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“Arduino創意機器人”課程綱要

“多平臺、跨學科、聚類化、重創造的中小學機器人教育研究”課題組

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。

一、課程性質和理念

（一）課程性質

Arduino創意機器人遵循STEM科學、技術、工程、數學四位一體的理念，學生在運用Arduino平臺進行機器人創造開發的時候，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，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。

1．科學性

Arduino創意機器人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，它是以多種學科的基礎理論作為前提的。

2．實踐性

Arduino創意機器人具有很強的實踐性，學生在學習該課程的時候必須參與到機器人設計制作的過程中來，這一實踐過程也使得學生的學習變得生動有趣。

3．綜合性

在Arduino創意機器人的學習過程中僅僅擁有物理、生物、化學等基礎知識是遠遠不夠的，它要求學生人為地對多門學科知識進行綜合創造，在創造發明的基礎上，綜合運用多學科知識，做成滿意的作品。

4．創造性

Arduino創意機器人后期學習的關鍵在于學生思維的創造性開發。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。

（二）課程理念

1．以STEM為理念，培養學生全面發展

STEM教育作為后設學科，以與其他學科融合成一個新整體為基礎。在Arduino機器人教育中融入STEM理念的教學不僅可以培養學生的STEM素養，還可以幫助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。

2．注重學生創造能力的培養，加強學生實踐能力

Arduino創意機器人的學習不是教條式的課本知識的灌輸，需要學生參與到課堂中來，通過發現生活中的問題，提出解決問題的創造性想法，再運用Arduino平臺進行機器人制作以解決實際問題。這一系列的活動都需要學生參與其中并主動實踐。

3．通過教學項目的聚類設計，提高學生學習效率

聚類設計是依據某種線索組合一系列項目，形成具有內在聯系、具有螺旋上升和發散結構的教學單元，循序漸進地開展項目化教學。聚類化教學項目的開發以創造能力的培養為導向，以基于項目的學習為模式，以學科內容的整合為核心，以某種聚類方式為主線，從而提高學生的學習效率。