基于Arduino 開(kāi)源平臺(tái)智能機(jī)器人教育培養(yǎng)科技創(chuàng)新人才的探索

文/廣州市番禺區(qū)市橋德興小學(xué) 梁永根

我校以培養(yǎng)未來(lái)科技創(chuàng)新人才為目標(biāo)，針對(duì)學(xué)校科技實(shí)踐教育活動(dòng)中的實(shí)際情況，以智能機(jī)器人及AI（人工智能）教育研究為核心開(kāi)展科技實(shí)踐教育活動(dòng)，圍繞廣州市教育局主持、廣州大學(xué)協(xié)辦的智能服務(wù)垃圾分類(lèi)機(jī)器人競(jìng)賽教育活動(dòng)，對(duì)四到六年級(jí)學(xué)生進(jìn)行科技創(chuàng)新知識(shí)及素養(yǎng)方面的教育。通過(guò)以Arduino 開(kāi)源平臺(tái)為基礎(chǔ)的智能機(jī)器人教育實(shí)踐活動(dòng)和有關(guān)教育，探索培養(yǎng)未來(lái)科技創(chuàng)新人才的策略。

一、 完善智能機(jī)器人培訓(xùn)活動(dòng)的軟硬件設(shè)施建設(shè)

1.硬件活動(dòng)環(huán)境

開(kāi)展機(jī)器人教學(xué)對(duì)硬件環(huán)境要求較高，為更好地開(kāi)展課題研究，學(xué)校更新了電腦教室和機(jī)器人活動(dòng)室。

2.軟件技術(shù)環(huán)境

在信息技術(shù)課程基礎(chǔ)上組織進(jìn)行Arduino 智能技術(shù)機(jī)器人探索，建立機(jī)器人學(xué)習(xí)資源平臺(tái)，收集一些機(jī)器人相關(guān)資料，建立機(jī)器人學(xué)習(xí)資源庫(kù)，培養(yǎng)學(xué)生資源自主學(xué)習(xí)、搜集與整合能力，促進(jìn)他們系統(tǒng)創(chuàng)新思維的發(fā)展。

（1）資訊類(lèi)：主要以收集整理機(jī)器人相關(guān)知識(shí)為主，如Arduino 中文社區(qū)、B 站、個(gè)人專(zhuān)業(yè)博主等。

（2）教學(xué)輔助類(lèi)：A.Arduino 語(yǔ)法、子程序；B.圖形化編程方法與實(shí)例；C.主要針對(duì)教學(xué)內(nèi)容自制的課件；D.Arduino 技術(shù)參考著作。

（3）專(zhuān)題應(yīng)用類(lèi)：Arduino 平臺(tái)智能機(jī)器人大賽參賽項(xiàng)目收集整理資料，包括規(guī)則、程序、培訓(xùn)課件、視頻等。

二、培訓(xùn)的組織管理

1.搭建方案組織實(shí)施機(jī)構(gòu)。

2.實(shí)踐活動(dòng)過(guò)程管理：根據(jù)電腦設(shè)備、機(jī)器人器材、報(bào)名情況，以小組協(xié)作學(xué)習(xí)為主開(kāi)展。

3.學(xué)校制定了相關(guān)制度加強(qiáng)了對(duì)活動(dòng)過(guò)程的管理：①定時(shí)活動(dòng)。每周安排三天的課后活動(dòng)時(shí)間。②定期總結(jié)。小組活動(dòng)交流協(xié)作要積極，勤分析，勤總結(jié)，多交流，及時(shí)改，共同提高。③后勤保障。凡是活動(dòng)需要使用的資源，盡量申請(qǐng)優(yōu)先使用。④做好活動(dòng)成果檢測(cè)，收集數(shù)據(jù)，不斷調(diào)整、深化活動(dòng)研究。⑤學(xué)校教導(dǎo)處直接指導(dǎo)，校長(zhǎng)直接管理，統(tǒng)一安排活動(dòng)。

