[摘 要] 近年來，學(xué)校一直致力于創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育，成立了創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)學(xué)院，大力推進創(chuàng)客教育的課程教學(xué)改革。本文基于創(chuàng)客教育理念，設(shè)計并實施了機電類專業(yè)機器人興趣類課程的教學(xué)設(shè)計，給出了課程介紹以及課程目標，內(nèi)容設(shè)計以及考核方式。通過探索改革創(chuàng)客教育的課程教學(xué)研究設(shè)計，為高校的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育課程改革提供可參考的模式。結(jié)合學(xué)生取得的學(xué)習(xí)成果，驗證了本次課程實踐具有較好的教學(xué)效果。

[關(guān)鍵詞] 教學(xué)設(shè)計；創(chuàng)客；智能機器人

“創(chuàng)客教育”這一詞最早是由北京景山學(xué)校的吳俊杰老師于2013年提出的，吳俊杰老師早期在學(xué)校開展機器人、開源硬件Arduino等創(chuàng)客類的課程，并把這一種面向大眾普及的培養(yǎng)下一代消費者的課程稱為創(chuàng)客教育。課程設(shè)計作為教育活動開展的重要前提，對教學(xué)實踐具有重要的指導(dǎo)意義。因此，本文基于“智能機器人創(chuàng)新設(shè)計與編程”課程，探索創(chuàng)客教育的課程教學(xué)研究設(shè)計，為本校的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育課程改革提供可參考的模式和案例。

1.課程介紹

《智能機器人創(chuàng)新設(shè)計與編程》課程是專為工業(yè)機器人、機電一體化及自動化專業(yè)學(xué)生開設(shè)的基礎(chǔ)實踐課程。機器人是一門涉及運動學(xué)和動力學(xué)、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、傳感技術(shù)、控制技術(shù)等多領(lǐng)域的交叉學(xué)科，其教育實施正是以工程標準化的思想進行綜合實踐的過程，具有較強的教育價值。Arduino是一塊基于開放源代碼的USB接口Simple I/O接口板，并且具有IDE集成開發(fā)環(huán)境。通過Arduino平臺可以讓學(xué)生了解和掌握機器人的基本知識和技能，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)新創(chuàng)業(yè)精神和實踐能力。

2.課程目標

《智能機器人創(chuàng)新設(shè)計與編程》課程的總目標是提高學(xué)生的創(chuàng)新能力、綜合設(shè)計能力和動手實踐能力，進而培養(yǎng)和提升學(xué)生的STEM素養(yǎng)，強調(diào)學(xué)生在直接經(jīng)驗和親身經(jīng)歷的基礎(chǔ)上，通過觀察、思考、設(shè)計、制作、試驗等活動獲得豐富的學(xué)習(xí)體驗，在生活中發(fā)現(xiàn)問題，在實踐中解決問題，在活動中獲得知識[1]。

根據(jù)三維目標的劃分，將課程目標細分如下：

（1）知識與技能

初步了解機器人的基本結(jié)構(gòu)，了解機器人在社會生活中的應(yīng)用；完成簡單的機器人設(shè)計、硬件裝配、程序編寫、功能調(diào)試等任務(wù)；通過在掌握有關(guān)機器人的知識和技能的基礎(chǔ)上，積極創(chuàng)意解決更多實際問題，在過程中培養(yǎng)創(chuàng)新精神，提高實踐能力。

（2）過程與方法

在教師指導(dǎo)下，通過模仿及積極的創(chuàng)意，能夠完成簡單的機器硬件裝配、程序編寫、簡單調(diào)試等任務(wù)，使機器人能夠解決簡單的問題。掌握3D打印技術(shù)，能應(yīng)用3D打印機器人的常用構(gòu)件，并用于組裝智能機器人。

（3）情感態(tài)度與價值觀

感受機器人技術(shù)的重要性以及Arduino平臺的便捷性，培養(yǎng)對Arduino機器人課程學(xué)習(xí)的興趣以及動手解決實際生活問題的興趣，提高問題意識以及STEM素養(yǎng)，促進全面而有個性的發(fā)展。

3.學(xué)習(xí)內(nèi)容設(shè)計

配套教學(xué)器材如下：高透明塑料整理箱（小號），Arduino UNO主板（自帶驅(qū)動模塊和擴展版），USB線，3p線（若干），小號兩用螺絲刀；LED（三個），小風(fēng)扇，鋰電池，TowerPro SG90舵機，智能小車底盤，小電機（帶動風(fēng)扇轉(zhuǎn)動），電源插頭；數(shù)字大按鈕模塊，數(shù)字鋼球傾角傳感器，模擬環(huán)境光線傳感器，線性溫度傳感器，Mini尋線傳感器（兩個），超聲波傳感器，模擬聲音傳感器，IR kit紅外遙控套件，數(shù)字防跌落傳感器（兩個），碰撞傳感器（左右各一）等[2]。軟件環(huán)境：需要安裝Arduino IDE軟件，高職學(xué)生需掌握Arduino編程，視學(xué)生的學(xué)習(xí)能力，可以采用圖形化編程插件——Ardublock進行輔助編程，也可以直接使用IDE環(huán)境編寫代碼。創(chuàng)客課程教學(xué)內(nèi)容教學(xué)設(shè)計包括“基礎(chǔ)知識教學(xué)、實踐訓(xùn)練、自主創(chuàng)新”三個方面。

（1）基礎(chǔ)知識教學(xué)

