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摘要：近年来，STEAM教育理念及其课程资源得到了国内教育界的普遍关注，Arduino教学具有较强的综合性、实践性，激光雕刻可以帮助学生提高空间想象能力和创新思维能力。它们都满足 STEAM 理念各要素的有效整合。本文基于STEAM教育理念分析探讨了如何利用Arduino和激光雕刻+Arduino结合起来，培养青少年的创新意识、实践能力和团队协作精神。
关键词：STEAM;校本课程;激光雕刻;Arduino
STEAM教育是一个集科学教育、技术教育、工程教育、数学教育、艺术教育等学科为一体的研究与实践领域，我国蒸汽动力教育的主流是机器人教育、程序设计教育、计算机科学教育、计算机科学教育、计算机科学教育、计算机科学教育、计算机科学教育、计算机科学教育。3D打印及激光切割雕刻技术。
《关于“十三五”期间全面深入推进教育信息化工作的指导意见》指出：“有条件的地区要积极探索新技术手段在教学过程中的日常应用，探索STEAM教育、创客教育等新教育模式”。STEAM以科学教育为核心，是科学教育、技术教育、工程教育、数学教育、艺术教育等多学科交融的研究实践领域。中国的STEAM教育的主流在于机器人教育、编程教育、3D打印以及激光切割与雕刻技术。帮助学生发现学科间内在联系的教育，注重培养学生跨学科能力。
一、激光切割和雕刻技术
激光雕刻机的使用范围非常广，不仅雕刻速度快，而且精度更高，雕刻效果更加细腻，因此，激光雕刻机的应用已经逐渐成为非常重要的雕刻设备。激光雕刻机可以完成各类模型的制作、原型的雕刻、拼接构件的制作，由于其速度快以及可批量制作，已成为STEAM教育必备的一项协助工具。
我国青少年各类社团活动及竞赛中已经大量用到激光切割与雕刻技术，它正在成为各种活动中的支撑工具，极大地帮助锻炼学生的动手实践能力。激光切割与雕刻技术让青少年的各种创意在短时间和低成本下变得触手可及。
二、Arduino开源硬件技术
Arduino是一款便捷灵活、方便上手的开源电子原型平台。包含硬件（各种型号的Arduino板）和软件（Arduino IDE）。硬件部分是可以用来做电路连接的Arduino电路板;软件部分则是Arduino IDE，目前国内开发多出款图形化编程软件比较适合中小学生使用。比如北师大的MIXLY，DF的Mind+，makeblock的mblock，都可以对arudino编程。Aduino的制作编程过程通常包含物理、数学、多媒体、计算等，非常符合STEAM的教育理念。
1.arduino作用
Arduino的硬件原理图、电路图、IDE软件及核心库文件都是开源的，在开源协议范围内里可以任意修改原始设计及相应代码。Arduino不仅仅是全球最流行的开源硬件，也是一个优秀的硬件开发平台，更是硬件开发的趋势。简单的开发方式使得开发者更关注创意与实现，更快的完成自己的项目开发，大大节约了学习的成本，缩短了开发的周期。还可以使用现有的电子元件例如开关、传感器、LED、WIFI、步进马达或其他输出装置。
2.对学生的培养作用
强化学生逻辑思考力，写程序最重要的就是如何把大问题不断分割成小问题的过程，其中，学生必须去思考如何把代码合理的安排在整个程序中，才能让程序流畅的处理输入、演算、直到输出，这对学生对事物的逻辑分析能力会有极大的提升;增加学生抽象思考能力，其实学写编程，就像学习第二外语一样。如果说学外文是为了跟外国人沟通，学写编程就是学习怎么跟电脑沟通。有趣的是，你碰到老外不会说英文还可以比手画脚，跟电脑可不行。这表示孩子在学习的过程中，更需要一种把抽象化为具体的能力，好让不懂得思考的电脑，也能了解与表达抽象的事物;帮助学生整理信息，吸收融合能力，写程序说穿了，就是一堆电脑指令的排列组合。好比小学的时候我们查字典学汉字、学成语，之后学习如何利用习得的汉字、成语组成句子，进而撰写文章一样。学习团队合作，学会共同学习，提高学生的团队精神。
三、Arduino和激光雕刻机结合案例
