陳梅 劉江越 李自臣

摘? 要：基于Arduino技術(shù)復(fù)合型創(chuàng)新實訓(xùn)室建設(shè)方案，是以Arduino技術(shù)為平臺，將多種傳感器與由易到難的開發(fā)板相組合，建設(shè)傳感器技術(shù)、程序開發(fā)、嵌入式硬件等多課程教學(xué)，以及創(chuàng)意實現(xiàn)、興趣小組實訓(xùn)并重的復(fù)合型創(chuàng)新實訓(xùn)室。結(jié)合高職院校對創(chuàng)新創(chuàng)意實訓(xùn)室建設(shè)的實際需求，探索復(fù)合型實訓(xùn)室建設(shè)的目標、功能、設(shè)備、建設(shè)注意事項及后期維護和管理的內(nèi)容。此方案將專業(yè)課程實訓(xùn)教學(xué)場所和創(chuàng)新創(chuàng)意應(yīng)用空間進行融合，在實訓(xùn)場地有限和建設(shè)資金有限的前提下，解決教學(xué)需求，提高實訓(xùn)室利用率，給復(fù)合型實訓(xùn)室建設(shè)提供一種可以借鑒的可行性方案。

關(guān)鍵詞：Arduino;實訓(xùn)室;復(fù)合式

中圖分類號：TP307? ? ?文獻標識碼：A

Research on the Construction of Innovative Training Room?Based on Arduino Technology

CHEN Mei，LIU Jiangyue，LI Zichen

（Urumqi Vocational University，Urumqi 830002，China）

Abstract：Based on Arduino technology，the construction scheme of complex innovative training room is to combine various sensors with development boards from easy to difficult，to construct inter-disciplinary teaching courses such as sensor technology，program development，embedded hardware，and creative realization，as well as interest group training.Combining with the actual needs of higher vocational colleges for the construction of innovative and creative training rooms，this paper explores the objectives，functions，equipment，construction attentions and later maintenance and management of the construction of complex training rooms.This scheme integrates the teaching place and innovative creative application space of professional courses.On the premise of limited training space and limited construction funds，it meets the teaching demand，improves the utilization ratio of training room，and provides a feasible scheme for the construction of complextraining room.

Keywords：Arduino;training room;complex

1? ?引言（Introduction）

創(chuàng)新戰(zhàn)略已成為全球關(guān)注熱點?！丁笆濉眹铱萍紕?chuàng)新規(guī)劃》提出，我國經(jīng)濟發(fā)展進入新常態(tài)，要把創(chuàng)新擺在國家發(fā)展全局的核心位置，堅持創(chuàng)新是引領(lǐng)發(fā)展的第一動力，以深入實施創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略、著力增強自主創(chuàng)新能力，著力建設(shè)創(chuàng)新型人才隊伍[1，2]?？萍紕?chuàng)新能力是一個地區(qū)經(jīng)濟結(jié)構(gòu)調(diào)整和優(yōu)化、轉(zhuǎn)變經(jīng)濟發(fā)展方式的重要抓手。高職學(xué)生作為企業(yè)技術(shù)人才的主力軍，在學(xué)校學(xué)習(xí)期間進行創(chuàng)新課程的學(xué)習(xí)，擁有創(chuàng)新素質(zhì)，訓(xùn)練創(chuàng)新技能，具有重要的實用意義。同時提供適當?shù)募夹g(shù)平臺和訓(xùn)練環(huán)境，激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新意識，提升學(xué)生解決問題的能力是學(xué)校教學(xué)環(huán)境的一項重要工作。

2? ?實訓(xùn)室建設(shè)背景（Background of training room construction ）

高職院校的創(chuàng)新教育不是要求學(xué)生必須達到某種層次的創(chuàng)新水準，而是培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新觀念，通過積極有效的方法使學(xué)生的創(chuàng)新素養(yǎng)得到提高，使其在以后的工作和生活中，能夠有思想，而不是呆板的、麻木的去做事。擁有創(chuàng)新素質(zhì)，訓(xùn)練創(chuàng)新技能，對高職生今后的發(fā)展大有益處。因此，高職學(xué)校的創(chuàng)新教育重點是培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識，提高高職生的動手動腦能力。目前高職院校的創(chuàng)新教育存在師資力量薄弱，課程設(shè)置、教材配備及教學(xué)方法不合理，實踐平臺建設(shè)不完善等問題[3]。

