论文部分内容阅读
【摘要】近年来，随着新课程改革标准的不断落实，创客教育也开始进入课堂，开启了新课程改革背景下一种新的教学模式。开源硬件是创客运动的技术基石，而Arduino作为开源硬件是很适合在学校进行推广的。本文探讨如何设计课程将Arduino这门重要的创客课程上好。
【关键词】创客教育;Arduino;实验设计
一、创客教育
李克强总理在2015年政府工作报告中提到“创客”之后，“创客”越来越受到大家的关注。“创客”这个名词来源于英文詞“Maker”，是指出于兴趣与爱好，努力把各种创意转变为现实的人。创客活动可以用比较少的成本，让更多的人参与进来进行创造、创新和制作，而且能够点燃大家积极创造创新的激情。而且最近最新的科技和互联网的发展，也为创客活动提供了很好的条件。例如3D打印、物联网和Arduino等开源硬件等技术。都让创客活动拥有了更多空间和平台共享资源。让大家能分享成果、创新实践、构筑梦想。
对教育者来说，创客精神与学生旺盛的求知欲和“在实践中教学”的教育思想不谋而合。创客教育所涉及的知识广泛，为了达成某个学习目标，学生会运用到信息技术和数学、物理、化学、英语甚至艺术等相关知识。所谓“牵一发而动全身”，各学科知识的综合应用，能有效提高学生的综合素养，而学生也不再只是知识的被动接受者。创客教育强调学生主动思考、设计和制作，以实现基于创造的学习。互联网对创客教育起到了很好的支持作用。学生一方面可以充分利用网络资源进行创客学习和作品制作，一方面通过网络交流、分享，激发创造热情，获得创意启示。创客教育所倡导的提出问题并利用自己的创造力解决问题的过程，对学生能力的培养至关重要。
二、开源硬件Arduino
开源硬件是创客运动的技术基石。开源硬件不单单是硬件设计原理的开放，也更多的体现了创新理念的开放。这种理念坚信从分享中所获多于自身付出。当开发者不再受专利授权所困，越来越多地公开分享他们的创新时，他们便能获得越来越多的帮助，进而改进和提升自己的发明。在2014年，美国《Make》杂志统计过的开源硬件等平台就有几十种，我们可以从功能、价格、硬件支持、等角度评价、选择适合自己开展创客教育的平台。使用最广泛的开源硬件是Arduino，因其使用简便、学习资源丰富、价格低廉，是首选入门硬件。Arduino独有的几种优势表现在下列方面：开放性：Arduino的硬件和软件环境都是完全开源的，任何人都可以在不从事商业用途的情况下使用和修改它。开源能让我们可以深入了解底层运作的全部机理，能对软硬件更好的进行把握，同时Arduino也预留了第三方库开发接口，方便使用者进行系统的开发。而按照开源社区一直都有的开放和分享性，很多创客爱好者也乐于把自己的硬件和软件代码拿出来与大家分享交流。易用性：只要您对创客有兴趣，只需很短的时间，甚至一个小时内就能使用Arduino连接出一个简单的电路，并能写出第一个简单的程序而且能正常运行。Arduino软件的运行界面也是非常的友好和简洁，即使初学者也能很快的找到需要的功能和工具栏。
三、课程特点
Arduino离不开编程，更离不开周围硬件环境的支持。如果单纯的以信息技术教学的角度去进行Arduino教学，简单套用以任务式驱动为主的教学方法。那就偏离了创客教育的方向，也无法贯彻创客教育的理念和初衷。
1.创客教育中Arduino只是其中一种工具。我们不能为了学习使用这个工具而学习，而是在掌握了这个工具的基础上进行创新，创造出有自己特色的作品，最后分享制作成功带来的喜悦。相对其它课程来说，学习目的达到了就任务完成了，而这对创客教育来说还仅仅是个开始。如何体现创新，如何给予学生创新的机会和分享，才是我们需要关注的。
2.学生经过多年的课堂学习，早已习惯了任务驱动式的教学方式，往往目的达到就可以了。如何转变学生的思维方式，将课堂知识延伸到生活中，将生活与学习中的灵感与创作欲望及时激发出来。这种崭新的思维方式也有待训练与提高。
