基于Arduino的學前教育師范生創客教育實踐

摘 要 Arduino+Mixly是一種低成本且高效的創客教育平臺，基于該平臺的創客教育實踐既能提升學生的動手實踐能力，又可以鍛煉學生的計算思維，成本低廉且高效，該平臺已經在中小學創客教育中得到廣泛應用。本研究基于該平臺，結合學前教育師范生的專業發展，設計了創客教育項目并進行實踐，為學前教育師范生的雙創教育培養做出應用示范。

關鍵詞 創客教育;Arduino;學前教育師范生

引言

隨著創客文化的興起，創客教育的理念也逐漸深入人心，尤其在基礎教育，創客教育已經成為推動教育改革的重要動力。在學前教育，創客教育多見于專門的教育機構，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。這是因為創客教育對教師的要求很高，教師要成為教學設計者、資源管理者、學習進度調控者、學習過程輔助者、實踐質量提高者[1]。創客教師的高要求導致幼兒園相關師資缺乏，幼兒園中的創客教育很難進行。因此，解決幼兒園的創客教育師資問題需要得到重視，這就要關注學前教育師范生的創新能力培養。

1基于Arduino+MIXLY的創客教育平臺

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語言的程序開發環境，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境，并能夠控制LED燈、電機等裝置來輸出信號、反饋環境[2]。基于Arduino的創客教育平臺注重做中學，玩中學，學生只需要具備初中的電學知識就可以上手，該平臺在初中高中階段已經被廣泛使用，同樣也適用于高職院校，適合學前教育師范生。

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

2基于Arduino的學前教育師范生創客教育實踐——以兒童感溫杯為例

（1）情境導入。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，同學們有沒有什么辦法，讓水杯智能感應水溫，提示兒童是否適合飲用？

（2）項目設計。利用Arduino創客套件中的溫度感應器檢測水溫，當水溫超過可承受的溫度時，紅燈亮，提示兒童水溫不適合喝，當水溫處于合適的溫度區間，紅燈熄滅，提示兒童水溫適合，可以飲用。項目具體設計：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開發板，開發板經過計算判斷溫度是否過高，當水溫高于40度時紅燈亮起，當水溫低于40度時紅燈熄滅。在這個溫度感應和反饋的過程中，Arduino開發板相當于人的大腦，接收信息并判斷感知的溫度是否高出人體承受范圍，根據判斷再發出信息;溫度傳感器相當于手的皮膚，負責感應水的溫度;而LED燈的亮滅則相當于人體做出的反饋。

（3）活動探究。①用演示教學法，引導學生接線。在器件接線過程中，由于學生不了解LM35溫度傳感器的工作原理，導致實驗失敗。這時，教師需要為學生講解LM35溫度傳感器的工作原理，并采用演示教學法演示LM35溫度傳感器的接線方法。在學生操作的過程中，教師觀察并記錄學生完成的情況，同時允許完成器件連接的同學幫助其他人完成，觀察每個小組同學的制作情況并給予鼓勵與反饋。②積極引導試誤過程，強化程序理解。教師先不必展示最終程序，只需要引導學生結合之前所學的通過電位器控制LED燈明暗度的內容，將該程序直接引入到本節課中，讓學生模仿之前所學的內容，使用Mixly寫程序，只需要將輸入輸出的模塊做一些調整。然而，程序編譯上傳完成后，實驗結果出錯。教師為學生分析原因，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，能夠強化學生對元器件工作原理的理解，在探究的過程中體驗創客教育的樂趣。③基于現有成果，安排拓展和提升。完成了既定的課堂教學任務后，要及時進行拓展。課堂上，學生只是將電路接線和程序設計的部分完成了，距離產品還有一段距離。這時要發揮學生的專業特長，對感溫杯的外觀進行設計和制作。教師將兒童感溫杯成品設計的部分安排在課下完成，并且根據每個小組完成課堂任務的情況，分表安排難度不同的作業。如學習效果較好的學生，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。

3結束語

Arduino+Mixly創客教育平臺將硬件和軟件融合，既提升學生的動手實踐能力，又鍛煉學生的計算思維，成本低廉且高效。學生利用這個創新工具，可嘗試把自己的想法變為現實，體會創造過程的失敗與成功，將成為他們成長經歷中的寶貴財富[3]。然而，在進行創客教育應用實踐的過程中，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節，教師介入時機的掌控，引導力度的把握，以及學生學習動機的保持，都有提高和完善的空間。

參考文獻

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

[2] 郭婧遠.創客教育中利用有效失敗促進學習的研究[D].上海：華東師范大學，2016.

[3] 劉陽.應用Arduino在高中開展科技教育的探索[C].第十五屆沈陽科學學術年會.第十五屆沈陽科學學術年會論文集（經管社科）.沈陽：沈陽市外國語學校，2018：633-639.

作者簡介

夏志鵬（1989-）;學歷：碩士，職稱：助教，現就職單位：寧夏幼兒師范高等專科學校，研究方向：3D打印技術，創客教育。