基于Arduino的小學創客教育應用與實踐探究

江嘉衛 張燕航

【摘要】近年來，隨著《教育信息化十三五規劃》《教育部教育裝備研究與發展中心2017年工作要點》以及《義務教育小學科學課程標準》等文件的發布，中小學開展創客教育已經勢在必行。而隨著人工智能的大力發展，以Arduino為代表的開源硬件的創客教育成為了一種發展趨勢。文章從Arduino編程語言教學、Arduino電子電路教學、創新能力培養等方面總結了基于Arduino開展小學創客教育的成功經驗。

【關鍵詞】創客教育；Arduino；小學

創客教育是創客思想與現代教育的結合，開展項目式學習，使用計算機、3D打印機、手機等現代信息化工具及金工、木工等傳統工具相結合的方式，鼓勵學生追求個人創意的實物化、產品化，倡導互相分享、共同促進，培養跨學科解決問題能力、綜合實踐能力、信息技術能力、合作交流能力和創新能力的一種創新教育。而Arduino 作為一款開源電子原型平臺，通過編程實現豐富多樣的交互設計，能夠極大地提升學生的技術意識、創新思維和物化能力，其特點與創客教育相互吻合，是中小學開展創客教育的優秀載體。那么如何能開展好基Arduino的小學創客教育呢？筆者通過分析學校學生現狀及實際情況，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

編程語言是Arduino教學的重點，也是未來人工智能的核心。但對于小學階段的學生，復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教師們更有效的開展編程語言教學。什么是圖形化編程？它是由Arduino 編程環境的第三方軟件 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變為搭建積木式的編程。它主要的作用是能夠將許多復雜難懂的英語編程語言進行簡化，通過邏輯關系進行裝嵌、疊加等，極大地減低了編寫程序的難度，讓小學生也能夠快速學會程序編寫，既提高課堂教學的有效性，也能夠最大地發揮出學生的創意。

有了圖形化編程但缺少了邏輯思維培養，圖形化編程也不過是拼圖游戲?，F階段各中小學還在摸索相關的教學模式，往往會看到在教學時只是通過讓小學生根據已有的編程圖來進行編程，然后再解釋編程中的邏輯關系。在這種教學模式下，學生自身的邏輯思維并沒有得到培養，雖然其仍然能較好的完成項目，但一旦要其進一步創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中重點并不在于項目中編程語言的學習，而是通過編程語言來培養學生的邏輯思維。

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

二、有效開展電子電路教學

電子電路是Arduino教學的基礎，也是學生實現創意物化的關鍵?，F階段，

在實施創客教育時往往會非常關注編程語言的教學而忽略了Arduino套件本身的電子電路的教學，在編程語言的教學中費盡心思，但之后的教學只是讓學生按照設計圖進行組裝，許多相關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生而言簡直就是天書一樣難懂，學生雖然能完成相關的項目制作，但是一旦要求其對項目進行改進或創新時就會難以實現自己的想法。所以有效的電子電路教學非常重要。

例如，在開展Arduino項目學習前，教師先組織學生學習完基本的電路知識，讓學生對于電路中的正負極、短路、串聯、并聯、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項目的學習，這樣學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，還能舉一反三優化Arduino項目的電路甚至通過融入不同的電子元件實現自己想要的功能，從而實現創新。

三、有效開展創新能力培養

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

例如，在“高溫報警器”的Arduino范例項目教學過后，教師再要求學生運用相關原理制作出“智能溫控寵物窩”“溫濕度監控種植箱”等等的創意項目。又如在“避障小車”的Arduino范例項目教學過戶，教師也可以要求學生運用相關原理制作出“障礙警報盲人手杖”“掃地機器人”等等的創意項目。學生在進行創意制作中，除了要摸索出有效的程序代碼外，還要自行設計出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生的信息技術能力、動手實踐能力以及創造力都能得到很好的鍛煉。

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

四、鼓勵交流、互相學習

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

以Arduino開展小學創客教育，能使學生充分挖掘自己的創意，在探索、設計、試驗、制作、交流中不斷提高、成長。學生的信息技術能力、動手實踐能力、創新能力、分析問題能力、解決問題能力都能得到了全面培養，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展，創客教育必將受到全體中小學校的高度重視。作為創客教育的探索者，我們仍需繼續鉆研，力爭幫助我校的創客教育更上一層樓，為教育事業做出自己的奉獻。

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

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