[摘 要] 近年來，學(xué)校一直致力于創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育，成立了創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)學(xué)院，大力推進(jìn)創(chuàng)客教育的課程教學(xué)改革。本文基于創(chuàng)客教育理念，設(shè)計(jì)并實(shí)施了機(jī)電類專業(yè)機(jī)器人興趣類課程的教學(xué)設(shè)計(jì)，給出了課程介紹以及課程目標(biāo)，內(nèi)容設(shè)計(jì)以及考核方式。通過探索改革創(chuàng)客教育的課程教學(xué)研究設(shè)計(jì)，為高校的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育課程改革提供可參考的模式。結(jié)合學(xué)生取得的學(xué)習(xí)成果，驗(yàn)證了本次課程實(shí)踐具有較好的教學(xué)效果。

[關(guān)鍵詞] 教學(xué)設(shè)計(jì)；創(chuàng)客；智能機(jī)器人

“創(chuàng)客教育”這一詞最早是由北京景山學(xué)校的吳俊杰老師于2013年提出的，吳俊杰老師早期在學(xué)校開展機(jī)器人、開源硬件Arduino等創(chuàng)客類的課程，并把這一種面向大眾普及的培養(yǎng)下一代消費(fèi)者的課程稱為創(chuàng)客教育。課程設(shè)計(jì)作為教育活動(dòng)開展的重要前提，對(duì)教學(xué)實(shí)踐具有重要的指導(dǎo)意義。因此，本文基于“智能機(jī)器人創(chuàng)新設(shè)計(jì)與編程”課程，探索創(chuàng)客教育的課程教學(xué)研究設(shè)計(jì)，為本校的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育課程改革提供可參考的模式和案例。

1.課程介紹

《智能機(jī)器人創(chuàng)新設(shè)計(jì)與編程》課程是專為工業(yè)機(jī)器人、機(jī)電一體化及自動(dòng)化專業(yè)學(xué)生開設(shè)的基礎(chǔ)實(shí)踐課程。機(jī)器人是一門涉及運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、傳感技術(shù)、控制技術(shù)等多領(lǐng)域的交叉學(xué)科，其教育實(shí)施正是以工程標(biāo)準(zhǔn)化的思想進(jìn)行綜合實(shí)踐的過程，具有較強(qiáng)的教育價(jià)值。Arduino是一塊基于開放源代碼的USB接口Simple I/O接口板，并且具有IDE集成開發(fā)環(huán)境。通過Arduino平臺(tái)可以讓學(xué)生了解和掌握機(jī)器人的基本知識(shí)和技能，包括機(jī)器人機(jī)械部分、傳感部分和控制部分的設(shè)計(jì)與搭建以及在這個(gè)過程中需要運(yùn)用的各種知識(shí)，可以培養(yǎng)學(xué)生良好的信息素養(yǎng)、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)精神和實(shí)踐能力。

2.課程目標(biāo)

《智能機(jī)器人創(chuàng)新設(shè)計(jì)與編程》課程的總目標(biāo)是提高學(xué)生的創(chuàng)新能力、綜合設(shè)計(jì)能力和動(dòng)手實(shí)踐能力，進(jìn)而培養(yǎng)和提升學(xué)生的STEM素養(yǎng)，強(qiáng)調(diào)學(xué)生在直接經(jīng)驗(yàn)和親身經(jīng)歷的基礎(chǔ)上，通過觀察、思考、設(shè)計(jì)、制作、試驗(yàn)等活動(dòng)獲得豐富的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，在生活中發(fā)現(xiàn)問題，在實(shí)踐中解決問題，在活動(dòng)中獲得知識(shí)[1]。

根據(jù)三維目標(biāo)的劃分，將課程目標(biāo)細(xì)分如下：

（1）知識(shí)與技能

初步了解機(jī)器人的基本結(jié)構(gòu)，了解機(jī)器人在社會(huì)生活中的應(yīng)用；完成簡(jiǎn)單的機(jī)器人設(shè)計(jì)、硬件裝配、程序編寫、功能調(diào)試等任務(wù)；通過在掌握有關(guān)機(jī)器人的知識(shí)和技能的基礎(chǔ)上，積極創(chuàng)意解決更多實(shí)際問題，在過程中培養(yǎng)創(chuàng)新精神，提高實(shí)踐能力。

