“创客教育”改革的创新性设计

[摘 要] 近年来，学校一直致力于创新创业教育，成立了创新创业学院，大力推进创客教育的课程教学改革。本文基于创客教育理念，设计并实施了机电类专业机器人兴趣类课程的教学设计，给出了课程介绍以及课程目标，内容设计以及考核方式。通过探索改革创客教育的课程教学研究设计，为高校的创新创业教育课程改革提供可参考的模式。结合学生取得的学习成果，验证了本次课程实践具有较好的教学效果。

[关键词] 教学设计；创客；智能机器人

“创客教育”这一词最早是由北京景山学校的吴俊杰老师于2013年提出的，吴俊杰老师早期在学校开展机器人、开源硬件Arduino等创客类的课程，并把这一种面向大众普及的培养下一代消费者的课程称为创客教育。课程设计作为教育活动开展的重要前提，对教学实践具有重要的指导意义。因此，本文基于“智能机器人创新设计与编程”课程，探索创客教育的课程教学研究设计，为本校的创新创业教育课程改革提供可参考的模式和案例。

1.课程介绍

《智能机器人创新设计与编程》课程是专为工业机器人、机电一体化及自动化专业学生开设的基础实践课程。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。Arduino是一块基于开放源代码的USB接口Simple I/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、创新创业精神和实践能力。

2.课程目标

《智能机器人创新设计与编程》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[1]。

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、功能调試等任务；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。掌握3D打印技术，能应用3D打印机器人的常用构件，并用于组装智能机器人。

（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。

3.学习内容设计

配套教学器材如下：高透明塑料整理箱（小号），Arduino UNO主板（自带驱动模块和扩展版），USB线，3p线（若干），小号两用螺丝刀；LED（三个），小风扇，锂电池，TowerPro SG90舵机，智能小车底盘，小电机（带动风扇转动），电源插头；数字大按钮模块，数字钢球倾角传感器，模拟环境光线传感器，线性温度传感器，Mini寻线传感器（两个），超声波传感器，模拟声音传感器，IR kit红外遥控套件，数字防跌落传感器（两个），碰撞传感器（左右各一）等[2]。软件环境：需要安装Arduino IDE软件，高职学生需掌握Arduino编程，视学生的学习能力，可以采用图形化编程插件——Ardublock进行辅助编程，也可以直接使用IDE环境编写代码。创客课程教学内容教学设计包括“基础知识教学、实践训练、自主创新”三个方面。

（1）基础知识教学

本环节主要以各种趣味性的项目为主，通过智能LED的项目开发，包括点亮LED、按钮控制的LED、创意LED三个专题。学生能够通过相应的实验对系统中通用的控制技术、机械原理、传感器技术甚至软件编程能有一个基本的了解。

（2）实践训练

本环节通过教师预设的题目，以避障小车为车体，小车具有自动驾驶功能和手动驾驶功能。硬件是以Arduino单片机为主控芯片，配合直流电动机、光电传感器等器件构成，并通过相应的软件代码实现控制小车的前进、转弯、避障、自动转向等动作。学生在实践中巩固所学知识，并培养学生利用互联网查找资料、自主学习的能力。

（3）自主创新

通过前两个阶段的学习，学生可以在教师引导下参与工作室项目，针对智能家居等内容为创新主题，以团队形式，提出创新设计课题，根据已掌握的软硬件知识，完成系统设计方案，为参加“挑战杯”等各级各类创新创业活动、创新创业竞赛提供条件[3]。

4.考核方法

根据课程的性质特征，评价应重参与、重过程，强调评价主体的多元化，教学内容的综合性和全面性，评价标准的合理性，以及评价方法、手段的多样性。为此，要遵循以下原则：

（1）参与性原则

注重学生在课堂的积极参与性以及与其他同学的合作，适时提供相应的参与性评价表记录学生的参与活动。

（2）综合性原则

评价的内容不能片面，要综合考虑到学生的各科知识基础，学生对Arduino创意机器人基础知识的学习以及学生在综合运用各个知识解决实际问题的能力。

（3）激励性原则

教师需要通过激励性的评价，为学生的好奇心保鲜，同时鼓励他们发挥自己的长处，大胆尝试，创作出满意的作品，提高创新能力以及实践能力。

5.建议

在教学设计方面，教师可能要考虑到以下几点内容：

（1）教学内容力求充实

在做教学设计的时候要充分考虑到学生的原有知识水平。教学内容的设计也是在考虑到学生原有水平的基础上进行的，这样的内容才能激发学生兴趣。

（2）教学思路力求清晰

教学内容是有先后次序的，上下位知识的学习如果打断得比较离谱，学生的学习效果必然是不好的。即使要打破教学陈规，教师的心中也要有一条教学的主线。

（3）教学策略及教学方法应力求激发学生兴趣

怎样的教学策略能够激发学生学习兴趣，怎样的教学策略能够维护课堂秩序使得教学顺利进行，这些都是需要教师在教学设计时就做详细考虑。

（4）对教学实施过程中的突发情况进行预测

根据课堂的教学实际把一些突发事件转化为比较流畅、生动的教学环节，也是一门伟大的教学艺术。

（5）总结教学工作中的经验与教训

教师在日常教学工作中，注意积累与教学相关的资源，养成记录教学日记的良好习惯，同时利用网络多与同行进行交流。Arduino创意机器人在国内的教学还比较少，但还是有很多同样热衷于Arduino创意机器人教学研究的同行存在的，并且，随着机器人教育的普及，相信会有更多的教师去研究，挖掘Arduino创意机器人教学的价值。

参考文献：

[1]马云霞，秦健.基于创客教育的创客课程教学设计研究[J].中国教育信息化，2016.12：12-15.

[2]朱轶，曹清华.基于Android、树莓派、Arduino、机器人的创客技能教育探索与实践[J].实验技术与管理，2016.06：172-176.

[3]贾艳红.开源硬件在儿童创客教育产品中的应用研究[J].设计，2017.11：112-113.

[作者简介]

莫慧芳，广州科技贸易职业学院副教授，研究方向为自动化教学与职业教育改革。

[基金项目]

本文是广州教育政策研究课题+“学做创”为导向的创客教育课程教学模式研究的研究成果，项目编号：DZCYJ1905。

[作者单位]

广州科技贸易职业学院。