论文部分内容阅读
为培养创新人才，我校从三个维度开展了三门校本选修课程，其中包括了以Arduino为开发工具的电子制作基础课。Arduino作为一款开源电子原型平台，通过编程实现丰富多样的交互设计，能够极大地提升学生的技术意识、创新思维和物化能力。根据本校校情和高中生认知发展理论，我们在校开展了基于PBL（Problem-Based Learning，简称PBL，也称作问题式学习）学习Arduino的校本选修课程。我们从学生的认知角度出发，设计了从图形化编程到文本化编程的Arduino项目课程体系，带领学生由浅入深地学习。
一、图形化编程课程
图形化编程是由Arduino编程环境的第三方软件ArduBlock上编写的，它是以图形化的模块，通过积木搭建的方式编程的，把繁杂的英文代码简化成一个个的模块积木，可以根据逻辑关系进行嵌套、叠加等。
图形化编程共设计5个课程，内容分别为：走进Arduino世界；智能灯；智能报警；智能栏杆；智能小车。课程设计的目标是以智能小车为项目主体，通过解决真实情境的问题，学习最基本的Arduino元器件，并在此基础上体验如何运用逻辑关系编写程序，实现不同的效果。
课程以项目设计为依托，从灯、蜂鸣器、电机等元器件的应用，形成多种人物交互的方式，学生能够从老师的讲解和课件中理解程序设计的逻辑关系。在图形化编程的课程中，我们集中以讓学生掌握如何应用模块为主，而不是按照课件的实例一模一样地做一遍，我们要求学生在做的时候尝试创新，稍微改变一些设置，主动探索模块的原理。课程的步骤一般为：1. 通过视频演示要达到的效果，激发学生兴趣。2. 老师带领学生认识新的传感器，以及在PPT中呈现图形化编程的实例，用流程图讲解其中的逻辑关系。3. 学生自己上机操作，做出与实例一样的效果。4. 完成拓展练习。PPT的最后教师都会布置了一两个作业，需要学生在自己摸索并理解所学程序代码的基础上，加以应用才能实现的。我们一般通过视频来呈现要求达到的效果，提醒学生着重关注代码的哪个部分，降低作业的难度。目标是让学生懂得遇到什么问题应该调用什么模块，怎样拼接，怎样调用传感器的功能。
二、文本化编程课程
文本化编程是用编写代码的方式设计程序的，它的教学相对来说就比较困难了。文本化编程用的是C语言，这是以英文为依托，加以符号、标点等文字与Arduino进行交流，需要设计者把文字一个个地码上去，倘若少了一个标点符号或者错了一个英文单词，Arduino就无法正确读取，因此为学生的掌握提高了门槛。与此同时，元器件的连接方式和引脚的位置也要注意，若图形化编程教学没有培养学生养成检查的习惯的话，容易产生问题，实现不了应有的效果，学生很容易因为失败而懊恼沮丧。
因此，老师需要在图形化编程的课程中让学生养好检查的3个习惯：遇到问题时，首先检查在软件上有无选择Arduino主板；其次检查元器件的连线是否正确；最后检查编写的代码的引脚、标点、大括号等有无错漏。第三步的检查是最难的，软件往往不会直接了当地显示错误的位置，需要学生细心和耐心地检查。
后续我们将会把Arduino与激光雕刻相结合，设计出外壳用木板拼接，核心为Arduino的机器人项目，让学生动脑又动手。文本化编程课程目前还处于开发阶段，还没有形成一个系统的体系，仍需要不断丰富和完善。
三、遇到的困难和应对策略
在开设课程的过程中，我们遇到了不少困难。首先，开设课程之前，我们需要准备上课的材料，需要购买Arduino的元器件。由于Arduino的开源性，全部元器件的设计包括电路、材料等都是公开的，所以有很多厂商生产Arduino，以此来获利，要找到物美价廉的元器件，实属不易。我们通过综合比对，购买了其中一家的“初学者套件”，但是使用后发现有些传感器的质量不过关，导致学生在做的时候达不到应有的效果。
其次，Arduino需要运用高阶的思维方式，如果学生对此没有兴趣的话，很难坚持下去，因此课程开设应以兴趣为主导，并与机器人相结合吸引对此有兴趣的学生。而且对做得好的同学及时表扬称赞，让学生有成就感。
