“Arduino机器人”课程纲要

多平台、跨学科、聚类化、重创造的中小学机器人教育研究

机器人是一门涉及运动学和动力学、系统结构、传感技术、控制技术等多领域的交叉学科，其教育实施正是促使学生整合科学、技术、数学领域的知识，以工程标准化的思想进行综合实践的过程，具有较强的教育价值。近年来，随着基础教育新课程改革的不断深入实施，我国中小学机器人教育也有了较快发展，并成为中小学综合实践课程和技术课程的载体，其教育价值已获得社会认可。Arduino是一块基于开放源代码的USB接口SimpleI/O接口板，并且具有IDE集成开发环境。通过Arduino平台可以让学生了解和掌握机器人的基本知识和技能，包括机器人机械部分、传感部分和控制部分的设计与搭建以及在这个过程中需要运用的各种知识，可以培养学生良好的信息素养、创新精神和实践能力。

一、课程性质和理念

（一）课程性质Arduino创意机器人遵循STEM科学、技术、工程、数学四位一体的理念，学生在运用Arduino平台进行机器人创造开发的时候，把学习到的零碎知识与机械工程转变成一个探究世界相互联系的不同侧面过程，使得学生在杂乱无章的学习情境中获得设计能力、合作能力、问题解决能力和实践创新能力的提升。

1．科学性Arduino创意机器人是一门交叉了多门学科的综合性课程，涉及到许多基础学科，包括数学、物理、计算机、化学、生物、多媒体等，它是以多种学科的基础理论作为前提的。

2．实践性Arduino创意机器人具有很强的实践性，学生在学习该课程的时候必须参与到机器人设计制作的过程中来，这一实践过程也使得学生的学习变得生动有趣。

3．综合性在Arduino创意机器人的学习过程中仅仅拥有物理、生物、化学等基础知识是远远不够的，它要求学生人为地对多门学科知识进行综合创造，在创造发明的基础上，综合运用多学科知识，做成满意的作品。

4．创造性Arduino创意机器人后期学习的关键在于学生思维的创造性开发。Arduino创意机器人基于学科理论，立足于实际生活，通过技术思想以及Arduino平台的运用解决现实生活中的实际问题，为学生细心生活、发挥创造性提供了宽广的舞台。

（二）课程理念

1．以STEM为理念，培养学生全面发展STEM教育作为后设学科，以与其他学科融合成一个新整体为基础。在Arduino机器人教育中融入STEM理念的教学不仅可以培养学生的STEM素养，还可以帮助学生在杂乱无章的学习情境中获得设计能力、合作能力、问题解决能力和实践创新能力的提升。

2．注重学生创造能力的培养，加强学生实践能力Arduino创意机器人的学习不是教条式的课本知识的灌输，需要学生参与到课堂中来，通过发现生活中的问题，提出解决问题的创造性想法，再运用Arduino平台进行机器人制作以解决实际问题。这一系列的活动都需要学生参与其中并主动实践。

3．通过教学项目的聚类设计，提高学生学习效率聚类设计是依据某种线索组合一系列项目，形成具有内在联系、具有螺旋上升和发散结构的教学单元，循序渐进地开展项目化教学。聚类化教学项目的开发以创造能力的培养为导向，以基于项目的学习为模式，以学科内容的整合为核心，以某种聚类方式为主线，从而提高学生的学习效率。

二、课程目标

Arduino创意机器人课程的总目标是提高学生的创新能力、综合设计能力和动手实践能力，进而培养和提升学生的STEM素养，强调学生在直接经验和亲身经历的基础上，通过观察、思考、设计、制作、试验等活动获得丰富的学习体验，在生活中发现问题，在实践中解决问题，在活动中获得知识。

根据三维目标的划分，将课程目标细分如下：

1．知识与技能初步了解机器人的基本结构，了解机器人在社会生活中的应用；完成简单的机器人设计、硬件装配、程序编写、功能调试等任务；通过在掌握有关机器人的知识和技能的基础上，积极创意解决更多实际问题，在过程中培养创新精神，提高实践能力。

2．过程与方法在教师指导下，通过模仿及积极的创意，能够完成简单的机器硬件装配、程序编写、简单调试等任务，使机器人能够解决简单的问题。

3．情感态度与价值观感受机器人技术的重要性以及Arduino平台的便捷性，培养对Arduino机器人课程学习的兴趣以及动手解决实际生活问题的兴趣，提高问题意识以及STEM素养，促进全面而有个性的发展。

三、课程内容

在基础教育领域，机器人可以与信息技术课程进行整合，也可以与通用技术课程整合，还可以与物理、数学、生物等等相关课程进行整合，以Arduino为平台的机器人课程教学需要搭建硬件、检测与控制电路，然后编写控制程序烧录代码，就可以控制机器人的各种动作和行为。

本课程主要涉及到的教学项目有Arduino基础篇、物联网中级篇、机器人高级篇三部分72课，具体的课程内容主要为：

软件环境：需要安装ArduinoIDE软件，小学可以采用图形化编程软件Mind+，初高中生也可以直接使用IDE环境编写代码。