4.輔導(dǎo)教師進(jìn)行機(jī)器人課堂教學(xué)案例研究，上好活動(dòng)指導(dǎo)課，做好管理，經(jīng)常反思，不斷總結(jié)。

三、實(shí)踐活動(dòng)規(guī)劃

實(shí)踐活動(dòng)規(guī)劃的第一階段是認(rèn)識(shí)學(xué)習(xí)Arduino 開(kāi)源平臺(tái)，包括認(rèn)識(shí)“Arduino 技術(shù)起源與發(fā)展”“Arduino 平臺(tái)相關(guān)競(jìng)賽”“我校智能機(jī)器人教育活動(dòng)歷史”等；第二階段是Arduino 程序編寫(xiě)學(xué)習(xí)，包括“認(rèn)識(shí)Arduino IDE”“Arduino IDE 常見(jiàn)設(shè)定事項(xiàng)”“LED 控制”等；第三階段是垃圾分類(lèi)智能服務(wù)機(jī)器人實(shí)踐活動(dòng)，包括“認(rèn)識(shí)垃圾分類(lèi)智能服務(wù)機(jī)器人競(jìng)賽教育活動(dòng)”“機(jī)器人零件質(zhì)量分步測(cè)試”以及“機(jī)器人功能部分調(diào)試”等。

四、以智能機(jī)器人（垃圾分類(lèi)服務(wù)項(xiàng)目） 競(jìng)賽培訓(xùn)為載體探索科技創(chuàng)新人才培養(yǎng)

（一）設(shè)定活動(dòng)進(jìn)程和階段目標(biāo)

在項(xiàng)目培訓(xùn)學(xué)習(xí)中以實(shí)踐活動(dòng)研究為主，遵循“計(jì)劃、行動(dòng)、考察、反思、調(diào)試”的程序，認(rèn)真落實(shí)。將活動(dòng)與科技節(jié)活動(dòng)、科技教育競(jìng)賽活動(dòng)、專(zhuān)家培訓(xùn)討論活動(dòng)、學(xué)習(xí)交流活動(dòng)等結(jié)合起來(lái)，深入開(kāi)發(fā)實(shí)施課程活動(dòng)。

（二）科學(xué)合理設(shè)計(jì)智能機(jī)器人實(shí)踐活動(dòng)課程

機(jī)器人教育是一個(gè)全新的課程，要想從點(diǎn)到面地普及開(kāi)來(lái)，需要一個(gè)有效的課程體系做支撐。

（三）對(duì)學(xué)員進(jìn)行前期調(diào)查，為教材編寫(xiě)提供依據(jù)

1.學(xué)生情況分析

我們對(duì)學(xué)生進(jìn)行了“機(jī)器人學(xué)習(xí)”的問(wèn)卷調(diào)查，對(duì)學(xué)生機(jī)器人基礎(chǔ)知識(shí)、學(xué)習(xí)興趣、合作意識(shí)、創(chuàng)新意識(shí)等方面進(jìn)行了摸底分析。

2.Arduino 開(kāi)源平臺(tái)的認(rèn)識(shí)

采用的指導(dǎo)文本主要是廣州大學(xué)制作訓(xùn)練實(shí)驗(yàn)室編著的《2016 年廣州市中小學(xué)智能服務(wù)機(jī)器人垃圾分類(lèi)專(zhuān)題競(jìng)賽教練員培訓(xùn)講義》、廣州大學(xué)黃文愷老師編著的《機(jī)器人競(jìng)賽設(shè)計(jì)指南：Arduino 篇》。學(xué)生的一些學(xué)習(xí)習(xí)慣與技能無(wú)法達(dá)到智能機(jī)器人的學(xué)習(xí)要求，我們有針對(duì)性地組織自己的課程內(nèi)容。