3.Arduino软硬件结合的学习也增加了教师授课和学生制作与编程的难度。每一步都不能出错，否则试验失败是肯定的。这也给老师如何掌控课堂提出了新的挑战。
因此，针对上述课程特点，我们有必要对Arduino的实验教学内容进行斟酌。确保教学的可行性和有效性，激发学生的学习兴趣，给予学生创新创作的机会和作品分享的平台，达到创客教育的目的。
四、Arduino实验设计
作为主讲与参与教师，笔者积极与学校教务处沟通，探讨出一套符合我校特色的Arduino创客教育的道路。由于学时数有限，经过反馈和调整，将Arduino教学分成几个大块进行。我们可以将Arduino简单的划分为三部分：一部分是传感器输入，一部分是计算与控制，最后部分是执行机构。其中后两部分是不可划缺的。所以，我们Arduino教学分块的做法，就是先学习Arduino编程和一部分传感器和执行机构，然后用这一部分的知识进行探究和创新、分享。然后第二块教学就是另外新的传感器和执行机构，再进行知识的探究和创新、分享。教学计划上将各零件模块由易到难地进行教学，而在创新课程上也有针对性地进行指导。下面针对Arduino教学的第一大块进行说明。
课程1：Arduino入门，点亮第一盏LED（发光二极管）灯。介绍Arduino的历史和起源，我们将来要掌握和控制机器人，从Arduino开始学习是最好的。认识Arduino主板上一些必须的零件和接线插座，介绍LED的管脚和接线、面包板和飞线的使用。图形化编程界面米思齐软件的基本认识。完成零件连接、图形化编程和程序的写入。最后让LED 一闪一闪达到实验目的。
课程2：模拟消防车出警时的声光提示。新增知识点：Arduino中蜂鸣器的使用。让学生更直观的感受Arduino所拥有的丰富外部执行机构。通过声、光等提示增强学生的感官体验，提高学生的学习兴趣。蜂鸣器的接线相比LED要简单些，但程序方面必须提醒声音是如何发出的，是Arduino通过有规律的高低电压输出控制峰鸣器中发声部件的振动频率造成的，我们可以通过修改程序里的频率来更改蜂鸣器的音调。还有控制发声的时间。
【关键词】创客教育;Arduino;实验设计
一、创客教育
李克强总理在2015年政府工作报告中提到“创客”之后，“创客”越来越受到大家的关注。“创客”这个名词来源于英文詞“Maker”，是指出于兴趣与爱好，努力把各种创意转变为现实的人。创客活动可以用比较少的成本，让更多的人参与进来进行创造、创新和制作，而且能够点燃大家积极创造创新的激情。而且最近最新的科技和互联网的发展，也为创客活动提供了很好的条件。例如3D打印、物联网和Arduino等开源硬件等技术。都让创客活动拥有了更多空间和平台共享资源。让大家能分享成果、创新实践、构筑梦想。
对教育者来说，创客精神与学生旺盛的求知欲和“在实践中教学”的教育思想不谋而合。创客教育所涉及的知识广泛，为了达成某个学习目标，学生会运用到信息技术和数学、物理、化学、英语甚至艺术等相关知识。所谓“牵一发而动全身”，各学科知识的综合应用，能有效提高学生的综合素养，而学生也不再只是知识的被动接受者。创客教育强调学生主动思考、设计和制作，以实现基于创造的学习。互联网对创客教育起到了很好的支持作用。学生一方面可以充分利用网络资源进行创客学习和作品制作，一方面通过网络交流、分享，激发创造热情，获得创意启示。创客教育所倡导的提出问题并利用自己的创造力解决问题的过程，对学生能力的培养至关重要。
二、开源硬件Arduino
