基于科创教育Arduino校本选修课的实践探究

黄国财

【摘要】科创教育融合了STEM教育和创客教育，面向未来，以培养技术进步、科技创新为目标。本文Arduino校本选修课围绕STEM课堂教学、以创客活动项目为载体进行探究，通过构图设计、积木搭建、AI应用，激发学生探索兴趣、引导学生跨学科知识联系实践，變创意为现实，培养学生跨学科解决问题能力、团队协作能力和创新能力，全面提升学生的科创素养和能力。

【关键词】Arduino;校本选修课;科创教育;实践探究

科创教育既面向学生跨学科素养的生成，也着力培养学生的创新实践能力。我校开展Arduino校本选修课，搭建创客活动项目研究平台，不断创造条件让善于动脑、乐于动手的学生有机会真正接触多学科实验，动手把兴趣爱好、奇思妙想变为现实。科创教育的持续创新发展，对学校教育的发展有着重要的实践意义。

一、Arduino校本选修课

随着教育信息化2.0的推进，我校信息技术科凭借着多年对机器人项目培训所积累的各方面资源、科技劳动教育实践活动比赛的一些经验，开拓面向未来的人工智能Arduino校本选修课程。本课程采用项目任务探究式教学与创客活动相结合形式进行，一方面，教师引导学生在选修课堂中完成一系列有计划的、内容丰富且与生活相关的真实性问题的无畏探索和天马行空设计。另一方面，组织学生多层次、多维度参与线上、线下人工智能创客实践活动的项目培训与比赛，让学生在活动中尝试探索、发散思维、融合多学科知识应用、团队协作形成研究成果，从而获得较为完整的科创知识和技能。

二、Arduino校本选修课目标

Arduino校本选修课以项目任务探究为载体，引导学生通过系列专题案例的摸索学习和创客活动比赛项目的研究，增强学生的求知欲望，激发学生创新想法、实践探索的兴趣。学生通过学习观察、实验尝试、学习动手设计和制作及现场调试展示，培养学生思维创造、分析问题和学习应用AI解决面向未来实际问题的新能力。在合作研究学习和活动比赛摸索过程中，培养学生的团队协作精神。

三、Arduino校本选修课课堂实践

Arduino校本选修课课堂教学实施流程包括创设情境、构建创意、创意变现、分享交流、拓展提升、总结评价等环节。本次以制作LED灯宣传广告牌项目为例。

（一）创设情境

学校对面新开了一间文具店，店主很想做个LED灯的宣传广告牌，以更吸引学生的光顾。现请学生们思考如何制作一个颇具特色的LED灯宣传广告牌。教师在选修课教学中引入真实的生活场景，抛出项目探究任务，引发学生搜索自己的知识储备、寻找可行的方式实现生活需求。教师引导学生分析LED广告灯的设计原理，进而让学生思考如何设计出有特色的作品。

（二）构建创意

教师先对选修课成员进行分组，以小组为研究单位，讨论如何利用Arduino主板、LED元器件等材料构建任务，以实现广告宣传灯的效果，商定本小组的创意并电脑设计草图。教师参与部分小组的讨论，引导学生合理分工，鼓励学生天马行空，激发学生创想动机，并且以此来培养学生的创新意识。

（三）创意变现

小组根据商定的设计构想，分步搭建、线路连接、程序编写及下载测试、作品改进调试及封装，将创意由思路设想变成现实作品。教师巡视指导，对线路连接、程序编写、作品系统调试进行适当的指导，培养学生的应变思维和动手能力。

（四）分享交流

各小组派代表面向全体成员展示作品，分享作品创作思路和创作过程所遇到的问题及解决方式、途径，教师偶尔进行点拨和鼓励。

（五）拓展提升

LED广告灯在通电的情况下可以反复运行，而不是运行一次。教师展示程序，引导学生分析、改进，如，增加延时功能、添加多组LED小灯、添加变量等。学生在原来基础上继续完善作品或者进行新的创意探究。

（六）总结评价

教师提炼、总结课堂教学中所出现的创新点，组织学生进行个体评价、组内评价、组间互评。

四、Arduino校本选修课创客活动实践

科创教育一方面要打破学科限制，另一方面要打通校内与校外的互联，为学生提供多样丰富的项目实践体验。因此，我们在开展Arduino校本选修课教学的同时，也引导、鼓励学生和教师参加镇、区组织的创客相关项目的比赛，以赛促教、以赛促创，孕育科创人才、创新成果。

