基于Arduino的小學(xué)創(chuàng)客教育應(yīng)用與實踐探究

江嘉衛(wèi) 張燕航

【摘要】近年來，隨著《教育信息化十三五規(guī)劃》《教育部教育裝備研究與發(fā)展中心2017年工作要點》以及《義務(wù)教育小學(xué)科學(xué)課程標準》等文件的發(fā)布，中小學(xué)開展創(chuàng)客教育已經(jīng)勢在必行。而隨著人工智能的大力發(fā)展，以Arduino為代表的開源硬件的創(chuàng)客教育成為了一種發(fā)展趨勢。文章從Arduino編程語言教學(xué)、Arduino電子電路教學(xué)、創(chuàng)新能力培養(yǎng)等方面總結(jié)了基于Arduino開展小學(xué)創(chuàng)客教育的成功經(jīng)驗。

【關(guān)鍵詞】創(chuàng)客教育；Arduino；小學(xué)

創(chuàng)客教育是創(chuàng)客思想與現(xiàn)代教育的結(jié)合，開展項目式學(xué)習(xí)，使用計算機、3D打印機、手機等現(xiàn)代信息化工具及金工、木工等傳統(tǒng)工具相結(jié)合的方式，鼓勵學(xué)生追求個人創(chuàng)意的實物化、產(chǎn)品化，倡導(dǎo)互相分享、共同促進，培養(yǎng)跨學(xué)科解決問題能力、綜合實踐能力、信息技術(shù)能力、合作交流能力和創(chuàng)新能力的一種創(chuàng)新教育。而Arduino 作為一款開源電子原型平臺，通過編程實現(xiàn)豐富多樣的交互設(shè)計，能夠極大地提升學(xué)生的技術(shù)意識、創(chuàng)新思維和物化能力，其特點與創(chuàng)客教育相互吻合，是中小學(xué)開展創(chuàng)客教育的優(yōu)秀載體。那么如何能開展好基Arduino的小學(xué)創(chuàng)客教育呢？筆者通過分析學(xué)校學(xué)生現(xiàn)狀及實際情況，認為必須做到三個有效一個鼓勵。

一、有效開展編程語言教學(xué)

編程語言是Arduino教學(xué)的重點，也是未來人工智能的核心。但對于小學(xué)階段的學(xué)生，復(fù)雜的編程語言往往很難理解，而使用圖形化編程能幫助小學(xué)教師們更有效的開展編程語言教學(xué)。什么是圖形化編程？它是由Arduino 編程環(huán)境的第三方軟件 ArduBlock 上包裝的，以圖形化的模塊，將Arduino的編程方式由敲寫代碼轉(zhuǎn)變?yōu)榇罱ǚe木式的編程。它主要的作用是能夠?qū)⒃S多復(fù)雜難懂的英語編程語言進行簡化，通過邏輯關(guān)系進行裝嵌、疊加等，極大地減低了編寫程序的難度，讓小學(xué)生也能夠快速學(xué)會程序編寫，既提高課堂教學(xué)的有效性，也能夠最大地發(fā)揮出學(xué)生的創(chuàng)意。

有了圖形化編程但缺少了邏輯思維培養(yǎng)，圖形化編程也不過是拼圖游戲?，F(xiàn)階段各中小學(xué)還在摸索相關(guān)的教學(xué)模式，往往會看到在教學(xué)時只是通過讓小學(xué)生根據(jù)已有的編程圖來進行編程，然后再解釋編程中的邏輯關(guān)系。在這種教學(xué)模式下，學(xué)生自身的邏輯思維并沒有得到培養(yǎng)，雖然其仍然能較好的完成項目，但一旦要其進一步創(chuàng)新項目或改變項目確很難做到。所以筆者認為在編程語言教學(xué)中重點并不在于項目中編程語言的學(xué)習(xí)，而是通過編程語言來培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維。

例如，在入門課程高溫報警器的項目學(xué)習(xí)時，教師并沒有一開始就展示出編程語言，而是組織學(xué)生研究任務(wù)內(nèi)容，并讓學(xué)生發(fā)散思維，討論出各種邏輯關(guān)系。有部分學(xué)生會想出“當溫度大于25℃時，蜂鳴器響起。小于25℃時，蜂鳴器關(guān)閉”“當溫度大于或等于25℃時，蜂鳴器響起”“當溫度大于25℃時蜂鳴器響起，反之則關(guān)閉”等等的邏輯關(guān)系。這時，當教師將各種邏輯關(guān)系及正確的邏輯關(guān)系收集起來進行對比時，每個學(xué)生都能發(fā)現(xiàn)自身邏輯思維的不足之處或者優(yōu)點，并得到進一步的提升，從而達到有效提高學(xué)生邏輯思維的效果。

二、有效開展電子電路教學(xué)