目前全國各地多所高職院校都開設(shè)了創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)課程，主要教學(xué)定位分為兩個方向：（1）以創(chuàng)業(yè)為重心;（2）以創(chuàng)新能力提升為重心[4]。當前很多高職院校都在嘗試探索基于創(chuàng)新能力提升的實訓(xùn)環(huán)境建設(shè)，但能提供學(xué)生動手操作，輔助學(xué)生實現(xiàn)創(chuàng)意的技術(shù)平臺和實訓(xùn)場所卻不多見，或者部分高職高專院校創(chuàng)新實訓(xùn)室還存在著設(shè)備不先進、技術(shù)掌握難度大、整體規(guī)劃能力不強、各功能分區(qū)分布不合理，以及實訓(xùn)室利用率不高或者建設(shè)成本高、耗材損耗大的現(xiàn)象。要想保證高職高專院校學(xué)生能夠在實訓(xùn)室中得到更好的培訓(xùn)，激發(fā)創(chuàng)新意識，首先做好實訓(xùn)室技術(shù)平臺定位，其次確定好實訓(xùn)室的功能。在遵循創(chuàng)新實驗室技術(shù)定位和功能服務(wù)的基礎(chǔ)上，做好實訓(xùn)室規(guī)劃布局、軟件、硬件等相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。

3? 實訓(xùn)室的建設(shè)目標（The construction target of?training room）

烏魯木齊職業(yè)大學(xué)作為世界銀行貸款新疆職業(yè)教育發(fā)展項目建設(shè)學(xué)校之一，在此項目的實訓(xùn)室建設(shè)中依據(jù)學(xué)校發(fā)展需要，以Arduino技術(shù)為基礎(chǔ)規(guī)劃建設(shè)復(fù)合型創(chuàng)新實訓(xùn)室，即面向全校創(chuàng)新創(chuàng)意課程實訓(xùn)，又面向電子信息類專業(yè)進行專業(yè)課程實訓(xùn)，同時滿足電子信息類創(chuàng)意設(shè)計比賽、興趣小組、社團等活動的實訓(xùn)項目，同時實訓(xùn)室還可以作為學(xué)校的一個窗口，承擔(dān)各類與本技術(shù)領(lǐng)域相關(guān)的培訓(xùn)、交流等活動。

3.1? ?Arduino技術(shù)簡介

Arduino是一款便捷靈活、方便上手的開源電子原型平臺。它包含硬件（多種型號的Arduino板）和軟件（Arduino IDE）[5，6]。它由一個歐洲開發(fā)團隊開發(fā)，很好地打破了軟件開發(fā)者不熟悉硬件，硬件開發(fā)者不熟悉軟件的技術(shù)壁壘[4]。因其具有跨平臺、簡單易學(xué)、開放性強、發(fā)展迅速等特點，獲得越來越多的專業(yè)硬件開發(fā)者及企業(yè)項目、產(chǎn)品開發(fā)者的認可;同時越來越多的軟件開發(fā)者也使用Arduino進入硬件、物聯(lián)網(wǎng)等開發(fā)領(lǐng)域;目前很多中小學(xué)，以及本科院校的自動化、軟件，甚至藝術(shù)專業(yè)，也紛紛開展了Arduino相關(guān)課程[6]。

通過Arduino平臺可以讓學(xué)生了解和掌握軟、硬相結(jié)合控制領(lǐng)域的基本知識和技能，包括機器人機械部分、傳感部分和控制部分的設(shè)計與搭建，以及在這個過程中需要運用的各種知識，可以培養(yǎng)學(xué)生良好的信息素養(yǎng)、創(chuàng)新精神和實踐能力[7，8]。目前在內(nèi)地發(fā)達城市、網(wǎng)絡(luò)公眾平臺、電商平臺、智能化產(chǎn)品等領(lǐng)域都相繼出現(xiàn)了arduino技術(shù)與創(chuàng)新應(yīng)用相結(jié)合的課題、學(xué)習(xí)資源、商業(yè)產(chǎn)品等[7，8]。