开源硬件是创客运动的技术基石。开源硬件不单单是硬件设计原理的开放，也更多的体现了创新理念的开放。这种理念坚信从分享中所获多于自身付出。当开发者不再受专利授权所困，越来越多地公开分享他们的创新时，他们便能获得越来越多的帮助，进而改进和提升自己的发明。在2014年，美国《Make》杂志统计过的开源硬件等平台就有几十种，我们可以从功能、价格、硬件支持、等角度评价、选择适合自己开展创客教育的平台。使用最广泛的开源硬件是Arduino，因其使用简便、学习资源丰富、价格低廉，是首选入门硬件。Arduino独有的几种优势表现在下列方面：开放性：Arduino的硬件和软件环境都是完全开源的，任何人都可以在不从事商业用途的情况下使用和修改它。开源能让我们可以深入了解底层运作的全部机理，能对软硬件更好的进行把握，同时Arduino也预留了第三方库开发接口，方便使用者进行系统的开发。而按照开源社区一直都有的开放和分享性，很多创客爱好者也乐于把自己的硬件和软件代码拿出来与大家分享交流。易用性：只要您对创客有兴趣，只需很短的时间，甚至一个小时内就能使用Arduino连接出一个简单的电路，并能写出第一个简单的程序而且能正常运行。Arduino软件的运行界面也是非常的友好和简洁，即使初学者也能很快的找到需要的功能和工具栏。
三、课程特点
Arduino离不开编程，更离不开周围硬件环境的支持。如果单纯的以信息技术教学的角度去进行Arduino教学，简单套用以任务式驱动为主的教学方法。那就偏离了创客教育的方向，也无法贯彻创客教育的理念和初衷。
1.创客教育中Arduino只是其中一种工具。我们不能为了学习使用这个工具而学习，而是在掌握了这个工具的基础上进行创新，创造出有自己特色的作品，最后分享制作成功带来的喜悦。相对其它课程来说，学习目的达到了就任务完成了，而这对创客教育来说还仅仅是个开始。如何体现创新，如何给予学生创新的机会和分享，才是我们需要关注的。
2.学生经过多年的课堂学习，早已习惯了任务驱动式的教学方式，往往目的达到就可以了。如何转变学生的思维方式，将课堂知识延伸到生活中，将生活与学习中的灵感与创作欲望及时激发出来。这种崭新的思维方式也有待训练与提高。
3.Arduino软硬件结合的学习也增加了教师授课和学生制作与编程的难度。每一步都不能出错，否则试验失败是肯定的。这也给老师如何掌控课堂提出了新的挑战。
因此，针对上述课程特点，我们有必要对Arduino的实验教学内容进行斟酌。确保教学的可行性和有效性，激发学生的学习兴趣，给予学生创新创作的机会和作品分享的平台，达到创客教育的目的。
四、Arduino实验设计
作为主讲与参与教师，笔者积极与学校教务处沟通，探讨出一套符合我校特色的Arduino创客教育的道路。由于学时数有限，经过反馈和调整，将Arduino教学分成几个大块进行。我们可以将Arduino简单的划分为三部分：一部分是传感器输入，一部分是计算与控制，最后部分是执行机构。其中后两部分是不可划缺的。所以，我们Arduino教学分块的做法，就是先学习Arduino编程和一部分传感器和执行机构，然后用这一部分的知识进行探究和创新、分享。然后第二块教学就是另外新的传感器和执行机构，再进行知识的探究和创新、分享。教学计划上将各零件模块由易到难地进行教学，而在创新课程上也有针对性地进行指导。下面针对Arduino教学的第一大块进行说明。
课程1：Arduino入门，点亮第一盏LED（发光二极管）灯。介绍Arduino的历史和起源，我们将来要掌握和控制机器人，从Arduino开始学习是最好的。认识Arduino主板上一些必须的零件和接线插座，介绍LED的管脚和接线、面包板和飞线的使用。图形化编程界面米思齐软件的基本认识。完成零件连接、图形化编程和程序的写入。最后让LED 一闪一闪达到实验目的。
课程2：模拟消防车出警时的声光提示。新增知识点：Arduino中蜂鸣器的使用。让学生更直观的感受Arduino所拥有的丰富外部执行机构。通过声、光等提示增强学生的感官体验，提高学生的学习兴趣。蜂鸣器的接线相比LED要简单些，但程序方面必须提醒声音是如何发出的，是Arduino通过有规律的高低电压输出控制峰鸣器中发声部件的振动频率造成的，我们可以通过修改程序里的频率来更改蜂鸣器的音调。还有控制发声的时间。