電子電路是Arduino教學(xué)的基礎(chǔ)，也是學(xué)生實現(xiàn)創(chuàng)意物化的關(guān)鍵。現(xiàn)階段，

在實施創(chuàng)客教育時往往會非常關(guān)注編程語言的教學(xué)而忽略了Arduino套件本身的電子電路的教學(xué)，在編程語言的教學(xué)中費盡心思，但之后的教學(xué)只是讓學(xué)生按照設(shè)計圖進行組裝，許多相關(guān)的硬件介紹也只是簡單帶過，對于連正極和負極都分不清楚的低年級小學(xué)生而言簡直就是天書一樣難懂，學(xué)生雖然能完成相關(guān)的項目制作，但是一旦要求其對項目進行改進或創(chuàng)新時就會難以實現(xiàn)自己的想法。所以有效的電子電路教學(xué)非常重要。

例如，在開展Arduino項目學(xué)習(xí)前，教師先組織學(xué)生學(xué)習(xí)完基本的電路知識，讓學(xué)生對于電路中的正負極、短路、串聯(lián)、并聯(lián)、電路連接等知識熟練掌握并能很好的組裝電路，而事實證明這些知識對于一年級的孩子來說都不難。然后教師再用簡單的電路知識進一步簡化Arduino主板中那20多項不同接口的功能，如Arduino主板中3.3V、5V等接口表示連接電器正極、GND接口連接電器負極，又如0-13接口表示連接傳感器正極等等。而直到學(xué)生能夠完全掌握Arduino電路的連接后，教師才正式開展Arduino項目的學(xué)習(xí)，這樣學(xué)生在完成項目的過程中就能很好地理解項目中的電子電路，并且不但能很好完成Arduino項目，還能舉一反三優(yōu)化Arduino項目的電路甚至通過融入不同的電子元件實現(xiàn)自己想要的功能，從而實現(xiàn)創(chuàng)新。

三、有效開展創(chuàng)新能力培養(yǎng)

創(chuàng)新能力的培養(yǎng)是Arduino教學(xué)的核心，也是創(chuàng)客教育的要求。其實現(xiàn)階段已經(jīng)有許多小學(xué)的Arduino課程示范過如何通過Arduino套件來培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。比較流行的一類教法就是在教學(xué)完一個Arduino范例項目后，教師通過提出一個功能類型相似的項目，學(xué)生運用起剛學(xué)過的知識并根據(jù)自己的創(chuàng)意進行設(shè)計與制作，不斷探索并完善方案，最終完成項目并提高自身的創(chuàng)新能力。

例如，在“高溫報警器”的Arduino范例項目教學(xué)過后，教師再要求學(xué)生運用相關(guān)原理制作出“智能溫控寵物窩”“溫濕度監(jiān)控種植箱”等等的創(chuàng)意項目。又如在“避障小車”的Arduino范例項目教學(xué)過戶，教師也可以要求學(xué)生運用相關(guān)原理制作出“障礙警報盲人手杖”“掃地機器人”等等的創(chuàng)意項目。學(xué)生在進行創(chuàng)意制作中，除了要摸索出有效的程序代碼外，還要自行設(shè)計出Arduino的電子電路以及改造各類的生活材料。在整個項目的制作過程中學(xué)生的信息技術(shù)能力、動手實踐能力以及創(chuàng)造力都能得到很好的鍛煉。

當然對于小學(xué)生而言，要完成任何一個項目都會感覺難度較大，所以在教學(xué)中教師要給予學(xué)生們更多的細心指導(dǎo)和物質(zhì)上的幫助。過程雖然艱辛，但當孩子們結(jié)出累累碩果時，這一切都是值得的。

四、鼓勵交流、互相學(xué)習(xí)

開展創(chuàng)客教育，是為了開拓學(xué)生的眼界，拓展學(xué)生的思維。我們可以鼓勵、幫助學(xué)生通過網(wǎng)上學(xué)習(xí)、實地參觀和經(jīng)驗交流等辦法幫助學(xué)生去提升自我。所以，除了平時的教學(xué)中鼓勵學(xué)生加強交流外，我們可以帶領(lǐng)學(xué)生到一些比較有名的創(chuàng)客空間，如智創(chuàng)空間、柴火創(chuàng)客空間等網(wǎng)站學(xué)習(xí)，也可以組織學(xué)生參加各種科技創(chuàng)作競賽，積累創(chuàng)意，開闊視野，為學(xué)生個人的夢想加滿科技的力量，讓學(xué)生走上創(chuàng)客之路，并走得更高、更遠。

以Arduino開展小學(xué)創(chuàng)客教育，能使學(xué)生充分挖掘自己的創(chuàng)意，在探索、設(shè)計、試驗、制作、交流中不斷提高、成長。學(xué)生的信息技術(shù)能力、動手實踐能力、創(chuàng)新能力、分析問題能力、解決問題能力都能得到了全面培養(yǎng)，而上述能力是未來人才必須具備的能力，所以相信隨著我國科技的進一步發(fā)展，創(chuàng)客教育必將受到全體中小學(xué)校的高度重視。作為創(chuàng)客教育的探索者，我們?nèi)孕枥^續(xù)鉆研，力爭幫助我校的創(chuàng)客教育更上一層樓，為教育事業(yè)做出自己的奉獻。

[本文為廣州教育政策研究課題“農(nóng)村小學(xué)開展創(chuàng)客教育的實踐研究”（ZCYJ18118）課題研究成果]

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