（一）分析创客比赛项目

根据上级部门的创客节活动方案，我们结合学生学习Arduino校本选修课的进度及学生掌握的水平和能力，再有针对性地组织学生参加Arduino选修课内容相关的创客比赛项目研究培训，进一步拓宽学生的视野，提升学生的思维和认知能力。

（二）开展项目研究实践

教师有目的地对选修课成员按比赛项目要求分组组队，以队伍为实践研究单位，讨论、构建创客比赛项目主题所需要的器材和要掌握的学科知识和能力，利用Arduino主板、传感器、舵机，配合使用3D设计、打印、切割等初步制作比赛作品。教师参与创客比赛项目研究，引导学生合理分工、如何更有效设计、制作以更好实现比赛的主题要求。

（三）编程测试改进实践

各个参赛队伍通过编程调试，初步实现所制作作品的各项功能和目的。当然，在测试过程中，成员要做好出错和完成情况的记录，及时调整作品结构，更有效、更好地完成创客项目的比赛要求。如小车循线创客项目，就是要利用Arduino掌控板、马达和红外传感器完成小车的制作与控制程序的编写以实现在一个模拟街道实景地图中快速、安全前进到达终点的任务。此创客项目活动，学生需学习掌握切割机软件制图设计小车的结构件，还需研究组装符合比赛要求的小车，再不断地对小车进行场地测试，以达到最好的解决方案与作品。

又如马拉松项目，使用活动方提供的Arduino掌控板、摄像头等器材与工具，通过电脑编程、建模，硬件搭建、造型设计等创作实物作品，如，趣味电子装置、AI人脸识别、智能机器等。鼓励学生在智能校园、智能家居、智能穿戴、智能医疗等方向实现创意创新。学生需要在规定时间内完成作品后并分享演示和讲解设计想法与所实现的功能。

（四）模拟比赛交流

在各队伍的创客项目实践研究并生成作品后，教师有目的、有方向地组织模拟比赛的内部活动，一方面，让学生初步全方位感受自己所设计的Arduino创客作品的成果。另一方面，让参赛队伍通过模拟比赛更多地发现问题，待后续改进。同时，训练学生现场创客比赛心理承受能力和团队配合能力。

（五）赛后分享提升

历经Arduino创客项目现场比赛活动后，在选修课课堂上，教师让每个参赛队伍分享自己队伍的比赛复盘，及时总结分享比赛心得。教师再组织交流与讨论，带领学生重温现实赛场，进一步分析每个队伍在比赛过程中出的异常和所发现的缺陷，为后续研究出更合理、更优的方案和作品成果。

五、课堂教学与创客活动实践思考

Arduino校本选修课教学内容源于生活真实案例，激发学生综合应用Arduino主控板、传感器、LED、舵机、电机、显示管、摄像头等电子元器件，在课堂教学中整合科学、技术、工程、艺术和数学零碎知识解决面向未来的真实问题，更好地培养学生的创新能力。

项目式任务实践探究，可以让学生深刻体验一次次的失败与成功，更有效地激发学生去主动摸索多种可能的解决途径。让学生在项目中学习了解、体验、掌握PWM、Arduino电子元器件的针脚位置、基本电路连接等知识，逐步熟悉变量、循環语句等编程语言的规律，并且进行反思和领悟Arduino人工智能创客，培养学生问题解决能力和合作探究能力。

创客活动比赛是对Arduino校本选修课程教学内容的拓展与升华实践，但由于个体差异，学生小组在比赛过程中所完成的任务有明显的差距。教师应在教学与比赛中设置多种目标，分层教学和指导，让学生更有信心和能力不断完善作品和完成比赛任务，促进学生个性化和能力快速成长。

六、结束语

基于科创教育Arduino校本选修课的实践探究，我们无论在课堂上，还是在课外的创客活动中，在培养学生创新意识和能力方面都取得显著成果。目前，还需要进一步探索校本课程教学、活动培训、现场实践、校内外结合等方式，以全面提升学生创新素养，着力培养科创英才，做好人工智能时代跨学科知识多维度、多层次、立体化的科创教育课程体系建构，走科创教育的品牌化发展之路。

参考文献：

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