开源硬件在高中通用技术实践教学中的应用与创新

摘要：本文探讨开源硬件在高中通用技术实践教学中的应用与创新。分析开源硬件应用于高中通用技术实践教学的重要意义，阐述当前高中通用技术实践教学的困境，从教学内容、教学方式、教学评价等方面论述开源硬件的应用策略与创新实践，旨在为提升高中通用技术实践教学质量、培养学生技术素养与创新能力提供参考。

关键词：开源硬件；高中通用技术；实践教学；应用创新

一、引言

在科技飞速发展的时代，培养学生的技术素养和创新能力成为高中教育的重要任务。高中通用技术课程作为培养学生技术思维和实践能力的重要载体，需要不断引入新的教学资源和方法。开源硬件以其开放性、低成本、易上手等特点，为高中通用技术实践教学带来了新的契机。将开源硬件应用于高中通用技术实践教学，不仅能够丰富教学内容，还能激发学生的学习兴趣和创新热情，提升学生的实践操作能力和解决实际问题的能力。

二、开源硬件应用于高中通用技术实践教学的重要意义

开源硬件在高中通用技术实践教学中具有重要意义。它们如 Arduino 、万奇和树莓派等，能够实现智能控制、数据采集和创意制作，激发学生的兴趣。学生可以制作智能机器人、智能家居系统等，通过亲手搭建和编程，获得成就感。开源硬件的开放性还允许学生自由修改和扩展功能，开展创新项目，如基于图形化编程平台microblocksfun的”腾讯双师科创活动”，通过丰富的接口和传感器使学生通过实际操作，连接各种传感器，编写和调试程序，充分锻炼了师生的创新思维和实践，同时，在活动过程中通过使用 Arduino 进行环境监测项目，使学生对电子元器件的使用和编程技能及思维的培养有了更深刻的认识。

三、高中通用技术实践教学的困境

3.1 教学资源有限

部分学校的通用技术实践教学设备陈旧、数量不足，无法满足学生的实践需求。如在“未来科技腾讯双师科创比赛”活动时，一些传统的教学器材功能单一，难以开展具有创新性和综合性的实践项目。同时，教学素材和案例相对缺乏，不能为学生提供多样化的学习资源，限制了学生的学习视野和创新思维的发展。

3.2 教学方法传统且学生积极性不高

在通用技术实践教学中，由于教学内容和方法的局限性，部分学生对通用技术实践教学缺乏兴趣，同时，一些学生认为通用技术课程与高考关系不大，学习动力不足，积极性不高。在实践操作环节，教师担心实践教学中可能会遇到各种困难和问题，如硬件故障、程序错误等不能及时解决，打击学生学习积极性，往往按照固定的步骤和要求指导学生，学生缺乏自主设计和创新的空间。

3.3 与实际生活联系不紧密

通用技术实践教学应注重与实际生活的联系，培养学生解决实际问题的能力。然而，目前部分教学内容脱离实际生活，学生在学习过程中难以将所学知识应用到实际生活中，无法体会到通用技术的实用性和价值，影响了学生的学习积极性和学习效果。

四、开源硬件在高中通用技术实践教学中的应用策略与创新实践

4.1 基于开源硬件丰富教学内容

1.引入开源硬件项目案例：教师可以收集和整理各种基于开源硬件的项目案例，如智能家居、智能农业、创意电子等，将其融入教学内容中。在课堂上，教师可以展示这些项目案例，讲解项目的设计思路、实现方法和应用场景，让学生了解开源硬件的实际应用价值。例如，在讲解传感器技术时，教师可以引入基于 Arduino 的智能温室环境监测与控制系统案例，让学生了解温湿度传感器、光照传感器等在实际农业生产中的应用，以及如何通过 Arduino 实现对温室环境的自动控制。

2.开展开源硬件创意设计活动：组织学生开展基于开源硬件的创意设计活动，鼓励学生根据自己的兴趣和想法，设计并制作具有创意的作品。教师可以提供一些开源硬件套件和工具，为学生的创意设计提供支持。例如，举办 “开源硬件创意大赛”，要求学生以小组为单位，利用 Arduino 或树莓派等开源硬件，设计一个能够解决实际生活问题的创意作品，并进行展示和评比。通过创意设计活动，激发学生的创新思维和实践能力。

