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2019年教育部印发《教育信息化和网络安全工作要点》,提出推动中小学阶段跨学科教学、编程教育、人工智能教育等要求。STEAM教育随相关政策的推动开始逐渐进入大众的视野。越来越多的教育从业者已逐渐意识到STEAM教育的重要性,希望学生能够在实践中学到由多学科整合而来的知识,达到在游戏中学习、在学习中思考的教育效果。目前市场上相关的STEAM编程教具还不够完善,在一定程度上限制了 STEAM教育的发展。本文以此为出发点,设计了一款通过激发儿童学习兴趣、启蒙编程思想的STEAM编程教具。本文主要工作如下:1)提出了一种面向儿童的兴趣导向型STEAM编程教育方案。该方案将编程语言转化为指令积木的形式,依靠儿童自身兴趣引导编程思维的培养。儿童以操作指令积木来进行逻辑遥控,对小车端进行不同的编程控制。实验测试表明,该方案的编程教具可以实现STEAM教育概念的跨学科结合,趣味性较高,可以实现寓教于乐的教学效果。2)设计并实现了一款基于指令积木的STEAM编程教具。编程教具设计为两部分,分别是控制台和遥控小车端。控制台分为电源模块、主控模块、多射频扫描模块以及ZigBee通信模块四部分,被控制小车端分为电源模块、主控模块、ZigBee通信模块以及电机驱动模块四部分。对器件进行选型后,本文分别对每一部分完成原理图以及PCB的分析与设计,然后完成对硬件平台编写相应逻辑代码,包括主流程程序、电机驱动程序、ZigBee通信程序、多射频扫描程序以及模块间的相互通信程序。实验结果表明,设计的该款教具可以稳定实现多射频标签扫描并控制小车进行按指令移动,而且功耗低,能满足日常教学时长。3)为了实现编程教具的多指令积木控制,设计了一种新型多射频扫描电路,完成指令积木矩阵的快速读取。多射频扫描电路是将射频芯片搭配射频开关,实现射频芯片可以对最多16个射频标签按顺序读取指令信息。本文还设计了一款合适尺寸的天线线圈,并对其做了匹配电路设计。实验结果表明,设计的多射频扫描电路以及天线线圈可以实现快速切换射频芯片所接天线,并可以稳定读取天线信息。