3.2? ?實訓(xùn)室需要具備的功能

結(jié)合學(xué)校場地空間、資金額度，以及從項目建設(shè)性價比角度考慮，本實訓(xùn)室主要滿足多個層次的服務(wù)功能：第一，滿足電子信息類傳感器課程實驗和實訓(xùn)、開源技術(shù)應(yīng)用項目實訓(xùn)等專業(yè)課程和項目的實訓(xùn)需求;第二，面向?qū)W校工科類專業(yè)學(xué)生進行創(chuàng)新創(chuàng)意類選修課程的實訓(xùn)需求;第三，面向?qū)W生興趣小組及社團需要具有創(chuàng)意DIY實現(xiàn)的操作環(huán)境和討論區(qū)域;第四，實訓(xùn)室需要具備有線網(wǎng)絡(luò)和無線網(wǎng)絡(luò)雙覆蓋功能;第五，實訓(xùn)室需要有工具和耗材存放區(qū)、作品展示區(qū)、教學(xué)區(qū)、創(chuàng)意作品加工區(qū)、討論區(qū)等區(qū)域劃分，詳細布局參見圖1創(chuàng)新技術(shù)實訓(xùn)室布局圖。

4? 實訓(xùn)室的設(shè)備構(gòu)成（Equipment composition of??training room ）

以學(xué)校常規(guī)班級人數(shù)規(guī)模40人為標準，實訓(xùn)室建設(shè)需要至少滿足40-50人的教學(xué)需求。因?qū)嵱?xùn)室中都是小型的、分散狀態(tài)的訓(xùn)練模塊，在實訓(xùn)室設(shè)備數(shù)量參數(shù)制定時要考慮實訓(xùn)設(shè)備損耗問題，選購實訓(xùn)設(shè)備時需要包括5%—10%設(shè)備冗余數(shù)量，資金充裕的情況下可以考慮所有基礎(chǔ)訓(xùn)練設(shè)備一人一套，部分有難度的、復(fù)雜度偏高的實訓(xùn)教學(xué)套件設(shè)備可以按照兩人一套為標準，共計25—30套基本滿足教學(xué)要求。

4.1? ?基礎(chǔ)教學(xué)設(shè)備

基礎(chǔ)教學(xué)設(shè)備包括：

①桌椅（2人一個工位）：本案例中采用180cm*80cm面積的桌面，這樣有利于學(xué)生在進行各實訓(xùn)模塊探索時，有足夠的嘗試空間。

②投影：建議投影幕布與教室大小遵循適當?shù)谋壤x擇，如果經(jīng)費有限，可以只選用投影，在保障光線條件許可下，用白墻作為幕布即可。

③可移動式白板：建議選用防爆玻璃式白板，實訓(xùn)室開展教學(xué)時可以避免因使用粉筆帶來的粉塵問題，小組活動時，也可以移動到討論區(qū)進行使用，增加設(shè)備利用率。

④電腦：建議兩個人使用一臺，實訓(xùn)室中承擔(dān)課程多數(shù)為小組項目，教學(xué)過程中既包含軟件開發(fā)任務(wù)，同時也需要進行硬件組合搭建。實訓(xùn)室的教學(xué)環(huán)境可以滿足兩人一組共用電腦的需求即可，一定程度上可以節(jié)約成本，同時也節(jié)約桌面場地。

⑤收納、展示設(shè)備：在實訓(xùn)室中有各種套件、工具、耗材需要進行歸類整理，學(xué)生的優(yōu)秀作品可以擺放在實訓(xùn)室中，增加學(xué)習(xí)氛圍。如果單獨設(shè)立實訓(xùn)室耗材管理間，增加了管理空間，同時意味著需要增加實訓(xùn)室管理人員，建議實訓(xùn)室中為了便于管理，需要考慮實訓(xùn)室中提供相應(yīng)收納設(shè)備，在收納柜上做好標簽，或者在同一個空間中，將教學(xué)訓(xùn)練區(qū)和收納區(qū)域隔離開。由于此類實訓(xùn)室設(shè)備模塊品類多而雜，建議開展實訓(xùn)課程教學(xué)的教師同時擔(dān)任此實訓(xùn)室的設(shè)備管理工作。