4.2 利用开源硬件创新教学方式

1.项目式教学：采用项目式教学方法，以开源硬件项目为载体，让学生在完成项目的过程中学习通用技术知识和技能。教师可以将一个大的项目分解为多个小任务，引导学生逐步完成。例如，在 “智能校园” 项目中，学生需要完成智能门禁系统、智能照明系统、智能图书管理系统等多个子项目。在项目实施过程中，学生需要进行需求分析、方案设计、硬件搭建、程序编写和测试调试等工作，通过项目式教学，培养学生的综合能力和团队协作精神。

2.小组合作学习：将学生分成小组，以小组为单位开展开源硬件实践活动。小组成员可以分工合作，共同完成项目任务。在小组合作过程中，学生可以相互交流、讨论和学习，分享自己的经验和想法。教师可以在小组合作过程中，给予学生必要的指导和帮助，引导学生解决遇到的问题。例如，在制作一个基于树莓派的多媒体播放器项目时，小组成员可以分别负责硬件选型、电路连接、界面设计和程序编写等工作，通过小组合作，提高项目的完成效率和质量。

3.线上线下混合教学：利用网络平台，开展线上线下混合教学。教师可以在网络平台上发布开源硬件教学资源，如教学视频、项目案例、技术文档等，供学生自主学习。同时，教师可以通过网络平台与学生进行互动交流，解答学生的疑问。在课堂教学中，教师可以组织学生进行实践操作和项目展示，巩固学生的学习成果。例如，教师可以在 “学习通” 等平台上创建通用技术课程，上传开源硬件教学资料，学生可以在课后通过手机或电脑进行学习。在课堂上，教师可以针对学生在自主学习过程中遇到的问题进行讲解和指导。

4.3 基于开源硬件完善教学评价

1.过程性评价与结果性评价相结合：在教学评价中，既要关注学生的学习结果，也要重视学生的学习过程。对于基于开源硬件的实践项目，教师可以从项目的设计思路、实施过程、团队协作、创新点等方面进行过程性评价。同时，对学生的项目成果进行结果性评价，如作品的功能实现、外观设计、实用性等方面。通过过程性评价与结果性评价相结合，全面评价学生的学习情况和能力水平。

2.多元化评价主体：采用多元化的评价主体，包括教师评价、学生自评和互评。教师评价要注重对学生的鼓励和指导，指出学生的优点和不足，并提出改进建议。学生自评可以让学生反思自己在项目中的表现，发现自己的问题和进步。学生互评可以促进学生之间的交流和学习，让学生从他人的作品中获取灵感和启发。例如，在项目展示环节，教师可以组织学生进行自评和互评，每个小组派代表介绍自己的项目，其他小组的学生进行评价和提问，最后教师进行总结和评价。

五、结论

开源硬件在高中通用技术实践教学中的应用，为解决当前教学困境、提升教学质量提供了有效的途径。通过激发学生学习兴趣、培养学生创新能力、提升学生实践能力和促进学生团队协作，开源硬件在高中通用技术实践教学中发挥着重要作用。在应用过程中，通过基于开源硬件丰富教学内容、创新教学方式和完善教学评价等策略与创新实践，能够使通用技术实践教学更加生动有趣、富有成效。未来，随着开源硬件技术的不断发展和教育理念的不断更新，应进一步探索开源硬件在高中通用技术实践教学中的应用模式和方法，不断优化教学过程，为培养适应时代需求的创新型技术人才奠定坚实基础。学校和教育部门也应加大对开源硬件教学资源的投入和支持，为教师提供相关培训和指导，共同推动开源硬件在高中通用技术实践教学中的广泛应用与创新发展。

参考文献：

[1]秦健，闫超，董长智.Arduino机器人在推进素质教育方面的应用浅析[C]//全国计算机辅助教育学会学术年会.2014.

[2]秦健，闫超，董长智.Arduino 机器人在推进素质教育方面的应用浅析 [C]// 全国计算机辅助教育学会学术年会.2014.