《Arduino創意機器人》課程綱要

課程名稱

Arduino創意機器人

設計者

曹榮澤

適用年級五、六年級

總課時

課程類型

拓展性課程

課程簡介

“Arduino創意機器人”課程是一門交叉了多門學科的綜合性課程，涉及到許多基礎學科，包括數學、物理、計算機、化學、生物、多媒體等，學生在運用Arduino平臺進行創造開發的時候，把學習到的零碎知識與機械工程轉變成一個探究世界相互聯系的不同側面過程，它要求學生人為地對多門學科知識進行綜合創造，這一實踐過程使得學生在雜亂無章的學習情境中獲得設計能力、合作能力、問題解決能力和實踐創新能力的提升，也使得孩子們的學習變得生動有趣。“Arduino創意機器人”基于學科理論，立足于實際生活，通過技術思想以及Arduino平臺的運用解決現實生活中的實際問題，為學生細心生活、發揮創造性提供了寬廣的舞臺。

背景分析

機器人是一門涉及運動學和動力學、系統結構、傳感技術、控制技術等多領域的交叉學科，其教育實施正是促使學生整合科學、技術、數學領域的知識，以工程標準化的思想進行綜合實踐的過程，具有較強的教育價值。近年來，隨著基礎教育新課程改革的不斷深入實施，我國中小學機器人教育也有了較快發展，并成為中小學綜合實踐課程和技術課程的載體，其教育價值已獲得社會認可。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集成開發環境。通過Arduino平臺可以讓學生了解和掌握機器人的基本知識和技能，包括機器人機械部分、傳感部分和控制部分的設計與搭建以及在這個過程中需要運用的各種知識，可以培養學生良好的信息素養、創新精神和實踐能力。

課程目標

“Arduino創意機器人”課程的總目標是提高小學生的創新能力、綜合設計能力和動手實踐能力，進而培養和提升學生的STEM素養，強調學生在直接經驗和親身經歷的基礎上，通過觀察、思考、設計、制作、試驗等活動獲得豐富的學習體驗，在生活中發現問題，在實踐中解決問題，在活動中獲得知識。

根據三維目標的劃分，將課程目標細分如下：

1．知識與技能

初步了解機器人的基本結構，了解機器人在社會生活中的應用；完成簡單的機器人設計、硬件裝配、程序編寫、功能調試等任務；通過在掌握有關機器人的知識和技能的基礎上，積極創意解決更多實際問題，在過程中培養創新精神，提高實踐能力。

2．過程與方法

在教師指導下，通過模仿及積極的創意，能夠完成簡單的機器硬件裝配、程序編寫、簡單調試等任務，使機器人能夠解決簡單的問題。

3．情感態度與價值觀

感受機器人技術的重要性以及Arduino平臺的便捷性，培養對Arduino機器人課程學習的興趣以及動手解決實際生活問題的興趣，提高問題意識和編程思維以及STEM素養，促進全面而有個性的發展。

學習主題

活動安排

在基礎教育領域，機器人可以與信息技術課程進行整合，也可以與通用技術課程整合，還可以與物理、數學、生物等等相關課程進行整合，以Arduino為平臺的機器人課程教學需要搭建硬件、檢測與控制電路，然后編寫控制程序燒錄代碼，就可以控制機器人的各種動作和行為。本課程主要涉及到的教學項目有智能LED、智能風扇、智能小車等，分為三章17課，具體的課程內容主要為：

