《Arduino创意实践》创新课程体系优化的探索研究

郭清

摘 要：Arduino是一款主流的便捷灵活、容易上手的开源电子原型平台。为了更好地开展《Arduino创意实践》创新实践课程教学，提升课堂教学效果，针对选修课程的学生年级、专业和学习起点不同，该文将基于《Arduino创意实践》课程体系中存在的问题进行了深入分析，对课程体系进行整体优化和改革，以切实提高培养卓越工程师人才的教学质量。

关键词：课程体系优化 Arduino 实践教学

中圖分类号：G642.3 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2017）03（a）-0160-02

课程体系是构建人才培养方案的核心内容，课程体系是否科学、合理，对高等学校高质量实现人才培养目标有决定性的意义。课程体系的优化，即构成课程体系的主要实践性教学环节，通过重新调整、改造，使课程中各要素相互合理紧密配合，整体功能达到最佳状态。一个经过优化的课程体系最少应包含课程体系总体结构的优化和课程内容的优化两方面内容。

1 课程背景相关介绍

1.1 Arduino概述

Arduino是一款主流的便捷灵活、容易上手的开源电子原型平台，是一个能够用来感应和控制现实物理世界的一套工具，它由一个基于单片机并且开放源码的硬件平台和一套为Arduino板编写程序的开发环境组成。Arduino的显著优点是：（1）价格亲民；（2）软件可以跨平台运行多种操作系统；（3）具有简易的编程环境；（4）软硬件开源都可以进行扩展。Arduino开源易用的特点为智能产品的原型设计提供了良好的平台，广泛用于电子系统设计和互动产品开发方面。

1.2 《Arduino创意实践》创新实践课程的现状分析

《Arduino创意实践》课程主要是为学生搭建一个开源的单片机系统平台，是以学生需求为导向、以学生动手操作为主的实践课程。通过学习该课程，能够帮助学生更加容易地实现自己的想法，激发学生进行科学研究与探索的兴趣，培养学生的创新精神和创业意识，提升学生的实践操作能力和团队合作精神，增强学生参加各类科创竞赛的能力。

该课程为哈尔滨工程大学开设的创新创业系列选修课之一，教学采用学生为主体、教师为主导的，理论与案例相结合、Arduino实物编程演示的教学方法，应用辅助多媒体教学手段，采取2～3名学生为一组完成创意设计作品的教学模式。目前需要解决的主要问题为《Arduino创意实践》创新课程学时有限，课程安排进度紧凑，小组间缺乏互动交流，没有为学生提供富余的探讨解决问题的良好环境。

2 《Arduino创意实践》课程教学评价

2.1 《Arduino创意实践》课程教学效果分析

从目前的教学效果及课程成绩来看，得到如下的统计信息。

（1）52.7%左右的学生创新思维活跃，创新意识强、积极性高，在自主学习能力、知识综合能力、工程实践能力、工程创新能力等方面都有很大提高，创作出了创意新颖、有开发应用前景的优秀作品，如《重力小车》《超声波避障坦克》和《救援坦克》等。

（2）28.4%左右的学生对该课程比较重视，但自主编程能力还有待加强。创作出了功能完善的《警报车》《基于Arduino智能小车》和《遇障报警坦克》等创新作品。

（3）18.9%左右的学生对该课程不是十分重视，主动性有待提高，小组成员间有互相依赖等心理。部分偏重文科院系学生学习动机不强，制作的创新作品还有可以进一步开发。

2.2 《Arduino创意实践》选修课程学生的反馈与建议

摘录部分2016—2017年度第一学期选修学生的心得如下。

（1）该课程十分考验学生的理论知识水平、动手操作能力和团队合作意识，加强了编程语言的能力，对Arduino项目开发有了一个初步的认识。

（2）该课程促进了同学对Arduino的了解，并通过一些动手操作让同学们体会Arduino机电控制的过程，并给予同学创新的空间。

（3）通过对这门课程的学习，初步了解了Arduino机电控制的基本原理和一些入门知识，激发了自己对科学研究的兴趣，有利于发展自己的综合能力。

（4）通过学习该课程，让大家掌握了Arduino机电控制的基础知识，增加了自己见识，锻炼了自己的学习和思考的能力。课程安排有较多的实践环节，既增强动手能力，也让所学的理论在课程中加以运用，达到理论与实践的共同提升。

（5）该课程让大家切实接触到机械、编程的原理和实际工程。提高了学生的动手实践能力，感受到了实践的乐趣。应多加强学生自主创新部分的教学，多讲解一些外围硬件装配原理及Arduino软件程序问题。

3 《Arduino创意实践》课程体系优化的探索实践

《Arduino创意实践》选修课为该校的通识教育选修课，课程教学体系构成：（1）Arduino入门讲座；（2）熟悉Arduino集成开发环境（IDE）；（3）输入输出控制方法练习；（4）Arduino多种传感器应用实例训练；（5）使用电磁传感器控制直流电机驱动四连杆机构；（6） 使用霍尔传感器控制步进电机驱动曲柄连杆机构；（7）使用超声波传感器控制舵机驱动凸轮机构；（8）Arduino无线模块的应用。

结合实际的教学效果及教学反馈需进一步优化该课程的教学体系，完善教学内容以更好地实现该课程的教学目的，使课程教学内容涵盖多种主流竞赛用传感器及舵机、直流电机、步进电机的程序控制方法以及典型机械机构装配等的相关技能，以丰富学生对创客产品开发的完整体验。

本着“推进课程体系与教学内容的整合提升”宗旨，优化后的《Arduino创意实践》课程体系构成：（1）Arduino入门讲座；（2）熟悉Arduino集成开发环境（IDE）；（3）Arduino输入输出控制方法练习；（4）Arduino传感器应用训练；（5）Arduino执行器控制训练；（6）Arduino智能小车机械装配训练；（7）市场智能产品调研和成本分析；（8）综合创新项目专项机电联调测试；（9）综合创新项目展示竞技比赛。其中（4）、（6）～（9）项为新增/改动课时及新增/改动教学内容。

优化后的《Arduino创意实践》课程体系中课时增加，课程内容涵盖了Arduino多种传感器应用实例训练、Arduino智能小车机械装配训练及市场产品调研、综合创新项目展示竞技比赛等，这些教学内容的充实与丰富，将会帮助学生更好地体验产品研发设计过程中企业产品研发的标准过程（包括市场前景需求调研、产品成本预算分析等），引导学生体验创客产品开发过程中的乐趣，增强学生进行智能产品设计研发的信心。

4 结语

综上所述，探索优化《Arduino创意实践》课程体系，调整《Arduino创意实践》课程结构，确保《Arduino创意实践》课程知识内容与社会需求具备一致性，为学生参加科创竞赛提供良好的平台。在优化课程体系过程中需要按照课程设计理念标准，根据自身课程特定的培养目标来设计、构建模块化及个性化的课程体系，制定出满足卓越工程师教育培养通用标准的知识体系，对吸引学生进行创客体验和提升学生的创新兴趣，都能够起到积极的推动作用。

参考文献

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