（2）過程與方法

在教師指導(dǎo)下，通過模仿及積極的創(chuàng)意，能夠完成簡(jiǎn)單的機(jī)器硬件裝配、程序編寫、簡(jiǎn)單調(diào)試等任務(wù)，使機(jī)器人能夠解決簡(jiǎn)單的問題。掌握3D打印技術(shù)，能應(yīng)用3D打印機(jī)器人的常用構(gòu)件，并用于組裝智能機(jī)器人。

（3）情感態(tài)度與價(jià)值觀

感受機(jī)器人技術(shù)的重要性以及Arduino平臺(tái)的便捷性，培養(yǎng)對(duì)Arduino機(jī)器人課程學(xué)習(xí)的興趣以及動(dòng)手解決實(shí)際生活問題的興趣，提高問題意識(shí)以及STEM素養(yǎng)，促進(jìn)全面而有個(gè)性的發(fā)展。

3.學(xué)習(xí)內(nèi)容設(shè)計(jì)

配套教學(xué)器材如下：高透明塑料整理箱（小號(hào)），Arduino UNO主板（自帶驅(qū)動(dòng)模塊和擴(kuò)展版），USB線，3p線（若干），小號(hào)兩用螺絲刀；LED（三個(gè)），小風(fēng)扇，鋰電池，TowerPro SG90舵機(jī)，智能小車底盤，小電機(jī)（帶動(dòng)風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)），電源插頭；數(shù)字大按鈕模塊，數(shù)字鋼球傾角傳感器，模擬環(huán)境光線傳感器，線性溫度傳感器，Mini尋線傳感器（兩個(gè)），超聲波傳感器，模擬聲音傳感器，IR kit紅外遙控套件，數(shù)字防跌落傳感器（兩個(gè)），碰撞傳感器（左右各一）等[2]。軟件環(huán)境：需要安裝Arduino IDE軟件，高職學(xué)生需掌握Arduino編程，視學(xué)生的學(xué)習(xí)能力，可以采用圖形化編程插件——Ardublock進(jìn)行輔助編程，也可以直接使用IDE環(huán)境編寫代碼。創(chuàng)客課程教學(xué)內(nèi)容教學(xué)設(shè)計(jì)包括“基礎(chǔ)知識(shí)教學(xué)、實(shí)踐訓(xùn)練、自主創(chuàng)新”三個(gè)方面。

（1）基礎(chǔ)知識(shí)教學(xué)

本環(huán)節(jié)主要以各種趣味性的項(xiàng)目為主，通過智能LED的項(xiàng)目開發(fā)，包括點(diǎn)亮LED、按鈕控制的LED、創(chuàng)意LED三個(gè)專題。學(xué)生能夠通過相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)對(duì)系統(tǒng)中通用的控制技術(shù)、機(jī)械原理、傳感器技術(shù)甚至軟件編程能有一個(gè)基本的了解。

（2）實(shí)踐訓(xùn)練

本環(huán)節(jié)通過教師預(yù)設(shè)的題目，以避障小車為車體，小車具有自動(dòng)駕駛功能和手動(dòng)駕駛功能。硬件是以Arduino單片機(jī)為主控芯片，配合直流電動(dòng)機(jī)、光電傳感器等器件構(gòu)成，并通過相應(yīng)的軟件代碼實(shí)現(xiàn)控制小車的前進(jìn)、轉(zhuǎn)彎、避障、自動(dòng)轉(zhuǎn)向等動(dòng)作。學(xué)生在實(shí)踐中鞏固所學(xué)知識(shí)，并培養(yǎng)學(xué)生利用互聯(lián)網(wǎng)查找資料、自主學(xué)習(xí)的能力。

（3）自主創(chuàng)新

通過前兩個(gè)階段的學(xué)習(xí)，學(xué)生可以在教師引導(dǎo)下參與工作室項(xiàng)目，針對(duì)智能家居等內(nèi)容為創(chuàng)新主題，以團(tuán)隊(duì)形式，提出創(chuàng)新設(shè)計(jì)課題，根據(jù)已掌握的軟硬件知識(shí)，完成系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，為參加“挑戰(zhàn)杯”等各級(jí)各類創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)活動(dòng)、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)競(jìng)賽提供條件[3]。

4.考核方法

根據(jù)課程的性質(zhì)特征，評(píng)價(jià)應(yīng)重參與、重過程，強(qiáng)調(diào)評(píng)價(jià)主體的多元化，教學(xué)內(nèi)容的綜合性和全面性，評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的合理性，以及評(píng)價(jià)方法、手段的多樣性。為此，要遵循以下原則：