本環(huán)節(jié)主要以各種趣味性的項目為主，通過智能LED的項目開發(fā)，包括點亮LED、按鈕控制的LED、創(chuàng)意LED三個專題。學(xué)生能夠通過相應(yīng)的實驗對系統(tǒng)中通用的控制技術(shù)、機械原理、傳感器技術(shù)甚至軟件編程能有一個基本的了解。

（2）實踐訓(xùn)練

本環(huán)節(jié)通過教師預(yù)設(shè)的題目，以避障小車為車體，小車具有自動駕駛功能和手動駕駛功能。硬件是以Arduino單片機為主控芯片，配合直流電動機、光電傳感器等器件構(gòu)成，并通過相應(yīng)的軟件代碼實現(xiàn)控制小車的前進、轉(zhuǎn)彎、避障、自動轉(zhuǎn)向等動作。學(xué)生在實踐中鞏固所學(xué)知識，并培養(yǎng)學(xué)生利用互聯(lián)網(wǎng)查找資料、自主學(xué)習(xí)的能力。

（3）自主創(chuàng)新

通過前兩個階段的學(xué)習(xí)，學(xué)生可以在教師引導(dǎo)下參與工作室項目，針對智能家居等內(nèi)容為創(chuàng)新主題，以團隊形式，提出創(chuàng)新設(shè)計課題，根據(jù)已掌握的軟硬件知識，完成系統(tǒng)設(shè)計方案，為參加“挑戰(zhàn)杯”等各級各類創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)活動、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)競賽提供條件[3]。

4.考核方法

根據(jù)課程的性質(zhì)特征，評價應(yīng)重參與、重過程，強調(diào)評價主體的多元化，教學(xué)內(nèi)容的綜合性和全面性，評價標準的合理性，以及評價方法、手段的多樣性。為此，要遵循以下原則：

（1）參與性原則

注重學(xué)生在課堂的積極參與性以及與其他同學(xué)的合作，適時提供相應(yīng)的參與性評價表記錄學(xué)生的參與活動。

（2）綜合性原則

評價的內(nèi)容不能片面，要綜合考慮到學(xué)生的各科知識基礎(chǔ)，學(xué)生對Arduino創(chuàng)意機器人基礎(chǔ)知識的學(xué)習(xí)以及學(xué)生在綜合運用各個知識解決實際問題的能力。

（3）激勵性原則

教師需要通過激勵性的評價，為學(xué)生的好奇心保鮮，同時鼓勵他們發(fā)揮自己的長處，大膽嘗試，創(chuàng)作出滿意的作品，提高創(chuàng)新能力以及實踐能力。

5.建議

在教學(xué)設(shè)計方面，教師可能要考慮到以下幾點內(nèi)容：

（1）教學(xué)內(nèi)容力求充實

在做教學(xué)設(shè)計的時候要充分考慮到學(xué)生的原有知識水平。教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計也是在考慮到學(xué)生原有水平的基礎(chǔ)上進行的，這樣的內(nèi)容才能激發(fā)學(xué)生興趣。

（2）教學(xué)思路力求清晰

教學(xué)內(nèi)容是有先后次序的，上下位知識的學(xué)習(xí)如果打斷得比較離譜，學(xué)生的學(xué)習(xí)效果必然是不好的。即使要打破教學(xué)陳規(guī)，教師的心中也要有一條教學(xué)的主線。

（3）教學(xué)策略及教學(xué)方法應(yīng)力求激發(fā)學(xué)生興趣

怎樣的教學(xué)策略能夠激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，怎樣的教學(xué)策略能夠維護課堂秩序使得教學(xué)順利進行，這些都是需要教師在教學(xué)設(shè)計時就做詳細考慮。

（4）對教學(xué)實施過程中的突發(fā)情況進行預(yù)測

根據(jù)課堂的教學(xué)實際把一些突發(fā)事件轉(zhuǎn)化為比較流暢、生動的教學(xué)環(huán)節(jié)，也是一門偉大的教學(xué)藝術(shù)。

（5）總結(jié)教學(xué)工作中的經(jīng)驗與教訓(xùn)

教師在日常教學(xué)工作中，注意積累與教學(xué)相關(guān)的資源，養(yǎng)成記錄教學(xué)日記的良好習(xí)慣，同時利用網(wǎng)絡(luò)多與同行進行交流。Arduino創(chuàng)意機器人在國內(nèi)的教學(xué)還比較少，但還是有很多同樣熱衷于Arduino創(chuàng)意機器人教學(xué)研究的同行存在的，并且，隨著機器人教育的普及，相信會有更多的教師去研究，挖掘Arduino創(chuàng)意機器人教學(xué)的價值。

參考文獻：

[1]馬云霞，秦健.基于創(chuàng)客教育的創(chuàng)客課程教學(xué)設(shè)計研究[J].中國教育信息化，2016.12：12-15.

[2]朱軼，曹清華.基于Android、樹莓派、Arduino、機器人的創(chuàng)客技能教育探索與實踐[J].實驗技術(shù)與管理，2016.06：172-176.

[3]賈艷紅.開源硬件在兒童創(chuàng)客教育產(chǎn)品中的應(yīng)用研究[J].設(shè)計，2017.11：112-113.

[作者簡介]

莫慧芳，廣州科技貿(mào)易職業(yè)學(xué)院副教授，研究方向為自動化教學(xué)與職業(yè)教育改革。

[基金項目]

本文是廣州教育政策研究課題+“學(xué)做創(chuàng)”為導(dǎo)向的創(chuàng)客教育課程教學(xué)模式研究的研究成果，項目編號：DZCYJ1905。

[作者單位]

廣州科技貿(mào)易職業(yè)學(xué)院。