郭清

摘 要：Arduino是一款主流的便捷靈活、容易上手的開源電子原型平臺。為了更好地開展《Arduino創(chuàng)意實踐》創(chuàng)新實踐課程教學，提升課堂教學效果，針對選修課程的學生年級、專業(yè)和學習起點不同，該文將基于《Arduino創(chuàng)意實踐》課程體系中存在的問題進行了深入分析，對課程體系進行整體優(yōu)化和改革，以切實提高培養(yǎng)卓越工程師人才的教學質量。

關鍵詞：課程體系優(yōu)化 Arduino 實踐教學

中圖分類號：G642.3 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）03（a）-0160-02

課程體系是構建人才培養(yǎng)方案的核心內容，課程體系是否科學、合理，對高等學校高質量實現(xiàn)人才培養(yǎng)目標有決定性的意義。課程體系的優(yōu)化，即構成課程體系的主要實踐性教學環(huán)節(jié)，通過重新調整、改造，使課程中各要素相互合理緊密配合，整體功能達到最佳狀態(tài)。一個經(jīng)過優(yōu)化的課程體系最少應包含課程體系總體結構的優(yōu)化和課程內容的優(yōu)化兩方面內容。

1 課程背景相關介紹

1.1 Arduino概述

Arduino是一款主流的便捷靈活、容易上手的開源電子原型平臺，是一個能夠用來感應和控制現(xiàn)實物理世界的一套工具，它由一個基于單片機并且開放源碼的硬件平臺和一套為Arduino板編寫程序的開發(fā)環(huán)境組成。Arduino的顯著優(yōu)點是：（1）價格親民；（2）軟件可以跨平臺運行多種操作系統(tǒng)；（3）具有簡易的編程環(huán)境；（4）軟硬件開源都可以進行擴展。Arduino開源易用的特點為智能產(chǎn)品的原型設計提供了良好的平臺，廣泛用于電子系統(tǒng)設計和互動產(chǎn)品開發(fā)方面。

1.2 《Arduino創(chuàng)意實踐》創(chuàng)新實踐課程的現(xiàn)狀分析

《Arduino創(chuàng)意實踐》課程主要是為學生搭建一個開源的單片機系統(tǒng)平臺，是以學生需求為導向、以學生動手操作為主的實踐課程。通過學習該課程，能夠幫助學生更加容易地實現(xiàn)自己的想法，激發(fā)學生進行科學研究與探索的興趣，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神和創(chuàng)業(yè)意識，提升學生的實踐操作能力和團隊合作精神，增強學生參加各類科創(chuàng)競賽的能力。

該課程為哈爾濱工程大學開設的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)系列選修課之一，教學采用學生為主體、教師為主導的，理論與案例相結合、Arduino實物編程演示的教學方法，應用輔助多媒體教學手段，采取2～3名學生為一組完成創(chuàng)意設計作品的教學模式。目前需要解決的主要問題為《Arduino創(chuàng)意實踐》創(chuàng)新課程學時有限，課程安排進度緊湊，小組間缺乏互動交流，沒有為學生提供富余的探討解決問題的良好環(huán)境。

2 《Arduino創(chuàng)意實踐》課程教學評價

2.1 《Arduino創(chuàng)意實踐》課程教學效果分析

從目前的教學效果及課程成績來看，得到如下的統(tǒng)計信息。

（1）52.7%左右的學生創(chuàng)新思維活躍，創(chuàng)新意識強、積極性高，在自主學習能力、知識綜合能力、工程實踐能力、工程創(chuàng)新能力等方面都有很大提高，創(chuàng)作出了創(chuàng)意新穎、有開發(fā)應用前景的優(yōu)秀作品，如《重力小車》《超聲波避障坦克》和《救援坦克》等。

（2）28.4%左右的學生對該課程比較重視，但自主編程能力還有待加強。創(chuàng)作出了功能完善的《警報車》《基于Arduino智能小車》和《遇障報警坦克》等創(chuàng)新作品。

（3）18.9%左右的學生對該課程不是十分重視，主動性有待提高，小組成員間有互相依賴等心理。部分偏重文科院系學生學習動機不強，制作的創(chuàng)新作品還有可以進一步開發(fā)。

