Arduino编程与程序设计课程的融合

“大众创业、万众创新”新时代，创客及创客教育开始受到国内重视。Arduino因其极强的易用性和扩展性，成为创客空间中的重要平台和工具。将Arduino编程融入程序设计课程，将创客教育融入专业教学之中，探索适合高职学生的创客之路。

一、引言

在“大众创业、万众创新”新时代，“创客”这一词出现在李克强总理的2015年政府工作报告中，创客一时间在国内引起了广泛的关注。在欧美国家，创客活动、创客空间早已比较普遍，这缘于他们的创新教育推行得比较早。比如，美国项目引路PLTW、德国跨地区特别领域研究SFB/TR项目组以及以美国广泛推行的STEAM课程（科学、技术、工程、艺术、数学教育的跨专业跨学科融合）。STEAM教育、创客教育已经渗透到欧美国家的日常教育中，许多大中小学里都开设了创客课程。在这些课程中，Arduino成为一种基础技术，利用它可以简便快捷地将创客们的创意想法变成现实。但在我国高校中，Arduino课程开设较少，其与专业课程的融合值得研究和探讨。

二、创客空间和Arduino

创客源自英语单词“Maker”，原意是指“制造者”，现在，创客用于指代利用网络、3D打印以及其他新兴科技，把创意转换成现实，勇于创新的一群人。创客们开展创客活动的场所称为创客空间，创客空间里有3D打印机、各类工具、电子元件及Arduino套件等。开展创客活动离不开数字技术，3D打印技术、物理交互设计和人工智能的程序设计是其最重要核心技术。而物理交互设计的电子制作作品，利用Arduino可以快速组装起来。

什么是Arduino呢？它是一个开源软硬件平台，能够很好地完成物理交互设计和部分的智能程序设计，如果再配上3D打印的个性外形设计，基本可以满足创客们的将创意变为现实的愿望。用Arduino搭建起来的装置，实际上就是互动式系统（装备），它能利用传感器感知世界（采集输入信息），用微控制器智能处理，最后由执行器输出，如图1所示。传感器可以感受温度、湿度、光强、重力等信息，执行器可以是马达、灯光、舵机或其他装置，微控制器就是我们的Arduino。Arduino不仅隐藏了大部分的底层电子操作技术细节，还为用户提供了多个输入＼输出接口。它不仅体积小，价格便宜，而且支持类似C语言的编程语言，用户可以在电脑上编写代码，通过USB线烧录入Arduino板即可调试运行。用户甚至不用自己写代码（Arduino是开源项目），找到类似案例的源码稍加修改即可。Arduino让前沿的数字技术也变得不再遥不可及，普通人都可以用它来实现自己的创意想法。

三、Arduino编程与程序设计课程的融合

由于Arduino编程和C语言程序设计非常接近，我们尝试在《C语言程序设计》等编程实践课程中融入Arduino编程，让程序设计的效果不再局限于电脑上，而是通过一件件富有创意的电子制作作品上表达出来，极大地提高了学生的学习兴趣和动手能力。

图1 Arduino交互式系统

1.课程内容的融合

由于Arduino基本语法和C语言基本一致（如数据类型、运算符、控制语句、变量常量、函数定义等），我们只需在C语言的基础上扩展一些库和函数（如setup、loop函数）即可。对于非电子信息类专业的学生，我们还可以补充一些最基础的电路知识。针对C语言课程的章节内容，教师应该精心设计每一个实验。比如学完变量常量和数据类型，就可以设计简单的控制一个LED灯闪烁的实验；学完分支控制语句（if-else）后，可以设计开关控制多个LED灯闪烁的实验；学完循环控制语句（for或while循环）后，可以设计广告流水灯实验等等。

2.学习方式的融合

在Arduino平台上，我们秉承创客教育“做中学、学中做”的理念，融入创造驱动的学习方式。Arduino编程和程序设计课程内容融合后，势必要求课程采取项目学习法、DIY（Do It Yourself，自己动手做）、创新教育等新型理念，让学生在创造中完成学习任务，比以往程序设计课程要求的任务驱动、动手实操走得更远。

3.学习平台的融合

在学习程序设计课程时用到的主要工具是计算机， Arduino编程则是对计算机的拓展。Arduino平台搭建非常简单，在电脑上安装Arduino的USB驱动，然后用USB线连接Arduino板，最后在电脑上安装Arduino IDE环境即可。借助Arduino极强的易用性和拓展性，编程课程如同多出了眼鼻耳口（各种传感器）和手脚（各种执行器），学生在这种融合的平台上有无限的发挥空间。此外，Arduino也比较便宜，淘宝网上100-200元左右即可以买到Arduino套件。

4.师资队伍的融合

计算机、电子技术等信息技术类的教师应该成为学校创客教育的先驱者。由于他们对先进技术具有较强的敏感度和应用能力，对计算机、电子元件也比较熟悉，有迅速转变为创客角色的基础。学校可以为他们提供专门的培训机会，鼓励他们搭建创客教育环境、营造高校创客文化氛围，在计算机程序设计课程上走得更远。

（作者单位：长沙职业技术学院）