再次，本课程由于是利用课余时间上课的，所以要求学生具有较强的自学能力和耐力。学生在从图形化编程到文本化编程的过渡期很容易产生畏难情绪，容易放弃，老师应该多观察、多鼓励、多启发学生，相信与激光雕刻结合后的文本化编程更让学生富有成就感，学生可以设计作品的外壳，也可以融入自己喜爱的交互效果，让作品更加生动有趣。
责任编辑 钱昭君
一、图形化编程课程
图形化编程是由Arduino编程环境的第三方软件ArduBlock上编写的，它是以图形化的模块，通过积木搭建的方式编程的，把繁杂的英文代码简化成一个个的模块积木，可以根据逻辑关系进行嵌套、叠加等。
图形化编程共设计5个课程，内容分别为：走进Arduino世界；智能灯；智能报警；智能栏杆；智能小车。课程设计的目标是以智能小车为项目主体，通过解决真实情境的问题，学习最基本的Arduino元器件，并在此基础上体验如何运用逻辑关系编写程序，实现不同的效果。
课程以项目设计为依托，从灯、蜂鸣器、电机等元器件的应用，形成多种人物交互的方式，学生能够从老师的讲解和课件中理解程序设计的逻辑关系。在图形化编程的课程中，我们集中以讓学生掌握如何应用模块为主，而不是按照课件的实例一模一样地做一遍，我们要求学生在做的时候尝试创新，稍微改变一些设置，主动探索模块的原理。课程的步骤一般为：1. 通过视频演示要达到的效果，激发学生兴趣。2. 老师带领学生认识新的传感器，以及在PPT中呈现图形化编程的实例，用流程图讲解其中的逻辑关系。3. 学生自己上机操作，做出与实例一样的效果。4. 完成拓展练习。PPT的最后教师都会布置了一两个作业，需要学生在自己摸索并理解所学程序代码的基础上，加以应用才能实现的。我们一般通过视频来呈现要求达到的效果，提醒学生着重关注代码的哪个部分，降低作业的难度。目标是让学生懂得遇到什么问题应该调用什么模块，怎样拼接，怎样调用传感器的功能。
二、文本化编程课程
文本化编程是用编写代码的方式设计程序的，它的教学相对来说就比较困难了。文本化编程用的是C语言，这是以英文为依托，加以符号、标点等文字与Arduino进行交流，需要设计者把文字一个个地码上去，倘若少了一个标点符号或者错了一个英文单词，Arduino就无法正确读取，因此为学生的掌握提高了门槛。与此同时，元器件的连接方式和引脚的位置也要注意，若图形化编程教学没有培养学生养成检查的习惯的话，容易产生问题，实现不了应有的效果，学生很容易因为失败而懊恼沮丧。
因此，老师需要在图形化编程的课程中让学生养好检查的3个习惯：遇到问题时，首先检查在软件上有无选择Arduino主板；其次检查元器件的连线是否正确；最后检查编写的代码的引脚、标点、大括号等有无错漏。第三步的检查是最难的，软件往往不会直接了当地显示错误的位置，需要学生细心和耐心地检查。
后续我们将会把Arduino与激光雕刻相结合，设计出外壳用木板拼接，核心为Arduino的机器人项目，让学生动脑又动手。文本化编程课程目前还处于开发阶段，还没有形成一个系统的体系，仍需要不断丰富和完善。
三、遇到的困难和应对策略
在开设课程的过程中，我们遇到了不少困难。首先，开设课程之前，我们需要准备上课的材料，需要购买Arduino的元器件。由于Arduino的开源性，全部元器件的设计包括电路、材料等都是公开的，所以有很多厂商生产Arduino，以此来获利，要找到物美价廉的元器件，实属不易。我们通过综合比对，购买了其中一家的“初学者套件”，但是使用后发现有些传感器的质量不过关，导致学生在做的时候达不到应有的效果。
其次，Arduino需要运用高阶的思维方式，如果学生对此没有兴趣的话，很难坚持下去，因此课程开设应以兴趣为主导，并与机器人相结合吸引对此有兴趣的学生。而且对做得好的同学及时表扬称赞，让学生有成就感。
再次，本课程由于是利用课余时间上课的，所以要求学生具有较强的自学能力和耐力。学生在从图形化编程到文本化编程的过渡期很容易产生畏难情绪，容易放弃，老师应该多观察、多鼓励、多启发学生，相信与激光雕刻结合后的文本化编程更让学生富有成就感，学生可以设计作品的外壳，也可以融入自己喜爱的交互效果，让作品更加生动有趣。
责任编辑 钱昭君