Arduino編程與程序設計課程的融合

“大眾創業、萬眾創新”新時代，創客及創客教育開始受到國內重視。Arduino因其極強的易用性和擴展性，成為創客空間中的重要平臺和工具。將Arduino編程融入程序設計課程，將創客教育融入專業教學之中，探索適合高職學生的創客之路。

一、引言

在“大眾創業、萬眾創新”新時代，“創客”這一詞出現在李克強總理的2015年政府工作報告中，創客一時間在國內引起了廣泛的關注。在歐美國家，創客活動、創客空間早已比較普遍，這緣于他們的創新教育推行得比較早。比如，美國項目引路PLTW、德國跨地區特別領域研究SFB/TR項目組以及以美國廣泛推行的STEAM課程（科學、技術、工程、藝術、數學教育的跨專業跨學科融合）。STEAM教育、創客教育已經滲透到歐美國家的日常教育中，許多大中小學里都開設了創客課程。在這些課程中，Arduino成為一種基礎技術，利用它可以簡便快捷地將創客們的創意想法變成現實。但在我國高校中，Arduino課程開設較少，其與專業課程的融合值得研究和探討。

二、創客空間和Arduino

創客源自英語單詞“Maker”，原意是指“制造者”，現在，創客用于指代利用網絡、3D打印以及其他新興科技，把創意轉換成現實，勇于創新的一群人。創客們開展創客活動的場所稱為創客空間，創客空間里有3D打印機、各類工具、電子元件及Arduino套件等。開展創客活動離不開數字技術，3D打印技術、物理交互設計和人工智能的程序設計是其最重要核心技術。而物理交互設計的電子制作作品，利用Arduino可以快速組裝起來。

什么是Arduino呢？它是一個開源軟硬件平臺，能夠很好地完成物理交互設計和部分的智能程序設計，如果再配上3D打印的個性外形設計，基本可以滿足創客們的將創意變為現實的愿望。用Arduino搭建起來的裝置，實際上就是互動式系統（裝備），它能利用傳感器感知世界（采集輸入信息），用微控制器智能處理，最后由執行器輸出，如圖1所示。傳感器可以感受溫度、濕度、光強、重力等信息，執行器可以是馬達、燈光、舵機或其他裝置，微控制器就是我們的Arduino。Arduino不僅隱藏了大部分的底層電子操作技術細節，還為用戶提供了多個輸入＼輸出接口。它不僅體積小，價格便宜，而且支持類似C語言的編程語言，用戶可以在電腦上編寫代碼，通過USB線燒錄入Arduino板即可調試運行。用戶甚至不用自己寫代碼（Arduino是開源項目），找到類似案例的源碼稍加修改即可。Arduino讓前沿的數字技術也變得不再遙不可及，普通人都可以用它來實現自己的創意想法。

三、Arduino編程與程序設計課程的融合

由于Arduino編程和C語言程序設計非常接近，我們嘗試在《C語言程序設計》等編程實踐課程中融入Arduino編程，讓程序設計的效果不再局限于電腦上，而是通過一件件富有創意的電子制作作品上表達出來，極大地提高了學生的學習興趣和動手能力。

圖1 Arduino交互式系統

1.課程內容的融合

由于Arduino基本語法和C語言基本一致（如數據類型、運算符、控制語句、變量常量、函數定義等），我們只需在C語言的基礎上擴展一些庫和函數（如setup、loop函數）即可。對于非電子信息類專業的學生，我們還可以補充一些最基礎的電路知識。針對C語言課程的章節內容，教師應該精心設計每一個實驗。比如學完變量常量和數據類型，就可以設計簡單的控制一個LED燈閃爍的實驗；學完分支控制語句（if-else）后，可以設計開關控制多個LED燈閃爍的實驗；學完循環控制語句（for或while循環）后，可以設計廣告流水燈實驗等等。

2.學習方式的融合

在Arduino平臺上，我們秉承創客教育“做中學、學中做”的理念，融入創造驅動的學習方式。Arduino編程和程序設計課程內容融合后，勢必要求課程采取項目學習法、DIY（Do It Yourself，自己動手做）、創新教育等新型理念，讓學生在創造中完成學習任務，比以往程序設計課程要求的任務驅動、動手實操走得更遠。

3.學習平臺的融合

在學習程序設計課程時用到的主要工具是計算機， Arduino編程則是對計算機的拓展。Arduino平臺搭建非常簡單，在電腦上安裝Arduino的USB驅動，然后用USB線連接Arduino板，最后在電腦上安裝Arduino IDE環境即可。借助Arduino極強的易用性和拓展性，編程課程如同多出了眼鼻耳口（各種傳感器）和手腳（各種執行器），學生在這種融合的平臺上有無限的發揮空間。此外，Arduino也比較便宜，淘寶網上100-200元左右即可以買到Arduino套件。

4.師資隊伍的融合

計算機、電子技術等信息技術類的教師應該成為學校創客教育的先驅者。由于他們對先進技術具有較強的敏感度和應用能力，對計算機、電子元件也比較熟悉，有迅速轉變為創客角色的基礎。學校可以為他們提供專門的培訓機會，鼓勵他們搭建創客教育環境、營造高校創客文化氛圍，在計算機程序設計課程上走得更遠。

（作者單位：長沙職業技術學院）