基于Arduino的學(xué)前教育師范生創(chuàng)客教育實踐

摘 要 Arduino+Mixly是一種低成本且高效的創(chuàng)客教育平臺，基于該平臺的創(chuàng)客教育實踐既能提升學(xué)生的動手實踐能力，又可以鍛煉學(xué)生的計算思維，成本低廉且高效，該平臺已經(jīng)在中小學(xué)創(chuàng)客教育中得到廣泛應(yīng)用。本研究基于該平臺，結(jié)合學(xué)前教育師范生的專業(yè)發(fā)展，設(shè)計了創(chuàng)客教育項目并進行實踐，為學(xué)前教育師范生的雙創(chuàng)教育培養(yǎng)做出應(yīng)用示范。

關(guān)鍵詞 創(chuàng)客教育;Arduino;學(xué)前教育師范生

引言

隨著創(chuàng)客文化的興起，創(chuàng)客教育的理念也逐漸深入人心，尤其在基礎(chǔ)教育，創(chuàng)客教育已經(jīng)成為推動教育改革的重要動力。在學(xué)前教育，創(chuàng)客教育多見于專門的教育機構(gòu)，如樂高機器人和博佳機器人俱樂部等，在幼兒園卻較少涉及。這是因為創(chuàng)客教育對教師的要求很高，教師要成為教學(xué)設(shè)計者、資源管理者、學(xué)習(xí)進度調(diào)控者、學(xué)習(xí)過程輔助者、實踐質(zhì)量提高者[1]。創(chuàng)客教師的高要求導(dǎo)致幼兒園相關(guān)師資缺乏，幼兒園中的創(chuàng)客教育很難進行。因此，解決幼兒園的創(chuàng)客教育師資問題需要得到重視，這就要關(guān)注學(xué)前教育師范生的創(chuàng)新能力培養(yǎng)。

1基于Arduino+MIXLY的創(chuàng)客教育平臺

Arduino是一套開源的電子微控制器和編程平臺，其軟件部分使用C語言的程序開發(fā)環(huán)境，其硬件部分即Arduino板在計算機程序控制下，可以通過接受傳感器的電信號來感知環(huán)境，并能夠控制LED燈、電機等裝置來輸出信號、反饋環(huán)境[2]?；贏rduino的創(chuàng)客教育平臺注重做中學(xué)，玩中學(xué)，學(xué)生只需要具備初中的電學(xué)知識就可以上手，該平臺在初中高中階段已經(jīng)被廣泛使用，同樣也適用于高職院校，適合學(xué)前教育師范生。

雖然Arduino拉近了平常人與發(fā)明創(chuàng)造的距離，然而對于文科專業(yè)背景的學(xué)前教育師范生來說，Arduino IDE類似C語言的程序開發(fā)環(huán)境還是讓學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中感到有些吃力。因此，本研究試圖為學(xué)生選擇了基于圖形的Arduino編程環(huán)境——Mixly。Mixly即米思齊，是一款由北京師范大學(xué)教育學(xué)部創(chuàng)客教育實驗室傅騫教授團隊開發(fā)的圖形化編程軟件。Mixly圖形化編程的方式降低了編程的技術(shù)門檻，其強全面的功能也為活動提供了支持。

2基于Arduino的學(xué)前教育師范生創(chuàng)客教育實踐——以兒童感溫杯為例

（1）情境導(dǎo)入。在日常生活中，大家都會遇到這樣的情況：在不知情時，我們不知道水杯中的水溫度是否適合飲用，就要嘗一下，溫度適宜還好，溫度過高就容易燙到嘴巴。成年人有自我保護意識，但兒童就不一樣了，在口渴時，兒童會在沒有防范意識的情況下喝水，有燙傷的安全隱患。作為未來的幼兒教師，必須考慮到兒童用具的安全性，同學(xué)們有沒有什么辦法，讓水杯智能感應(yīng)水溫，提示兒童是否適合飲用？

（2）項目設(shè)計。利用Arduino創(chuàng)客套件中的溫度感應(yīng)器檢測水溫，當(dāng)水溫超過可承受的溫度時，紅燈亮，提示兒童水溫不適合喝，當(dāng)水溫處于合適的溫度區(qū)間，紅燈熄滅，提示兒童水溫適合，可以飲用。項目具體設(shè)計：將溫度傳感器安置于水杯上，溫度傳感器將感知的溫度信號傳遞給Arduino開發(fā)板，開發(fā)板經(jīng)過計算判斷溫度是否過高，當(dāng)水溫高于40度時紅燈亮起，當(dāng)水溫低于40度時紅燈熄滅。在這個溫度感應(yīng)和反饋的過程中，Arduino開發(fā)板相當(dāng)于人的大腦，接收信息并判斷感知的溫度是否高出人體承受范圍，根據(jù)判斷再發(fā)出信息;溫度傳感器相當(dāng)于手的皮膚，負責(zé)感應(yīng)水的溫度;而LED燈的亮滅則相當(dāng)于人體做出的反饋。

