創客教育下的Arduino編程項目教學設計

張騁

摘? 要? 當前，國內大部分學校正在開展STEAM教育和創客教育，但是大都缺乏優秀的教學項目，大部分教學項目在難度水平、可延展性、硬件材料、創造性等方面存在不足，很難得到推廣。設計一個課程項目——智能藥盒，可以通過手機設定自動提醒吃藥并且從藥箱中露出指定藥物。這個項目難度適中，可以引起學生的興趣，適合進行教學。

關鍵詞? 創客教育；項目式教學；Arduino；智能藥盒

中圖分類號：G623.58? ? 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2023）11-0065-03

0? 引言

現在以PBL（項目式學習）模式開展的創客教育越來越受到學校教育的關注，項目式學習最顯著的特點是“以項目為主線、教師為引導、學生為主體”，改變了以往“教師講，學生聽”的被動教學模式，創造了學生主動參與、自主協作、探索創新的新型教學模式[1]。這種基于項目的創客教育，能夠很好地培育優秀的人才，這類人才的特點是擁有創新性、創造力。這正是中國，乃至世界都需要的人才。

盡管很多學校在大力建設創客實驗室，開展創客教育，但是目前國內的創客教育仍處于起步摸索階段。創客教育融合了科學、技術、工程、美學和數學等不同的學科知識[2]。開展創客教育給學生帶來了更好的創造、創新空間。但相比于國外的創客教育，我國還稍顯不足，因為缺少這方面的經驗、師資力量不足、沒有完善課程系統和標準、硬件設備不足等原因，創客教育沒能大規模開展起來。因此，做好創客教育相關的項目教學課程設計的研究、實踐就顯得尤為重要。

1? 智能藥盒教學概述

創客教育下的Arduino編程項目“智能藥盒”教學設計由筆者所在學校教研組設計完成。可用手機APP設計吃藥的時間和拍攝要吃的藥物照片。當到達指定時間后手機APP會響鈴提醒，并且手機APP上會出現待服用藥物的照片，點擊確定之后藥盒會轉動到指定藥物的位置，將藥物倒出來。

1.1 項目教學目標

知識與技能目標：APP Inventer編程原理，米思齊圖形化編程，硬件連接；過程與方法目標：學會分析問題，運用所學知識解決實際問題，完成“智能藥盒”電路連接，結構搭建，外觀設計，程序設計與調試；情感態度與價值觀：培養學生創新、探究思維，培育學生節約不浪費的意識。

1.2? 項目教學設計

筆者結合多年小學教育管理實踐，設計出創客教育下的Arduino編程項目教學設計模型（見圖1）。該模型的實施共分為五個階段。

1）考察階段：教師應該基于教學案例分析學校教學實踐，對教師、學生的需求進行前期考察。

2）設計開發階段：這是整個階段中最重要的環節，由教學管理者、上課實踐者、設計開發者來共同完成。

3）課堂實踐：這一環節力求真實，可以很好地反饋教學中出現的問題。

4）課后分析：對比實際效果和設想效果，找出出現差距的原因。

5）改進優化：根據課后分析結果，對課程進行優化改進。

2? 項目教學實踐

考慮到學校學生已經學習過圖形化編程工具，簡單的Arduino硬件知識已經掌握。教學過程主要是教師對學生進行引導，讓其利用所學習的知識完成智能藥盒項目。

2.1? 聯系生活實際

引導學生思考平時生活中自己或家人、朋友生病吃藥時出現過什么問題，有什么不方便的情況。

2.2? 找到問題痛點

現代社會生活節奏非常快，越來越多的人處于亞健康狀態，很多人經常會因為太忙導致不能按時吃藥。隨著醫藥技術的發展，藥物的種類越來越多，通常同一種藥物有不同的品牌，這對于老人來說不是很方便，而各種化學藥品的名稱對于普通人來說晦澀難懂，并且藥丸形狀相似，不容易分辨。那么，是不是可以發明一款比較智能的藥盒，可以按時提醒吃藥，而且能夠自動找到藥物以防止吃錯。

2.3? 查閱資料

讓學生在課下查找資料或者詢問家長，了解目前市面上的藥盒有哪些功能，有哪些優缺點。

2.4? 上課討論

學生課下查閱資料之后，在課上提出來，大家一起討論分析，得出結論：市面上有為了方便醫護人員對藥品的存放或拿取，可對藥品取存實時記錄的智能藥盒；還有到達吃藥時間提醒的智能藥盒，這些智能藥盒與我們想要的智能藥盒不一致。

2.5? 編程

學生已經學過圖形化編程，可以自己獨立借助米思齊編程軟件來完成硬件部分編程，雖然APP Inventer編程還沒有接觸，但都是圖形化編程學起來比較快。教師給學生講解APP Inventer編程思路和方法技巧，學生自己嘗試完成，有不懂的再舉手問老師，最后結果不錯。學生將所學習的知識融會貫通，鞏固了之前所學習的內容，感覺有很大的進步。米思齊編程圖見圖2，APP Inventer編程圖見圖3。

2.6? 硬件連接

這個作品需要使用的硬件有：Arduino主板、HC06藍牙模塊、180度舵機。硬件個數不多，且都是之前學習過的硬件，可以由學生自己獨立完成連接。教師觀察是否有學生需要幫助。連接圖見圖4。

2.7? 作品外觀設計

教師提供紙盒、畫筆、紙張等制作外殼所需要的材料。由學生自由發揮設計外觀，這可以很好地發揮學生的主觀能動性，由學生最后完成成品外觀，其會很有學習的成就感。成品外觀圖見圖5。

2.8? 學生作品展評

在項目制作完成后，讓每個學生都走上講臺介紹自己的作品設計理念、下一步優化實施計劃等。教師對每個學生的作品進行點評，并且組織學生投票選出自己認為最好的作品。

3? 結束語

創客教育的核心教育理念是通過動手實踐培養學生的創新能力、探究力和創造力[3]。經過教學發現，學生對于這種Arduino編程項目教學表現出極大的興趣，上課的積極性非常高。教師給學生足夠的空間可以自由發揮。從最開始的“找到問題痛點”，到最后的“外觀設計”，都在教師的引導下利用自己所學習的知識進行創造、創新。這種創客教育下的Arduino編程項目式教學很好地激發了學生的學習積極性，提升了其綜合運用知識的能力。

4? 參考文獻

[1] 胡慶芳.優化課堂教學方法與實踐[M].北京：中國人民大學出版社，2014.

[2] 韓子燁，丁黎明.創客教育實驗室的發展建設思路探[J].黑龍江教育學院學報，2017，36（4）：16-18.

[3] 羅誠，肖安慶.中小學創客教育的發展現狀、內涵與構建策略[J].中小學教師培訓，2016（11）：66-68.