Arduino开源硬件编程在初中校本课程中的教学探索与反思

钟启芳 史玲玲 刘家坤

【摘要】在教育界掀起一片探索STEAM教育、创客教育等新教育模式的改革浪潮中，结合初中生的身心成长特点及所在学校的实际情况，设计了基于Mixly图形化编程软件的Arduino开源硬件创客教育课程，并利用学校校本课程进行了教学实践探索试验，取得了不错的教学成果。

【关键词】Arduino开源硬件校本课程教学探索2015年9月，教育部发布《关于“十三五”期间全面深入推进教育信息化工作的指导意见（征求意见稿）》，第一次将创客教育写进我国教育五年规划中，在教育界掀起一片探索STEAM教育、创客教育等新教育模式的改革浪潮。为顺应这种社会发展和教育变革的要求，发挥创客教育在促进基础教育质量提升、培养青少年动手能力和创新思维中的作用，笔者结合学校的实际情况，组建了学校的多学科创客教育教师团队，在学校开始创客教育、STEAM教育的课程开发和教学实践探索。

Arduino是一款便捷灵活、方便上手的开源电子原型平台，包含硬件（各种型号的Arduino板）和软件（Arduino IDE）。它利用各种各样的传感器来感知环境，并通过Arduino的编程语言来编写程序控制灯光、马达、声音等各種装置来反馈、影响环境，进而实现完全的智能化控制。通过笔者的实践研究，并结合初中生的知识水平层次和身心成长特点，确定选用DR Robot公司生产的Arduino模块化开源硬件设备套件和北师大开发的米思齐图形化编程工具（Mixly For Arduino）作为学校校本课程应用实践的基本硬件和软件设备。

笔者学校目前开设的校本课程有选修课和社团活动两大模块，均由学校教师自主开发。选修课为1学期制，每学期12课时，七八年级学生强制参加，时间固定；社团活动为1年制，每学期6课时，两周一课时，感兴趣学生自愿参加。结合Arduino开源硬件编程课程特性，笔者选择在学校已开设的科技社团进行Arduino创客教育课程的实践试验。

经过一定时间的筹备，笔者在自己开设的社团随机选择了20名自愿参加Arduino开源硬件编程学习的七年级学生进行了Arduino开源硬件创客教育课程教学试验，且这些学生均有一定的电路基础和焊接技能基础。由于社团活动时间的开放性和灵活性，笔者将Arduino创客教育课程分为Arduino编程基础学习和项目式学习两个部分，并分别设计有相应的考核评价体系。

Arduino基础学习采用集中授课任务式学习，共设计六课时，每课时45分钟，两周一次，学生自带笔记本电脑和DF Arduino学习套件及扩展套件，课程设计框架如表1所示，其中挑战任务为学生自主选择学习。

通过Arduino编程基础学习课程的学习后，学生需要联系实际生活进行与Arduino开源硬件相关创客教育类的创意作品设计，并有一定时间尝试编程调试自己的作品，然后完成《学生Arduino作品考核记录单》和现场作品演讲交流展示，被考核学生会对自我设计的Arduino作品进行自我评价，小组成员也会对作品进行小组评价，教师最后也会对作品提出考核意见，并从所有作品中遴选一部分优秀作品进行项目式学习，以进一步提升学生Arduino开源硬件编程的综合运用能力和创新能力。

笔者所采用的项目式学习是学生自愿自主参加的综合提高学习，学生自主选择创客教育相关的课题研究项目，然后利用午休、周末等课余时间进行深入研究学习，并完成相应的项目研究小论文或项目展示作品作为学习效果考核。

学生通过六个课时的Arduino基础课程学习，不仅熟悉了常见Arduino的开源硬件和传感器设备，而且也能掌握基于Mixly的Arduino编程设计基本技能，完成课程要求的基本学习任务，部分学习能力强的学生不仅完成了挑战任务的学习，有的还能掌握基于Arduino IDE的代码编程设计，同时还能迁移学习其它开源硬件控制器和传感器。

在学期末，每位学生都完成了《学生Arduino作品考核记录单》，详细描述了自己的创意作品设计思路，然后在现场作品演讲交流展示中，小组会对作品设计进行评价，在这种相互交流评价中，学生们向笔者反馈：都感到自己的想法被不断完善，听他人的创意作品设计，自己的创意想法也会越来越多，创新思维也在这种碰撞交流中被不断打开，想把自己的创意作品“造”出来的想法也越来越强烈。而笔者认为这些体验不仅会激发学生的创作兴趣和热情，而且也将为学生下一步进行创意制作的项目式学习打下基础。

在参与了Arduino编程基础课程学习的学生中，部分学生自愿参与了项目式学习，其中部分项目就是来自学生基础课程设计的创意作品。学生从自主选题到设计完成一个智能控制系统调试，综合能力和创新能力都得到了很大的提升，他们都表示这样的完全自主学习、自主研究、自己创作的过程将让他们终身受益。

通过实践发现，在初中这个对学生影响关键的时期，尝试进行创客教育和STEAM教育的课程教学实践探索是很有意义的，尤其是后期的项目式自主学习方式，能有效地提高学生的创新能力和探究精神，为学生将来的终身学习和探究打下坚实的基础。但由于笔者受到课时限制的影响，所设计的课程并没有涉及到基于Arduino的智能机器人设计与控制，后期在课时允许的情况下，将做进一步探索，并会继续跟进学生的项目式自主学习。

参考文献：

[1]刘旭东.校本课程与课程资源开发[M].北京：中国人事出版社，2003.

[2]刘景福，钟志贤.基于项目的学习（PBL）模式研究[J].外国教育研究，2002，（11）.