。將按鈕與LED燈相結(jié)合，創(chuàng)作與現(xiàn)實情境相匹配的多種作品，如交通燈、手電筒等。課堂學(xué)習(xí)中，要求同學(xué)們發(fā)揮創(chuàng)意和現(xiàn)場表演，有機(jī)、巧妙地將創(chuàng)編的故事與硬件的功能結(jié)合在一起，從而實現(xiàn)知識學(xué)習(xí)與實踐操作的有機(jī)結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)以致用和創(chuàng)新的能力。測評練習(xí)一、學(xué)習(xí)準(zhǔn)備準(zhǔn)備項目是否符合學(xué)習(xí)要求1.器材準(zhǔn)備2.信號聯(lián)通準(zhǔn)備二、探究一：按鈕的屬性在Mixly軟件中編寫上述程序，完成下列問題：現(xiàn)象描述概括結(jié)論上傳程序后，按鈕的初始狀態(tài)是_______（抬起or按下），LED燈的狀態(tài)是_______（亮or滅）按鈕抬起，輸入的是__________（高電平or低電平）；按鈕按下，輸入的是__________（高電平or低電平）按下按鈕，LED燈的狀態(tài)是_______（亮or滅）三、探究任務(wù)二：制作即按即滅照明設(shè)備任務(wù)分析：程序上傳后，LED燈是滅的，按下按鈕，LED燈亮，松開按鈕，LED燈滅。課后反思本課最重要的兩個環(huán)節(jié)是探究按鈕的屬性和利用按鈕、LED燈創(chuàng)作作品，這兩個環(huán)節(jié)的處理經(jīng)過多次磨課，達(dá)到了比較好的效果。一、探究按鈕的屬性。視頻時間為15’57’’-26’40’’，共11分鐘。探索清楚按鈕的屬性是本次課的重點也是難點知識，教學(xué)采用的是小組合作探究的方式，編寫程序上傳到主板，通過觀看LED燈的亮滅，概括出按鈕按下與抬起輸出的是高電平還是低電平。沒有教師的講解，有的是學(xué)生的自主探究，像工程師一樣去設(shè)計方案，像科學(xué)家一樣去猜想、觀察現(xiàn)象，概括結(jié)論，不僅提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動性，更培養(yǎng)了學(xué)生分析問題、解決問題的能力。2.創(chuàng)作作品并展示、互評。視頻時間為26’41’’-46’45’’，共20分鐘。該部分是本節(jié)課的核心和精華，學(xué)生運用所學(xué)知識，以小組為單位創(chuàng)編故事，綜合應(yīng)用LED燈和按鈕來實現(xiàn)故事情節(jié)，并上臺表演，生生互評。創(chuàng)客的本質(zhì)內(nèi)涵就是發(fā)現(xiàn)問題，發(fā)揮創(chuàng)意，利用技術(shù)將創(chuàng)意變成現(xiàn)實，這個環(huán)節(jié)充分體現(xiàn)了創(chuàng)客精神，學(xué)生小組為單位，各有分工，各司其職，相互配合，將硬件與創(chuàng)意完美地結(jié)合在一起，學(xué)生體會到了快樂，更理解了創(chuàng)客精神的實質(zhì)，提高了學(xué)生分析問題和解決問題的能力。ARDUINO開源硬件是創(chuàng)客們造物的常用器件，單個器件如LED燈、按鈕或傳感器的使用較為簡單，難的是授課教師和學(xué)生要真正理解創(chuàng)客精神和文化，并能依據(jù)正確理解的創(chuàng)客精神指導(dǎo)教與學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神和分析問題、解決問題的能力。對于初中生而言，有較強(qiáng)的學(xué)習(xí)能力，也有較好的創(chuàng)新能力，所以，此類課程對初中生而言是非常適用和實用的，對提升學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生的綜合素養(yǎng)都具有十分突出的價值和效用。因為此類課程重點在引導(dǎo)學(xué)生自主設(shè)計、創(chuàng)作、分享作品，需要的課時較長，所以在課程設(shè)計上，一個小時的課程時常較為合適，能夠給學(xué)生充裕的時間開展合作和實踐，而不是流于形式。此外，在對學(xué)生的作品創(chuàng)新設(shè)計和展示上要多加引導(dǎo)和指導(dǎo)，讓學(xué)生在輕松、愉快的課堂氛圍中掌握知識，提升能力。課標(biāo)分析《中小學(xué)信息技術(shù)課程指導(dǎo)綱要（試行）》指出，“中小學(xué)信息技術(shù)課程的主要任務(wù)是：培養(yǎng)學(xué)生對信息技術(shù)的興趣和意識，讓學(xué)生了解和掌握信息技術(shù)基本知識和技能，了解信息技術(shù)的發(fā)展及其應(yīng)用對人類日常生活和科學(xué)技術(shù)的深刻影響。”“信息技術(shù)課程的設(shè)置要考慮學(xué)生心智發(fā)展水平和不同年齡階段的知識經(jīng)驗和情感需求。”《普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》首次提出立德樹人的價值觀，幫助學(xué)生有效利用信息、媒體、工具，優(yōu)化自己的學(xué)習(xí)和生活，提高服務(wù)社會的能力。幫助學(xué)生成長為有效的技術(shù)使用者、創(chuàng)新的技術(shù)設(shè)計者和理性的技術(shù)反思者。在課程結(jié)構(gòu)上提出“人工智能初步、三維設(shè)計與創(chuàng)意、開源硬件項目設(shè)計三個模塊作為綜合素質(zhì)評價的內(nèi)容，以便更好滿足學(xué)生升學(xué)和個性化發(fā)展的需要。”教學(xué)建議上，緊密圍繞學(xué)科核心素養(yǎng)，凸顯“學(xué)主教從、以學(xué)定教、先學(xué)后教”的專業(yè)路徑，具體從領(lǐng)會學(xué)科核心素養(yǎng)、把握項目學(xué)習(xí)本質(zhì)，重構(gòu)教學(xué)方式，創(chuàng)設(shè)數(shù)字化學(xué)習(xí)環(huán)