我們以防疫隔离报警器为例来说明arduino和激光雕刻机的结合，可以为开源硬件制作漂亮的外观和精密的结构。主要用到的硬件有arduino和扩展板，obloq物联网模块。软件有mind+，物联网onenet。以“隔离报警系统”为主题，主要是让学生了解MQTT、 学会中国移动物联网平台onenet的注册和使用方法、学习Mind+中MQTT模块的添加和使用。
1.情景引入。3月15日北京朝阳区一澳大利亚籍女子，由首都机场入境进京，本应在租住地居家观察的梁某妍，未戴口罩在小区内跑步。提出问题：我们如何用技术的手段，检测到隔离后私自外出。
2.onenet的注册和使用，教师演示。
OneNET就是MQTT的一种，是由中国移动打造的物联网开放平台。平台能够帮助开发者轻松实现设备接入与设备连接，快速完成产品开发部署，为智能硬件、智能家居产品提供完善的物联网解决方案。
3.硬件准备两块arduino板，两块扩展板。
实现过程：发射端和接受端需连接wifi和onenet，发射端开门后发送信息到onenet，onenet接收信息后发送到接收端，接收端发出警报播报语音。
4.程序实现
我们把设备联网后与云平台的设备连接上。使用两个掌控板，一个用来发送消息给topic0，一个用来接收topic0的消息。
5.外观设计
学生分小组使用CAD设计图纸，使用激光雕刻机在木板或者卡纸上刻出来，并拼装出外壳，和arduino硬件结合起来。既实现了应有的功能，而且有了漂亮的外壳。
6.项目评价：在项目完成后，进行分组展示和分享，体验成功的喜悦，教师最后进行点评总结。在此过程中，提升了学生的团队合作意识，也促进了学生的个性发展。
四、结语
一个成功的STEAM教育方案或课程体系，通常需要经过方案策划、课程设计、教学实施、教学评估和教学反馈等5个阶段，本文仅就基于STEAM教育理念的3D打印+Arduino课程设计进行了浅显的理论分析和实践探索，还需结合当前教育改革和素质教育的大背景，与时俱进，不断迭代更新课程资源，探索具有科技馆特色的STEAM教育课程体系。
参考文献：
[1]苏畅.STEAM 理念下的机器人课程教学设计 [J]. 中小学数字化教学，2018（1）：59-60.
[2]傅骞.当创客遇上 STEAM 教育 [J]. 现代教育技术 ，2014.
[2]朱凯 .STEM 教育的实践探索 [J].中国现代教育装备 ，2016.
作者简介：王维国（1980.9.25） 男，一级教师，本科，单位：兰州市外国语学校，中小学信息技术教育
关键词：STEAM;校本课程;激光雕刻;Arduino
STEAM教育是一个集科学教育、技术教育、工程教育、数学教育、艺术教育等学科为一体的研究与实践领域，我国蒸汽动力教育的主流是机器人教育、程序设计教育、计算机科学教育、计算机科学教育、计算机科学教育、计算机科学教育、计算机科学教育、计算机科学教育。3D打印及激光切割雕刻技术。
《关于“十三五”期间全面深入推进教育信息化工作的指导意见》指出：“有条件的地区要积极探索新技术手段在教学过程中的日常应用，探索STEAM教育、创客教育等新教育模式”。STEAM以科学教育为核心，是科学教育、技术教育、工程教育、数学教育、艺术教育等多学科交融的研究实践领域。中国的STEAM教育的主流在于机器人教育、编程教育、3D打印以及激光切割与雕刻技术。帮助学生发现学科间内在联系的教育，注重培养学生跨学科能力。
一、激光切割和雕刻技术
激光雕刻机的使用范围非常广，不仅雕刻速度快，而且精度更高，雕刻效果更加细腻，因此，激光雕刻机的应用已经逐渐成为非常重要的雕刻设备。激光雕刻机可以完成各类模型的制作、原型的雕刻、拼接构件的制作，由于其速度快以及可批量制作，已成为STEAM教育必备的一项协助工具。
我国青少年各类社团活动及竞赛中已经大量用到激光切割与雕刻技术，它正在成为各种活动中的支撑工具，极大地帮助锻炼学生的动手实践能力。激光切割与雕刻技术让青少年的各种创意在短时间和低成本下变得触手可及。
二、Arduino开源硬件技术
Arduino是一款便捷灵活、方便上手的开源电子原型平台。包含硬件（各种型号的Arduino板）和软件（Arduino IDE）。硬件部分是可以用来做电路连接的Arduino电路板;软件部分则是Arduino IDE，目前国内开发多出款图形化编程软件比较适合中小学生使用。比如北师大的MIXLY，DF的Mind+，makeblock的mblock，都可以对arudino编程。Aduino的制作编程过程通常包含物理、数学、多媒体、计算等，非常符合STEAM的教育理念。