4.2? ?專業(yè)實訓(xùn)設(shè)備

專業(yè)實訓(xùn)設(shè)備主要滿足教學(xué)活動需求：

①Arduino互動電子積木套件，套件包括核心控制板、基礎(chǔ)傳感器件等，主要滿足學(xué)校創(chuàng)意類選修課程基礎(chǔ)實訓(xùn)需求。

②38種與Arduino技術(shù)兼容的傳感器模塊，包括溫度傳感器、觸摸傳感器、壓力傳感器、聲音傳感器、灰度傳感器、火焰?zhèn)鞲衅?、紅外傳感器、超聲波傳感器等，主要滿足傳感器課程實訓(xùn)。

③ultimate高級機器人：多種組裝形態(tài)，滿足不同應(yīng)用場景需求，通過此套設(shè)備了解機器人、電子、圖形編程、Arduino編程和Python編程。

④樹莓派套件：主控制是開源平臺產(chǎn)品內(nèi)置WiFi和藍牙功能，搭載了64位四核1.2GHz處理器，1GB LPDDR2內(nèi)存，為計算機編程教育而設(shè)計，是易于操作及具有豐富擴展功能的微型卡片電腦，并包含外殼、無線鍵盤、散熱片等基本配套使用產(chǎn)品。

上述設(shè)備中第③④種設(shè)備主要為滿足課程后期項目大作業(yè)，以及為興趣度較高的活動小組成員提供訓(xùn)練和學(xué)習(xí)探索用的能力提升設(shè)備，套件數(shù)量可以依據(jù)實訓(xùn)室建設(shè)資金投入和教學(xué)使用人數(shù)合理制定，建議3—4人使用一套較適合。

4.3? ?開放探索設(shè)備

從積極鼓勵學(xué)生進行嘗試探索的角度出發(fā)，實訓(xùn)室除了滿足學(xué)校的課程教學(xué)活動，還需要給學(xué)生提供創(chuàng)新、創(chuàng)意實現(xiàn)的基礎(chǔ)設(shè)備及工具。建設(shè)時，開放探索設(shè)備包括：調(diào)溫電烙鐵、直流穩(wěn)壓電源、鉆臺、信號發(fā)生器、萬用表、亞克力切割機、熱風(fēng)槍焊臺、3D打印機等，套數(shù)不需要太多，以滿足學(xué)生使用需求為考慮角度，建議以2—4套為宜。

5? 實訓(xùn)室環(huán)境建設(shè)過程中注意事項（Attentions in?environmental construction of training room ）

實訓(xùn)室在建設(shè)過程是一個不斷探索、不斷學(xué)習(xí)的過程，一個實訓(xùn)室建設(shè)完成需要學(xué)校方負責(zé)工作人員、開展實訓(xùn)教學(xué)的專業(yè)教師與設(shè)備提供方項目實施人員不斷溝通、探索，共同面對和解決項目實施過程中的每一個問題。實訓(xùn)室建設(shè)的最終目的是服務(wù)于教學(xué)，服務(wù)于學(xué)生。實訓(xùn)室建設(shè)的合理性需要從便于使用、利用率、安全性、是否利于維護等多個角度進行衡量[9，10]。