1．智能LED系列，包括點亮LED、按鈕控制的LED、創意LED三個專題，主要是Arduino的基礎知識。

2．智能風扇系列，包括智能風扇、變速風扇、創意風扇三個專題，主要是Arduino基礎知識的強化與深入。

3．智能小車系列，包括會走路的小車、避障小車、巡線小車三個專題，主要是Arduino機器人的綜合運用。

課時

學習主題

走進Arduino的世界

點亮LED

閃爍LED

按鈕控制LED

光線控制LED

創意設計

啟動風扇

聲控風扇

換檔風扇

遙控風扇

搖頭風扇

風扇綜合創意

走直線小車

走正方形小車

避障小車

遙控小車

巡線小車

作品完成和展示

評價方式

成績評定

根據課程的性質特征，評價應重參與、重過程，強調評價主體的多元化，教學內容的綜合性和全面性，評價標準的合理性，以及評價方法、手段的多樣性。為此，要遵循以下原則：

1．參與性原則。注重學生在課堂的積極參與性以及與其他同學的合作，適時提供相應的參與性評價表記錄學生的參與活動。

2．綜合性原則。評價的內容不能片面，要綜合考慮到學生的各科知識基礎，學生對Arduino創意機器人基礎知識的學習以及學生在綜合運用各個知識解決實際問題的能力。

3．激勵性原則。對于小學生來言，Arduino創意機器人是比較新奇的知識，在過了剛剛開始的新鮮感以后，會遇到各種各樣的問題，這個時候教師需要通過激勵性的評價，為學生的好奇心保鮮，同時鼓勵他們發揮自己的長處，大膽嘗試，創作出滿意的作品，提高創新能力以及實踐能力。

小學Arduino創意機器人課程中設計的任務主要以實驗操作為主，課程評價以過程性評價和終結性評價相結合的方法。主要以作品評價為主，作品可以是半成品也可以成品，根據學生的實際情況來定。最終成績按照“平時作業（40%）+最終作品(40%)+表現（10%）+考勤（10%）”公式給出成績。平時作業和最終作品的評價量規如下：

作品名稱

小組成員

評估指標

等級

分數

A

B

C

機器人知識

和技術

（15分）

基本了解機器人的概念、工作原理以及傳感器的作用

（0-9分）

理解機器人的概念、工作原理以及傳感器的作用

（9-12分）

掌握并能應用機器人的知識和技術

（12-15分）

跨學科的知識

（15分）

了解了與機器人學科相關的其他學科知識

（0-9分）

掌握了學科知識，但不能將機器人和其他學科聯系起來

（9-12分）

能將其他學科的知識和機器人學科聯系起來

（12-15分）

創新能力

（20分）

只能按部就班的完成分配的任務

（0-12分）

能夠設計出比較有創意的作品，但未能實現

（12-16分）

能夠設計并實現比較有創意的作品

（16-20分）

程序設計

（15分）

只會按照范例編寫簡單程序

（0-9分）

能編寫和調試程序

（9-12分）

能編寫、調試和優化程序

（12-15分）

動手實踐

能力

（20分）

連接松散、連線無序

（0-12分）

連接牢固、連線有序，完成部分任務

（12-16分）

連接牢固、連線有序，整體合理巧妙，完成全部任務

（16-20分）

實用性

（15分）

沒有體現實用價值

（0-9分）

有一定的實用價值

（9-12分）

有較高的實用價值

（12-15分）

作品總分

參考資料

《Arduino創意機器人入門》

開源課程《Arduino創意機器人》小學版

備注

Arduino創意機器人課程的選修人數一般控制在30人內，按照2-3人一套器材進行配置。

硬件要求：配套教學器材如下：高透明塑料整理箱（小號），Arduino

UNO主板（自帶驅動模塊和擴展版），USB線，3p線（若干），小號兩用螺絲刀；LED（三個），小風扇，鋰電池，TowerPro

SG90舵機，智能小車底盤，小電機（帶動風扇轉動），電源插頭；數字大按鈕模塊，數字鋼球傾角傳感器，模擬環境光線傳感器，線性溫度傳感器，Mini尋線傳感器（兩個），超聲波傳感器，模擬聲音傳感器，IR

kit紅外遙控套件，數字防跌落傳感器（兩個），碰撞傳感器（左右各一）。

軟件環境：需要安裝Arduino

IDE軟件，視學生的編程能力，可以采用圖形化編程插件——Ardublock，也可以直接使用IDE環境編寫代碼。