易向东
摘要：机器人课程是一门涉及多个学科知识的综合性实践课程。随着基础教育新课程改革的不断深入实施，我国中小学机器人教育有了较快发展，但是机器人课程资源的研究还很少，该文阐述了基于Arduino开源硬件的机器人课程资源的开发，对机器人课程的课程目标、课程内容、教材开发、课程实施以及教学器材等方面进行了研究。
关键词：Arduino 机器人 课程资源 中小学
中图分类号：G62 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）11（a）-0070-02
Development and Research of Robot Course Resources based on Arduino Open Source Hardware
YI Xiangdong
（Dept. of Physics and Information Engineering，Guangdong University of Education，Guangzhou Guangdong，510303，China）
Abstract：Robot course is a comprehensive practical course which involves a number of subjects. With the deepening of the implementation of the new curriculum reform of basic education in primary and middle schools in China， Robotics Education has been developing rapidly， but there has been little research robot curriculum resources， this paper expounds the development of robot curriculum resources Arduino open source hardware based on robot， curriculum goal， curriculum content， curriculum implementation and the development of teaching materials， teaching equipment etc. aspects of the study.
Key Words：Arduino；Robot；Course resources；Primary and middle school
當今社会机器人教育越来越受人重视，国家的各种政策支持更是为机器人教育的普及提供了新的契机。但是，目前用于机器人教育的开发平台种类繁多，质量参差不齐，而且各种机器人平台之间无法兼容，开放性较低，机器人的课程资源不完善。由于Arduino开源硬件的机器人产品的开放程度高，价格低廉，编程方便。因此，开发配套的Arduino机器人课程资源有着重大的现实意义。
1 Arduino机器人的特点
Arduino是一个基于单片机并且开放源码的计算机平台，和一套为Arduino板编写程序的开发环境组成[1]。Arduino机器人相比于同类的教育机器人的优点主要有以下几个方面。
1.1 开放性
Arduino机器人作为一款开源的机器人产品，它的硬件和软件的开放性让其能极好地应用在科学研究和教学上。
1.2 廉价
Arduino机器人的价格相比较同类的教育机器人来说价格优势相当明显，例如乐高机器人的一套最低配置的价格也需要2 000元起，而同样功能的Arduino机器人的教学套件大概需要五六百元左右。
1.3 容易搭建教学环境
Arduino机器人可以利用学校的计算机室进行教学活动，不需要设计专门实验室或者兴趣活动中心。
1.4 编程软件
分为文本式的编程环境和图形化积木式的编程环境，可以方便学生理解。
2 Arduino机器人课程资源的开发
2.1 课程性质和理念
Arduino机器人设计是通过老师讲授、学生小组实践等方法锻炼学生创新能力、协作能力、解决实际问题能力的课程，课程理念遵循STEM科学、技术、工程、数学四位一体的理念[2]，力求通过此课程让学生将所学的众多科学类学科知识融会贯通，综合应用。它的科学性、实践性、综合性、创新性对学生的综合能力培养有很大的帮助。
2.2 课程目标
Arduino机器人课程总体目标是通过Arduino机器人课程让学生对机器人的开发有所了解，并建立学习兴趣，从而在学习过程中锻炼他们的创新能力、合作能力、解决问题的能力[3]，培养学生动手动脑独立思考的学习习惯。
2.3 课程内容
通过对Arduino机器人课程的研究，设计出的课程内容主要包括Arduino机器人元件的应用和智能小车的设计[2]。通过Arduino机器人各类元件的学习，让学生逐步掌握机器人编程方法、搭建思路、多个元件配合使用方法等，为Arduino机器人小车课程的开展打下基础，让学生将所学知识带入生活提高创新能力。具体课程内容如表1所示。
2.4 教材编写
Arduino机器人教材编写要充分理解Arduino机器人课程性质与理念，明确把握课程目标，把培养学生的科学素养融入进教材中，充分发挥Arduino开源教育机器人的特点和优势，给出以下几点体会。
2.4.1 编程平台的选择
在编写Arduino机器人教材时所选用的编程平台应该选择图形化的编程平台。首次接触机器人课程，编程也是零基础。中小学生的逻辑思维能力正在以形象的思维能力向抽象的思维能力过渡，不宜过早接触文本化的编程平台。
2.4.2 以中小学生的视角解释Arduino机器人
编写教材时应以中小学生的视角去解释Arduino机器人的结构和功能，将各种传感器的功能和人体器官的功能进行对照讲解等，各种元件的作用原理需要相应地简化，不要太过复杂[3]。
2.5 课程实施建议
开展Arduino机器人课程时要注意显性课程资源与隐性课程资源的结合应用，多总结利用课堂生成性课程资源，激发课堂活力，潜移默化地改变学生的身心发展，让他们从被动的学习转到主动的渴求知识。在此给出以下几点建议。
2.5.1 根据学生实际情况来进行学生分组
机器人教学适合以团队的形式开展，让学生分组互相交流学习是机器人教学时常用的方式。从学生的情况来讲，有的学生适合机器人结构功能设计，有的学生擅长编程，有的学生擅长统筹规划，所以教师可以开展一次机器人设计创意课，从而更加了解学生的能力之后對学生进行分组以增强学生的参与程度、相互学习、积极性、合作能力等。
2.5.2 将生活实践融入到机器人课程中
教师可以开展一些活动，让学生制作的机器人能应用到他们的学习生活中去，甚至应用到其他科目中去。例如，利用Arduino制作LED显示板用来显示值日生表、上课抢答器等，提高他们的观察能力和解决实际问题的能力。
2.5.3 Arduino机器人课程要以探究为主
中小学生有着很强烈的好奇心，教师在开展课程时主要以引导为主，让学生自己去发现问题，让他们在错误的过程中找出原因。注意不要把自己固有的想法强加给学生，让他们自由去创造。
3 结语
该文从机器人课程的目标、内容、教材开发、课程实施以及教学器材等方面，研究了基于Arduino开源硬件的机器人课程资源的开发。在课程资源开发时，应当加强对Arduino机器人的理解，要从中小学学生的心理生理特点出发，以学校为中心进行开发。要充分地利用家庭和社会等相关课程资源，将它们有机地与课堂结合起来。
参考文献
[1]骆巍.开源平台在中小学机器人教学中的应用—基于Arduino的机器人学习平台建构与实践[J].中国信息技术教育，2012（9）：48-49.
[2]赵中建.为了创新而教育[N].中国教育报，2012-6-15.
[3]李俊港.关于中小学机器人教育的思考与分析[J].求知导刊，2016（45）：53.