1.arduino作用
Arduino的硬件原理图、电路图、IDE软件及核心库文件都是开源的，在开源协议范围内里可以任意修改原始设计及相应代码。Arduino不仅仅是全球最流行的开源硬件，也是一个优秀的硬件开发平台，更是硬件开发的趋势。简单的开发方式使得开发者更关注创意与实现，更快的完成自己的项目开发，大大节约了学习的成本，缩短了开发的周期。还可以使用现有的电子元件例如开关、传感器、LED、WIFI、步进马达或其他输出装置。
2.对学生的培养作用
强化学生逻辑思考力，写程序最重要的就是如何把大问题不断分割成小问题的过程，其中，学生必须去思考如何把代码合理的安排在整个程序中，才能让程序流畅的处理输入、演算、直到输出，这对学生对事物的逻辑分析能力会有极大的提升;增加学生抽象思考能力，其实学写编程，就像学习第二外语一样。如果说学外文是为了跟外国人沟通，学写编程就是学习怎么跟电脑沟通。有趣的是，你碰到老外不会说英文还可以比手画脚，跟电脑可不行。这表示孩子在学习的过程中，更需要一种把抽象化为具体的能力，好让不懂得思考的电脑，也能了解与表达抽象的事物;帮助学生整理信息，吸收融合能力，写程序说穿了，就是一堆电脑指令的排列组合。好比小学的时候我们查字典学汉字、学成语，之后学习如何利用习得的汉字、成语组成句子，进而撰写文章一样。学习团队合作，学会共同学习，提高学生的团队精神。
三、Arduino和激光雕刻机结合案例
我們以防疫隔离报警器为例来说明arduino和激光雕刻机的结合，可以为开源硬件制作漂亮的外观和精密的结构。主要用到的硬件有arduino和扩展板，obloq物联网模块。软件有mind+，物联网onenet。以“隔离报警系统”为主题，主要是让学生了解MQTT、 学会中国移动物联网平台onenet的注册和使用方法、学习Mind+中MQTT模块的添加和使用。
1.情景引入。3月15日北京朝阳区一澳大利亚籍女子，由首都机场入境进京，本应在租住地居家观察的梁某妍，未戴口罩在小区内跑步。提出问题：我们如何用技术的手段，检测到隔离后私自外出。
2.onenet的注册和使用，教师演示。
OneNET就是MQTT的一种，是由中国移动打造的物联网开放平台。平台能够帮助开发者轻松实现设备接入与设备连接，快速完成产品开发部署，为智能硬件、智能家居产品提供完善的物联网解决方案。
3.硬件准备两块arduino板，两块扩展板。
实现过程：发射端和接受端需连接wifi和onenet，发射端开门后发送信息到onenet，onenet接收信息后发送到接收端，接收端发出警报播报语音。
4.程序实现
我们把设备联网后与云平台的设备连接上。使用两个掌控板，一个用来发送消息给topic0，一个用来接收topic0的消息。
5.外观设计
学生分小组使用CAD设计图纸，使用激光雕刻机在木板或者卡纸上刻出来，并拼装出外壳，和arduino硬件结合起来。既实现了应有的功能，而且有了漂亮的外壳。
6.项目评价：在项目完成后，进行分组展示和分享，体验成功的喜悦，教师最后进行点评总结。在此过程中，提升了学生的团队合作意识，也促进了学生的个性发展。
四、结语
一个成功的STEAM教育方案或课程体系，通常需要经过方案策划、课程设计、教学实施、教学评估和教学反馈等5个阶段，本文仅就基于STEAM教育理念的3D打印+Arduino课程设计进行了浅显的理论分析和实践探索，还需结合当前教育改革和素质教育的大背景，与时俱进，不断迭代更新课程资源，探索具有科技馆特色的STEAM教育课程体系。
参考文献：
[1]苏畅.STEAM 理念下的机器人课程教学设计 [J]. 中小学数字化教学，2018（1）：59-60.
[2]傅骞.当创客遇上 STEAM 教育 [J]. 现代教育技术 ，2014.
[2]朱凯 .STEM 教育的实践探索 [J].中国现代教育装备 ，2016.
作者简介：王维国（1980.9.25） 男，一级教师，本科，单位：兰州市外国语学校，中小学信息技术教育