《Arduino創意實踐》創新課程體系優化的探索研究

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創意實踐》創新實踐課程教學，提升課堂教學效果，針對選修課程的學生年級、專業和學習起點不同，該文將基于《Arduino創意實踐》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化和改革，以切實提高培養卓越工程師人才的教學質量。

關鍵詞：課程體系優化 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人才培養目標有決定性的意義。課程體系的優化，即構成課程體系的主要實踐性教學環節，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。一個經過優化的課程體系最少應包含課程體系總體結構的優化和課程內容的優化兩方面內容。

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板編寫程序的開發環境組成。Arduino的顯著優點是：（1）價格親民；（2）軟件可以跨平臺運行多種操作系統；（3）具有簡易的編程環境；（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品的原型設計提供了良好的平臺，廣泛用于電子系統設計和互動產品開發方面。

1.2 《Arduino創意實踐》創新實踐課程的現狀分析

《Arduino創意實踐》課程主要是為學生搭建一個開源的單片機系統平臺，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自己的想法，激發學生進行科學研究與探索的興趣，培養學生的創新精神和創業意識，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競賽的能力。

該課程為哈爾濱工程大學開設的創新創業系列選修課之一，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意設計作品的教學模式。目前需要解決的主要問題為《Arduino創意實踐》創新課程學時有限，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境。

2 《Arduino創意實踐》課程教學評價

2.1 《Arduino創意實踐》課程教學效果分析

從目前的教學效果及課程成績來看，得到如下的統計信息。

（1）52.7%左右的學生創新思維活躍，創新意識強、積極性高，在自主學習能力、知識綜合能力、工程實踐能力、工程創新能力等方面都有很大提高，創作出了創意新穎、有開發應用前景的優秀作品，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，制作的創新作品還有可以進一步開發。

2.2 《Arduino創意實踐》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，激發了自己對科學研究的興趣，有利于發展自己的綜合能力。

（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節，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創意實踐》課程體系優化的探索實踐

《Arduino創意實踐》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集成開發環境（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化該課程的教學體系，完善教學內容以更好地實現該課程的教學目的，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，以豐富學生對創客產品開發的完整體驗。

本著“推進課程體系與教學內容的整合提升”宗旨，優化后的《Arduino創意實踐》課程體系構成：（1）Arduino入門講座；（2）熟悉Arduino集成開發環境（IDE）；（3）Arduino輸入輸出控制方法練習；（4）Arduino傳感器應用訓練；（5）Arduino執行器控制訓練；（6）Arduino智能小車機械裝配訓練；（7）市場智能產品調研和成本分析；（8）綜合創新項目專項機電聯調測試；（9）綜合創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。

優化后的《Arduino創意實踐》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品調研、綜合創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品研發設計過程中企業產品研發的標準過程（包括市場前景需求調研、產品成本預算分析等），引導學生體驗創客產品開發過程中的樂趣，增強學生進行智能產品設計研發的信心。

4 結語

綜上所述，探索優化《Arduino創意實踐》課程體系，調整《Arduino創意實踐》課程結構，確保《Arduino創意實踐》課程知識內容與社會需求具備一致性，為學生參加科創競賽提供良好的平臺。在優化課程體系過程中需要按照課程設計理念標準，根據自身課程特定的培養目標來設計、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通用標準的知識體系，對吸引學生進行創客體驗和提升學生的創新興趣，都能夠起到積極的推動作用。

參考文獻

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