基于Arduino 开源平台智能机器人教育培养科技创新人才的探索

文/广州市番禺区市桥德兴小学 梁永根

我校以培养未来科技创新人才为目标，针对学校科技实践教育活动中的实际情况，以智能机器人及AI（人工智能）教育研究为核心开展科技实践教育活动，围绕广州市教育局主持、广州大学协办的智能服务垃圾分类机器人竞赛教育活动，对四到六年级学生进行科技创新知识及素养方面的教育。通过以Arduino 开源平台为基础的智能机器人教育实践活动和有关教育，探索培养未来科技创新人才的策略。

一、 完善智能机器人培训活动的软硬件设施建设

1.硬件活动环境

开展机器人教学对硬件环境要求较高，为更好地开展课题研究，学校更新了电脑教室和机器人活动室。

2.软件技术环境

在信息技术课程基础上组织进行Arduino 智能技术机器人探索，建立机器人学习资源平台，收集一些机器人相关资料，建立机器人学习资源库，培养学生资源自主学习、搜集与整合能力，促进他们系统创新思维的发展。

（1）资讯类：主要以收集整理机器人相关知识为主，如Arduino 中文社区、B 站、个人专业博主等。

（2）教学辅助类：A.Arduino 语法、子程序；B.图形化编程方法与实例；C.主要针对教学内容自制的课件；D.Arduino 技术参考著作。

（3）专题应用类：Arduino 平台智能机器人大赛参赛项目收集整理资料，包括规则、程序、培训课件、视频等。

二、培训的组织管理

1.搭建方案组织实施机构。

2.实践活动过程管理：根据电脑设备、机器人器材、报名情况，以小组协作学习为主开展。

3.学校制定了相关制度加强了对活动过程的管理：①定时活动。每周安排三天的课后活动时间。②定期总结。小组活动交流协作要积极，勤分析，勤总结，多交流，及时改，共同提高。③后勤保障。凡是活动需要使用的资源，尽量申请优先使用。④做好活动成果检测，收集数据，不断调整、深化活动研究。⑤学校教导处直接指导，校长直接管理，统一安排活动。

4.辅导教师进行机器人课堂教学案例研究，上好活动指导课，做好管理，经常反思，不断总结。

三、实践活动规划

实践活动规划的第一阶段是认识学习Arduino 开源平台，包括认识“Arduino 技术起源与发展”“Arduino 平台相关竞赛”“我校智能机器人教育活动历史”等；第二阶段是Arduino 程序编写学习，包括“认识Arduino IDE”“Arduino IDE 常见设定事项”“LED 控制”等；第三阶段是垃圾分类智能服务机器人实践活动，包括“认识垃圾分类智能服务机器人竞赛教育活动”“机器人零件质量分步测试”以及“机器人功能部分调试”等。

四、以智能机器人（垃圾分类服务项目） 竞赛培训为载体探索科技创新人才培养

（一）设定活动进程和阶段目标

在项目培训学习中以实践活动研究为主，遵循“计划、行动、考察、反思、调试”的程序，认真落实。将活动与科技节活动、科技教育竞赛活动、专家培训讨论活动、学习交流活动等结合起来，深入开发实施课程活动。

（二）科学合理设计智能机器人实践活动课程

机器人教育是一个全新的课程，要想从点到面地普及开来，需要一个有效的课程体系做支撑。

（三）对学员进行前期调查，为教材编写提供依据

1.学生情况分析

我们对学生进行了“机器人学习”的问卷调查，对学生机器人基础知识、学习兴趣、合作意识、创新意识等方面进行了摸底分析。

2.Arduino 开源平台的认识

采用的指导文本主要是广州大学制作训练实验室编著的《2016 年广州市中小学智能服务机器人垃圾分类专题竞赛教练员培训讲义》、广州大学黄文恺老师编著的《机器人竞赛设计指南：Arduino 篇》。学生的一些学习习惯与技能无法达到智能机器人的学习要求，我们有针对性地组织自己的课程内容。

3.编写机器人校本教材

（1）教材内容的选编

我们结合中山大谷科技公司出口的《垃圾分类服务智能机器人》套件，充分考虑学生的年龄特点，照顾个体差异，在原有参考课程的基础上进行了创编，规划了“智能垃圾分类机器人介绍”“智能垃圾分类机器人技术平台Arduino”等16 节课。

（2）教材的编排原则

我们根据学生的认知特点，按“从简到繁，从易到难”的原则设计教材，安排上从易到难，环环相扣，层层深入，既有系统性和针对性，又有实效性。

五、 开展垃圾智能服务机器人教学研究课题， 促进科技创新人才培养

我校实践活动研究小组于2017 年成功申报了番禺区“十三五”教育研究课题“基于Arduino 技术产品创新进行培养小学生科技创新素养的教育研究”。通过两年多的扎实广泛教育研究工作，学生能在学习与竞赛活动中得到良好的锻炼，科技创新意识增强，思维显得更活跃，观察分析角度更广泛，个人科技综合素养得到较高提升，具有未来优秀科技创新人才的发展基础。课题研究成果被番禺区评定为优秀档次。

六、开展实践活动评价

1.对学生个体发展情况评价

发挥评价的激励功能，学生能充分感受到被信任、被尊重、被爱护，使他们获得健康成长所必需的强大动力。

2.对活动实施评价

评价以活动小组评价为主，从中反映学生集体及个人在活动实施过程中的团队协作评价。通过这种评价可以使创新教育实践活动设计突出团队精神，使创新实践活动更完善，更科学，更有效。

3.对辅导教师评价

我校对科技创新指导教师的评价主要有以下几种形式：学生对教师的评价、教师自评与互评、教导处评价等。以上评价形式是结合起来的。

七、实践活动实施成果

通过把科技创新培训活动与科技竞赛、科技节、科技讲座等有效结合，开发与实施系列教学实践活动课程，取得了以下成果：1.促进了学生的科技创新能力与科学素质的发展；2.促进了教师的专业成长：3.强化了学校的办学特色；4.区域影响持续扩大。