2.2 《Arduino創(chuàng)意實踐》選修課程學生的反饋與建議

摘錄部分2016—2017年度第一學期選修學生的心得如下。

（1）該課程十分考驗學生的理論知識水平、動手操作能力和團隊合作意識，加強了編程語言的能力，對Arduino項目開發(fā)有了一個初步的認識。

（2）該課程促進了同學對Arduino的了解，并通過一些動手操作讓同學們體會Arduino機電控制的過程，并給予同學創(chuàng)新的空間。

（3）通過對這門課程的學習，初步了解了Arduino機電控制的基本原理和一些入門知識，激發(fā)了自己對科學研究的興趣，有利于發(fā)展自己的綜合能力。

（4）通過學習該課程，讓大家掌握了Arduino機電控制的基礎知識，增加了自己見識，鍛煉了自己的學習和思考的能力。課程安排有較多的實踐環(huán)節(jié)，既增強動手能力，也讓所學的理論在課程中加以運用，達到理論與實踐的共同提升。

（5）該課程讓大家切實接觸到機械、編程的原理和實際工程。提高了學生的動手實踐能力，感受到了實踐的樂趣。應多加強學生自主創(chuàng)新部分的教學，多講解一些外圍硬件裝配原理及Arduino軟件程序問題。

3 《Arduino創(chuàng)意實踐》課程體系優(yōu)化的探索實踐

《Arduino創(chuàng)意實踐》選修課為該校的通識教育選修課，課程教學體系構成：（1）Arduino入門講座；（2）熟悉Arduino集成開發(fā)環(huán)境（IDE）；（3）輸入輸出控制方法練習；（4）Arduino多種傳感器應用實例訓練；（5）使用電磁傳感器控制直流電機驅動四連桿機構；（6） 使用霍爾傳感器控制步進電機驅動曲柄連桿機構；（7）使用超聲波傳感器控制舵機驅動凸輪機構；（8）Arduino無線模塊的應用。

結合實際的教學效果及教學反饋需進一步優(yōu)化該課程的教學體系，完善教學內容以更好地實現(xiàn)該課程的教學目的，使課程教學內容涵蓋多種主流競賽用傳感器及舵機、直流電機、步進電機的程序控制方法以及典型機械機構裝配等的相關技能，以豐富學生對創(chuàng)客產(chǎn)品開發(fā)的完整體驗。

本著“推進課程體系與教學內容的整合提升”宗旨，優(yōu)化后的《Arduino創(chuàng)意實踐》課程體系構成：（1）Arduino入門講座；（2）熟悉Arduino集成開發(fā)環(huán)境（IDE）；（3）Arduino輸入輸出控制方法練習；（4）Arduino傳感器應用訓練；（5）Arduino執(zhí)行器控制訓練；（6）Arduino智能小車機械裝配訓練；（7）市場智能產(chǎn)品調研和成本分析；（8）綜合創(chuàng)新項目專項機電聯(lián)調測試；（9）綜合創(chuàng)新項目展示競技比賽。其中（4）、（6）～（9）項為新增/改動課時及新增/改動教學內容。

優(yōu)化后的《Arduino創(chuàng)意實踐》課程體系中課時增加，課程內容涵蓋了Arduino多種傳感器應用實例訓練、Arduino智能小車機械裝配訓練及市場產(chǎn)品調研、綜合創(chuàng)新項目展示競技比賽等，這些教學內容的充實與豐富，將會幫助學生更好地體驗產(chǎn)品研發(fā)設計過程中企業(yè)產(chǎn)品研發(fā)的標準過程（包括市場前景需求調研、產(chǎn)品成本預算分析等），引導學生體驗創(chuàng)客產(chǎn)品開發(fā)過程中的樂趣，增強學生進行智能產(chǎn)品設計研發(fā)的信心。

4 結語

綜上所述，探索優(yōu)化《Arduino創(chuàng)意實踐》課程體系，調整《Arduino創(chuàng)意實踐》課程結構，確?！禔rduino創(chuàng)意實踐》課程知識內容與社會需求具備一致性，為學生參加科創(chuàng)競賽提供良好的平臺。在優(yōu)化課程體系過程中需要按照課程設計理念標準，根據(jù)自身課程特定的培養(yǎng)目標來設計、構建模塊化及個性化的課程體系，制定出滿足卓越工程師教育培養(yǎng)通用標準的知識體系，對吸引學生進行創(chuàng)客體驗和提升學生的創(chuàng)新興趣，都能夠起到積極的推動作用。

參考文獻

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