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“基于开源硬件的作品设计与

制作”教学建议

基于开源硬件的作品设计与制作“”是《普通高中信息技术

课程标准（2017年版2020年修订）》（以下简称课标“”）

选择性必修模块6“开源硬件项目设计”中的重要教学内容，

是为学生个性化发展而设计的课程内容。因开源硬件自身的

特点，在高中阶段教学面临诸多问题与挑战，教师应依据课

标要求，结合选用教材，选择符合生活实际的主题，设计和

实施教学活动，实现学习目标和学业要求，从而提升学生计

算思维和数字化学习与创新能力。

●教学面临的问题与困境

1.学生学习基础差异较大

随着微电子技术和计算机技术的发展，依托开源硬件的产

品越来越多，基于开源硬件的作品设计呈现出低龄化的趋势。

许多小学和初中不同程度地开设基于开源硬件的课程；在高

中阶段必修2“信息系统与社会”中的信息“系统组成与应用”

对开源硬件也有一定的探究。这样的学情基础造成选修该模

块的学生学习基础存在很大差距。

2.对教师的综合专业能力要求较高

对基于开源硬件的作品设计与制作“”相关内容的教学，入

门门槛低，网络资源丰富，从而导致很多人产生此内容教师

容易教、学生容易学的错觉。但实际上，学生在经历低学段

图形化界面的软件学习、黑匣子式的项目设计后，需要在高

中阶段有所突破；同时，大多数高中信息技术教师所学专业

为计算机科学与技术或教育技术学，在硬件开发、自动控制

以及创客创新等方面的专业基础相对薄弱。因此，教师在选

择硬件设备、专业技术准备和面向底层的原理思考等方面都

需要多下功夫。

3.学科内容交叉问题难以厘清

基于开源硬件的作品设计与制作“”不仅是信息技术学科

选择性必修6的核心内容，在通用技术选择性必修3“智能家

居应用设计”模块中也有所呈现，它的重点落在产品设计和系

统实现上，在内容方面两者有比较高的相似性，归属问题难

以厘清。如果以跨学科融合教学的形式呈现，那么信息技术

教师不仅要认真研读本学科课程标准和教材，还要深入研究

通用技术课标和教材，这在实施层面上有一定的难度。

●教学内容分析与整体把握

1.课标内容要求

作为选择性必修模块6“开源硬件项目设计”的第三部分，

内容体系建立在基于实例分析的开源硬件特征和项目流程

的基础上，是模块重要的组成部分，有益于激发学生创新的

兴趣，培养学生动手实践的能力。教师要根据课标要求，组

织学生开展基于事物特征的分析，设计基于开源硬件的作品

开发方案，根据设计方案选择恰当的开源硬件，利用开源硬

件、相关组件与材料以及设计工具或编程语言，完成作品制

作，测试、运行作品的各项功能，并能对设计方案进行优化。

从学科核心素养角度来看，既要引导学生利用各种材料、

开源硬件与软件实现所设计的项目方案，利用开源硬件的设

计工具、编程语言实现外部数据的输入、处理，利用输出数

据驱动执行装置的运行等，提升计算思维，又要在整个设计

与制作过程中，通过活动实施引导学生理解并自觉践行开源

的理念与知识分享的精神，理解保护知识产权的意义，提升

信息社会责任。

2.教材内容编排

针对本部分教学内容，各版本教材章节编排、内容以及实

施难度差异都较大，有的将方案设计与项目制作并重，注重

跨学科理念，有的弱化方案设计，重点落在相应技术的开发

过程，强调学科知识技能，还有的全书是多个不同方向的项

目开发过程，着重突出计算思维的培养。本部分教学内容建

议20～30课时左右完成，其中设计与制作开发的比重差距

较大，可根据所选教材进行适时调整。各版本教材相关内容

编排如下图所示。

3.开源硬件的选择

因开源硬件普及度比较高，多个版本的教材在前面内容中

均对常见的开源硬件功能、开放程度进行了介绍或对比探究。

在硬件选取方面，满足Python编程的开源硬件功能大同小

异，教师可根据学校已有硬件或选用教材版本推荐来进行教

学，建议确保至少能够实现1～2人能有一套实验设备，3～

5人小组有2套以上可供项目设计的设备。当然，部分有经

济实力的学校也可以同时采购多款开源硬件给学生进行自

主选择。

4.教材项目活动分析

为了满足不同学习基础的学生需求，各教材所选择项目的

复杂程度区别很大，项目的选择都来源于生活实际和学科学