创客教育下的Arduino编程项目教学设计

张骋

摘  要  当前，国内大部分学校正在开展STEAM教育和创客教育，但是大都缺乏优秀的教学项目，大部分教学项目在难度水平、可延展性、硬件材料、创造性等方面存在不足，很难得到推广。设计一个課程项目——智能药盒，可以通过手机设定自动提醒吃药并且从药箱中露出指定药物。这个项目难度适中，可以引起学生的兴趣，适合进行教学。

关键词  创客教育；项目式教学；Arduino；智能药盒

中图分类号：G623.58    文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2023）11-0065-03

0  引言

现在以PBL（项目式学习）模式开展的创客教育越来越受到学校教育的关注，项目式学习最显著的特点是“以项目为主线、教师为引导、学生为主体”，改变了以往“教师讲，学生听”的被动教学模式，创造了学生主动参与、自主协作、探索创新的新型教学模式[1]。这种基于项目的创客教育，能够很好地培育优秀的人才，这类人才的特点是拥有创新性、创造力。这正是中国，乃至世界都需要的人才。

尽管很多学校在大力建设创客实验室，开展创客教育，但是目前国内的创客教育仍处于起步摸索阶段。创客教育融合了科学、技术、工程、美学和数学等不同的学科知识[2]。开展创客教育给学生带来了更好的创造、创新空间。但相比于国外的创客教育，我国还稍显不足，因为缺少这方面的经验、师资力量不足、没有完善课程系统和标准、硬件设备不足等原因，创客教育没能大规模开展起来。因此，做好创客教育相关的项目教学课程设计的研究、实践就显得尤为重要。

1  智能药盒教学概述

创客教育下的Arduino编程项目“智能药盒”教学设计由笔者所在学校教研组设计完成。可用手机APP设计吃药的时间和拍摄要吃的药物照片。当到达指定时间后手机APP会响铃提醒，并且手机APP上会出现待服用药物的照片，点击确定之后药盒会转动到指定药物的位置，将药物倒出来。

1.1 项目教学目标

知识与技能目标：APP Inventer编程原理，米思齐图形化编程，硬件连接；过程与方法目标：学会分析问题，运用所学知识解决实际问题，完成“智能药盒”电路连接，结构搭建，外观设计，程序设计与调试；情感态度与价值观：培养学生创新、探究思维，培育学生节约不浪费的意识。

1.2  项目教学设计

笔者结合多年小学教育管理实践，设计出创客教育下的Arduino编程项目教学设计模型（见图1）。该模型的实施共分为五个阶段。

1）考察阶段：教师应该基于教学案例分析学校教学实践，对教师、学生的需求进行前期考察。

2）设计开发阶段：这是整个阶段中最重要的环节，由教学管理者、上课实践者、设计开发者来共同完成。

3）课堂实践：这一环节力求真实，可以很好地反馈教学中出现的问题。

4）课后分析：对比实际效果和设想效果，找出出现差距的原因。

5）改进优化：根据课后分析结果，对课程进行优化改进。

2  项目教学实践

考虑到学校学生已经学习过图形化编程工具，简单的Arduino硬件知识已经掌握。教学过程主要是教师对学生进行引导，让其利用所学习的知识完成智能药盒项目。

2.1  联系生活实际

引导学生思考平时生活中自己或家人、朋友生病吃药时出现过什么问题，有什么不方便的情况。

2.2  找到问题痛点

现代社会生活节奏非常快，越来越多的人处于亚健康状态，很多人经常会因为太忙导致不能按时吃药。随着医药技术的发展，药物的种类越来越多，通常同一种药物有不同的品牌，这对于老人来说不是很方便，而各种化学药品的名称对于普通人来说晦涩难懂，并且药丸形状相似，不容易分辨。那么，是不是可以发明一款比较智能的药盒，可以按时提醒吃药，而且能够自动找到药物以防止吃错。

2.3  查阅资料

让学生在课下查找资料或者询问家长，了解目前市面上的药盒有哪些功能，有哪些优缺点。

2.4  上课讨论

学生课下查阅资料之后，在课上提出来，大家一起讨论分析，得出结论：市面上有为了方便医护人员对药品的存放或拿取，可对药品取存实时记录的智能药盒；还有到达吃药时间提醒的智能药盒，这些智能药盒与我们想要的智能药盒不一致。

2.5  编程

学生已经学过图形化编程，可以自己独立借助米思齐编程软件来完成硬件部分编程，虽然APP Inventer编程还没有接触，但都是图形化编程学起来比较快。教师给学生讲解APP Inventer编程思路和方法技巧，学生自己尝试完成，有不懂的再举手问老师，最后结果不错。学生将所学习的知识融会贯通，巩固了之前所学习的内容，感觉有很大的进步。米思齐编程图见图2，APP Inventer编程图见图3。

2.6  硬件连接

这个作品需要使用的硬件有：Arduino主板、HC06蓝牙模块、180度舵机。硬件个数不多，且都是之前学习过的硬件，可以由学生自己独立完成连接。教师观察是否有学生需要帮助。连接图见图4。

2.7  作品外观设计

教师提供纸盒、画笔、纸张等制作外壳所需要的材料。由学生自由发挥设计外观，这可以很好地发挥学生的主观能动性，由学生最后完成成品外观，其会很有学习的成就感。成品外观图见图5。

2.8  学生作品展评

在项目制作完成后，让每个学生都走上讲台介绍自己的作品设计理念、下一步优化实施计划等。教师对每个学生的作品进行点评，并且组织学生投票选出自己认为最好的作品。

3  结束语

创客教育的核心教育理念是通过动手实践培养学生的创新能力、探究力和创造力[3]。经过教学发现，学生对于这种Arduino编程项目教学表现出极大的兴趣，上课的积极性非常高。教师给学生足够的空间可以自由发挥。从最开始的“找到问题痛点”，到最后的“外观设计”，都在教师的引导下利用自己所学习的知识进行创造、创新。这种创客教育下的Arduino编程项目式教学很好地激发了学生的学习积极性，提升了其综合运用知识的能力。

4  参考文献

[1] 胡庆芳.优化课堂教学方法与实践[M].北京：中国人民大学出版社，2014.

[2] 韩子烨，丁黎明.创客教育实验室的发展建设思路探[J].黑龙江教育学院学报，2017，36（4）：16-18.

[3] 罗诚，肖安庆.中小学创客教育的发展现状、内涵与构建策略[J].中小学教师培训，2016（11）：66-68.