5.1? ?網(wǎng)絡(luò)環(huán)境

創(chuàng)新實訓(xùn)室是一個需要在開放的、網(wǎng)絡(luò)需求量較大的環(huán)境中運行，實訓(xùn)室中主要上網(wǎng)設(shè)備包括：臺式電腦、筆記本電腦、手機等。本實訓(xùn)室建設(shè)中，為每一個桌面規(guī)劃了兩個有線網(wǎng)絡(luò)點位，一個提供給桌面臺式電腦，另一個作為備用，如果學(xué)生自己準備筆記本電腦，也可以通過備用點接入。因在實訓(xùn)教學(xué)訓(xùn)練中，如果訓(xùn)練項目需要進行網(wǎng)絡(luò)類測試和訓(xùn)練，有線網(wǎng)絡(luò)更能保障信號的穩(wěn)定傳輸。同時，在實訓(xùn)室中覆蓋無線WiFi，最大限度保障學(xué)習(xí)環(huán)境中的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境支持。

5.2? ?教學(xué)服務(wù)環(huán)境

在實訓(xùn)室建設(shè)過程中，每一個實施細節(jié)都要從使用者角度出發(fā)進行布局和設(shè)計，圖2中A表示講臺，B1—B5表示學(xué)生桌椅。

①重點考慮桌椅擺放的朝向、預(yù)留空間，是否滿足學(xué)生走動、人體活動習(xí)慣。如果實訓(xùn)室空間足夠的前提下，建議將桌椅以講臺一側(cè)為中心，為了便于開展小組活動，將兩個桌椅或者四個桌椅為一組，進行有傾斜角度的組合擺放，具體布局如圖2所示。

②投影安放的位置要保障坐在最遠的學(xué)生也能看見投影邊界內(nèi)容為前提。

③在進行實訓(xùn)室現(xiàn)場工程實施前期，建議一個實訓(xùn)室內(nèi)先做好桌椅布局擺位后，再確定電源和網(wǎng)絡(luò)布線點位，然后進行布線規(guī)劃和設(shè)計。

④電源布線，需要考慮實訓(xùn)設(shè)備用電的插頭需求和學(xué)生自己帶筆記本的用電需求。

⑤桌面電腦擺放，建議遵守多數(shù)人右手使用鼠標的習(xí)慣，將電腦放在桌面的右側(cè)為宜，同時考慮小組活動中，面對面小組成員之間交流討論時和教師開展集中教學(xué)時不要因電腦屏幕而遮擋視線。

6? 實訓(xùn)室后期維護與管理（Later maintenance and??management of training room ）

實訓(xùn)室的建設(shè)是一個系統(tǒng)工程，但是實訓(xùn)室啟用后，維護和管理同樣是一個具有挑戰(zhàn)性的工作[11，12]。為更好保障實訓(xùn)室的循環(huán)使用和管理，建議做好以下工作：

①實訓(xùn)室建設(shè)時，留存實訓(xùn)室電源布局圖和網(wǎng)絡(luò)布線點位標識圖，便于后期線路維護。

②實訓(xùn)室教學(xué)用訓(xùn)練套件及工具進行編號，登記，工位也進行對應(yīng)編號，每次進行教學(xué)活動時，按照相應(yīng)工位號，領(lǐng)取相應(yīng)訓(xùn)練套件，課程結(jié)束時進行歸還。

③對于課程訓(xùn)練結(jié)束后對課程使用的設(shè)備進行及時清點和歸還，個別同學(xué)需要借用訓(xùn)練套件時，為保證平行班級的教學(xué)活動有序開展，正在使用的套件留在實訓(xùn)室內(nèi)，將備用的訓(xùn)練套件借給學(xué)生使用，建議以一周為時限，進行領(lǐng)用登記。學(xué)生歸還設(shè)備時進行清點整理，保證套件齊全，為下次借用做好準備。

7? ?結(jié)論（Conclusion）

綜上所述，要想保證高職高專院校創(chuàng)新實訓(xùn)室能夠滿足學(xué)生發(fā)展需求，院校領(lǐng)導(dǎo)及教師需要充分考慮實訓(xùn)室的技術(shù)平臺定位、功能、設(shè)備選型、環(huán)境創(chuàng)建等因素，同時依據(jù)建設(shè)資金規(guī)劃好建設(shè)規(guī)模。實訓(xùn)室建成后，實訓(xùn)室如何管理、維護和有效利用，如何有效助推學(xué)生的創(chuàng)意作品能發(fā)揮更大作用，都是我們需要不斷探索并值得深入研究的課題。

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