（1）參與性原則

注重學(xué)生在課堂的積極參與性以及與其他同學(xué)的合作，適時(shí)提供相應(yīng)的參與性評(píng)價(jià)表記錄學(xué)生的參與活動(dòng)。

（2）綜合性原則

評(píng)價(jià)的內(nèi)容不能片面，要綜合考慮到學(xué)生的各科知識(shí)基礎(chǔ)，學(xué)生對(duì)Arduino創(chuàng)意機(jī)器人基礎(chǔ)知識(shí)的學(xué)習(xí)以及學(xué)生在綜合運(yùn)用各個(gè)知識(shí)解決實(shí)際問題的能力。

（3）激勵(lì)性原則

教師需要通過激勵(lì)性的評(píng)價(jià)，為學(xué)生的好奇心保鮮，同時(shí)鼓勵(lì)他們發(fā)揮自己的長(zhǎng)處，大膽嘗試，創(chuàng)作出滿意的作品，提高創(chuàng)新能力以及實(shí)踐能力。

5.建議

在教學(xué)設(shè)計(jì)方面，教師可能要考慮到以下幾點(diǎn)內(nèi)容：

（1）教學(xué)內(nèi)容力求充實(shí)

在做教學(xué)設(shè)計(jì)的時(shí)候要充分考慮到學(xué)生的原有知識(shí)水平。教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計(jì)也是在考慮到學(xué)生原有水平的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，這樣的內(nèi)容才能激發(fā)學(xué)生興趣。

（2）教學(xué)思路力求清晰

教學(xué)內(nèi)容是有先后次序的，上下位知識(shí)的學(xué)習(xí)如果打斷得比較離譜，學(xué)生的學(xué)習(xí)效果必然是不好的。即使要打破教學(xué)陳規(guī)，教師的心中也要有一條教學(xué)的主線。

（3）教學(xué)策略及教學(xué)方法應(yīng)力求激發(fā)學(xué)生興趣

怎樣的教學(xué)策略能夠激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，怎樣的教學(xué)策略能夠維護(hù)課堂秩序使得教學(xué)順利進(jìn)行，這些都是需要教師在教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)就做詳細(xì)考慮。

（4）對(duì)教學(xué)實(shí)施過程中的突發(fā)情況進(jìn)行預(yù)測(cè)

根據(jù)課堂的教學(xué)實(shí)際把一些突發(fā)事件轉(zhuǎn)化為比較流暢、生動(dòng)的教學(xué)環(huán)節(jié)，也是一門偉大的教學(xué)藝術(shù)。

（5）總結(jié)教學(xué)工作中的經(jīng)驗(yàn)與教訓(xùn)

教師在日常教學(xué)工作中，注意積累與教學(xué)相關(guān)的資源，養(yǎng)成記錄教學(xué)日記的良好習(xí)慣，同時(shí)利用網(wǎng)絡(luò)多與同行進(jìn)行交流。Arduino創(chuàng)意機(jī)器人在國(guó)內(nèi)的教學(xué)還比較少，但還是有很多同樣熱衷于Arduino創(chuàng)意機(jī)器人教學(xué)研究的同行存在的，并且，隨著機(jī)器人教育的普及，相信會(huì)有更多的教師去研究，挖掘Arduino創(chuàng)意機(jī)器人教學(xué)的價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

[1]馬云霞，秦健.基于創(chuàng)客教育的創(chuàng)客課程教學(xué)設(shè)計(jì)研究[J].中國(guó)教育信息化，2016.12：12-15.

[2]朱軼，曹清華.基于Android、樹莓派、Arduino、機(jī)器人的創(chuàng)客技能教育探索與實(shí)踐[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2016.06：172-176.

[3]賈艷紅.開源硬件在兒童創(chuàng)客教育產(chǎn)品中的應(yīng)用研究[J].設(shè)計(jì)，2017.11：112-113.

[作者簡(jiǎn)介]

莫慧芳，廣州科技貿(mào)易職業(yè)學(xué)院副教授，研究方向?yàn)樽詣?dòng)化教學(xué)與職業(yè)教育改革。

[基金項(xiàng)目]

本文是廣州教育政策研究課題+“學(xué)做創(chuàng)”為導(dǎo)向的創(chuàng)客教育課程教學(xué)模式研究的研究成果，項(xiàng)目編號(hào)：DZCYJ1905。

[作者單位]

廣州科技貿(mào)易職業(yè)學(xué)院。