3.編寫(xiě)機(jī)器人校本教材

（1）教材內(nèi)容的選編

我們結(jié)合中山大谷科技公司出口的《垃圾分類(lèi)服務(wù)智能機(jī)器人》套件，充分考慮學(xué)生的年齡特點(diǎn)，照顧個(gè)體差異，在原有參考課程的基礎(chǔ)上進(jìn)行了創(chuàng)編，規(guī)劃了“智能垃圾分類(lèi)機(jī)器人介紹”“智能垃圾分類(lèi)機(jī)器人技術(shù)平臺(tái)Arduino”等16 節(jié)課。

（2）教材的編排原則

我們根據(jù)學(xué)生的認(rèn)知特點(diǎn)，按“從簡(jiǎn)到繁，從易到難”的原則設(shè)計(jì)教材，安排上從易到難，環(huán)環(huán)相扣，層層深入，既有系統(tǒng)性和針對(duì)性，又有實(shí)效性。

五、 開(kāi)展垃圾智能服務(wù)機(jī)器人教學(xué)研究課題， 促進(jìn)科技創(chuàng)新人才培養(yǎng)

我校實(shí)踐活動(dòng)研究小組于2017 年成功申報(bào)了番禺區(qū)“十三五”教育研究課題“基于Arduino 技術(shù)產(chǎn)品創(chuàng)新進(jìn)行培養(yǎng)小學(xué)生科技創(chuàng)新素養(yǎng)的教育研究”。通過(guò)兩年多的扎實(shí)廣泛教育研究工作，學(xué)生能在學(xué)習(xí)與競(jìng)賽活動(dòng)中得到良好的鍛煉，科技創(chuàng)新意識(shí)增強(qiáng)，思維顯得更活躍，觀察分析角度更廣泛，個(gè)人科技綜合素養(yǎng)得到較高提升，具有未來(lái)優(yōu)秀科技創(chuàng)新人才的發(fā)展基礎(chǔ)。課題研究成果被番禺區(qū)評(píng)定為優(yōu)秀檔次。

六、開(kāi)展實(shí)踐活動(dòng)評(píng)價(jià)

1.對(duì)學(xué)生個(gè)體發(fā)展情況評(píng)價(jià)

發(fā)揮評(píng)價(jià)的激勵(lì)功能，學(xué)生能充分感受到被信任、被尊重、被愛(ài)護(hù)，使他們獲得健康成長(zhǎng)所必需的強(qiáng)大動(dòng)力。

2.對(duì)活動(dòng)實(shí)施評(píng)價(jià)

評(píng)價(jià)以活動(dòng)小組評(píng)價(jià)為主，從中反映學(xué)生集體及個(gè)人在活動(dòng)實(shí)施過(guò)程中的團(tuán)隊(duì)協(xié)作評(píng)價(jià)。通過(guò)這種評(píng)價(jià)可以使創(chuàng)新教育實(shí)踐活動(dòng)設(shè)計(jì)突出團(tuán)隊(duì)精神，使創(chuàng)新實(shí)踐活動(dòng)更完善，更科學(xué)，更有效。

3.對(duì)輔導(dǎo)教師評(píng)價(jià)

我校對(duì)科技創(chuàng)新指導(dǎo)教師的評(píng)價(jià)主要有以下幾種形式：學(xué)生對(duì)教師的評(píng)價(jià)、教師自評(píng)與互評(píng)、教導(dǎo)處評(píng)價(jià)等。以上評(píng)價(jià)形式是結(jié)合起來(lái)的。

七、實(shí)踐活動(dòng)實(shí)施成果

通過(guò)把科技創(chuàng)新培訓(xùn)活動(dòng)與科技競(jìng)賽、科技節(jié)、科技講座等有效結(jié)合，開(kāi)發(fā)與實(shí)施系列教學(xué)實(shí)踐活動(dòng)課程，取得了以下成果：1.促進(jìn)了學(xué)生的科技創(chuàng)新能力與科學(xué)素質(zhì)的發(fā)展；2.促進(jìn)了教師的專(zhuān)業(yè)成長(zhǎng)：3.強(qiáng)化了學(xué)校的辦學(xué)特色；4.區(qū)域影響持續(xù)擴(kuò)大。