（3）活動探究。①用演示教學(xué)法，引導(dǎo)學(xué)生接線。在器件接線過程中，由于學(xué)生不了解LM35溫度傳感器的工作原理，導(dǎo)致實驗失敗。這時，教師需要為學(xué)生講解LM35溫度傳感器的工作原理，并采用演示教學(xué)法演示LM35溫度傳感器的接線方法。在學(xué)生操作的過程中，教師觀察并記錄學(xué)生完成的情況，同時允許完成器件連接的同學(xué)幫助其他人完成，觀察每個小組同學(xué)的制作情況并給予鼓勵與反饋。②積極引導(dǎo)試誤過程，強化程序理解。教師先不必展示最終程序，只需要引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合之前所學(xué)的通過電位器控制LED燈明暗度的內(nèi)容，將該程序直接引入到本節(jié)課中，讓學(xué)生模仿之前所學(xué)的內(nèi)容，使用Mixly寫程序，只需要將輸入輸出的模塊做一些調(diào)整。然而，程序編譯上傳完成后，實驗結(jié)果出錯。教師為學(xué)生分析原因，即溫度傳感器感知并傳遞給Arduino板的信號值不能直接作為溫度值輸出，溫度傳感器傳感器感知的信號值需要乘以0.48876進行轉(zhuǎn)換，輸出的值才是測量的溫度值。通過這樣的試誤過程，能夠強化學(xué)生對元器件工作原理的理解，在探究的過程中體驗創(chuàng)客教育的樂趣。③基于現(xiàn)有成果，安排拓展和提升。完成了既定的課堂教學(xué)任務(wù)后，要及時進行拓展。課堂上，學(xué)生只是將電路接線和程序設(shè)計的部分完成了，距離產(chǎn)品還有一段距離。這時要發(fā)揮學(xué)生的專業(yè)特長，對感溫杯的外觀進行設(shè)計和制作。教師將兒童感溫杯成品設(shè)計的部分安排在課下完成，并且根據(jù)每個小組完成課堂任務(wù)的情況，分表安排難度不同的作業(yè)。如學(xué)習(xí)效果較好的學(xué)生，可以制作一個符合兒童審美外觀的感溫杯，該水杯通過三盞燈的亮滅顯示水溫偏低、適合和過高三種狀態(tài)。

3結(jié)束語

Arduino+Mixly創(chuàng)客教育平臺將硬件和軟件融合，既提升學(xué)生的動手實踐能力，又鍛煉學(xué)生的計算思維，成本低廉且高效。學(xué)生利用這個創(chuàng)新工具，可嘗試把自己的想法變?yōu)楝F(xiàn)實，體會創(chuàng)造過程的失敗與成功，將成為他們成長經(jīng)歷中的寶貴財富[3]。然而，在進行創(chuàng)客教育應(yīng)用實踐的過程中，有很多問題需要解決。如在本研究中，無論是在探究的過程還是拓展環(huán)節(jié)，教師介入時機的掌控，引導(dǎo)力度的把握，以及學(xué)生學(xué)習(xí)動機的保持，都有提高和完善的空間。

參考文獻

[1] 祝智庭，雒亮.從創(chuàng)客運動到創(chuàng)客教育：培植眾創(chuàng)文化[J].電化教育研究，2015（7）：5-13.

[2] 郭婧遠.創(chuàng)客教育中利用有效失敗促進學(xué)習(xí)的研究[D].上海：華東師范大學(xué)，2016.

[3] 劉陽.應(yīng)用Arduino在高中開展科技教育的探索[C].第十五屆沈陽科學(xué)學(xué)術(shù)年會.第十五屆沈陽科學(xué)學(xué)術(shù)年會論文集（經(jīng)管社科）.沈陽：沈陽市外國語學(xué)校，2018：633-639.

作者簡介

夏志鵬（1989-）;學(xué)歷：碩士，職稱：助教，現(xiàn)就職單位：寧夏幼兒師范高等?？茖W(xué)校，研究方向：3D打印技術(shù)，創(chuàng)客教育。