《Arduino創(chuàng)意實(shí)踐》創(chuàng)新課程體系優(yōu)化的探索研究

郭清

摘 要：Arduino是一款主流的便捷靈活、容易上手的開源電子原型平臺(tái)。為了更好地開展《Arduino創(chuàng)意實(shí)踐》創(chuàng)新實(shí)踐課程教學(xué)，提升課堂教學(xué)效果，針對(duì)選修課程的學(xué)生年級(jí)、專業(yè)和學(xué)習(xí)起點(diǎn)不同，該文將基于《Arduino創(chuàng)意實(shí)踐》課程體系中存在的問題進(jìn)行了深入分析，對(duì)課程體系進(jìn)行整體優(yōu)化和改革，以切實(shí)提高培養(yǎng)卓越工程師人才的教學(xué)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：課程體系優(yōu)化 Arduino 實(shí)踐教學(xué)

中圖分類號(hào)：G642.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2017）03（a）-0160-02

課程體系是構(gòu)建人才培養(yǎng)方案的核心內(nèi)容，課程體系是否科學(xué)、合理，對(duì)高等學(xué)校高質(zhì)量實(shí)現(xiàn)人才培養(yǎng)目標(biāo)有決定性的意義。課程體系的優(yōu)化，即構(gòu)成課程體系的主要實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，通過重新調(diào)整、改造，使課程中各要素相互合理緊密配合，整體功能達(dá)到最佳狀態(tài)。一個(gè)經(jīng)過優(yōu)化的課程體系最少應(yīng)包含課程體系總體結(jié)構(gòu)的優(yōu)化和課程內(nèi)容的優(yōu)化兩方面內(nèi)容。

1 課程背景相關(guān)介紹

1.1 Arduino概述

Arduino是一款主流的便捷靈活、容易上手的開源電子原型平臺(tái)，是一個(gè)能夠用來感應(yīng)和控制現(xiàn)實(shí)物理世界的一套工具，它由一個(gè)基于單片機(jī)并且開放源碼的硬件平臺(tái)和一套為Arduino板編寫程序的開發(fā)環(huán)境組成。Arduino的顯著優(yōu)點(diǎn)是：（1）價(jià)格親民；（2）軟件可以跨平臺(tái)運(yùn)行多種操作系統(tǒng)；（3）具有簡(jiǎn)易的編程環(huán)境；（4）軟硬件開源都可以進(jìn)行擴(kuò)展。Arduino開源易用的特點(diǎn)為智能產(chǎn)品的原型設(shè)計(jì)提供了良好的平臺(tái)，廣泛用于電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)和互動(dòng)產(chǎn)品開發(fā)方面。

1.2 《Arduino創(chuàng)意實(shí)踐》創(chuàng)新實(shí)踐課程的現(xiàn)狀分析

《Arduino創(chuàng)意實(shí)踐》課程主要是為學(xué)生搭建一個(gè)開源的單片機(jī)系統(tǒng)平臺(tái)，是以學(xué)生需求為導(dǎo)向、以學(xué)生動(dòng)手操作為主的實(shí)踐課程。通過學(xué)習(xí)該課程，能夠幫助學(xué)生更加容易地實(shí)現(xiàn)自己的想法，激發(fā)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)研究與探索的興趣，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和創(chuàng)業(yè)意識(shí)，提升學(xué)生的實(shí)踐操作能力和團(tuán)隊(duì)合作精神，增強(qiáng)學(xué)生參加各類科創(chuàng)競(jìng)賽的能力。

該課程為哈爾濱工程大學(xué)開設(shè)的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)系列選修課之一，教學(xué)采用學(xué)生為主體、教師為主導(dǎo)的，理論與案例相結(jié)合、Arduino實(shí)物編程演示的教學(xué)方法，應(yīng)用輔助多媒體教學(xué)手段，采取2～3名學(xué)生為一組完成創(chuàng)意設(shè)計(jì)作品的教學(xué)模式。目前需要解決的主要問題為《Arduino創(chuàng)意實(shí)踐》創(chuàng)新課程學(xué)時(shí)有限，課程安排進(jìn)度緊湊，小組間缺乏互動(dòng)交流，沒有為學(xué)生提供富余的探討解決問題的良好環(huán)境。

2 《Arduino創(chuàng)意實(shí)踐》課程教學(xué)評(píng)價(jià)

2.1 《Arduino創(chuàng)意實(shí)踐》課程教學(xué)效果分析

從目前的教學(xué)效果及課程成績(jī)來看，得到如下的統(tǒng)計(jì)信息。

（1）52.7%左右的學(xué)生創(chuàng)新思維活躍，創(chuàng)新意識(shí)強(qiáng)、積極性高，在自主學(xué)習(xí)能力、知識(shí)綜合能力、工程實(shí)踐能力、工程創(chuàng)新能力等方面都有很大提高，創(chuàng)作出了創(chuàng)意新穎、有開發(fā)應(yīng)用前景的優(yōu)秀作品，如《重力小車》《超聲波避障坦克》和《救援坦克》等。

（2）28.4%左右的學(xué)生對(duì)該課程比較重視，但自主編程能力還有待加強(qiáng)。創(chuàng)作出了功能完善的《警報(bào)車》《基于Arduino智能小車》和《遇障報(bào)警坦克》等創(chuàng)新作品。

（3）18.9%左右的學(xué)生對(duì)該課程不是十分重視，主動(dòng)性有待提高，小組成員間有互相依賴等心理。部分偏重文科院系學(xué)生學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)不強(qiáng)，制作的創(chuàng)新作品還有可以進(jìn)一步開發(fā)。

2.2 《Arduino創(chuàng)意實(shí)踐》選修課程學(xué)生的反饋與建議

摘錄部分2016—2017年度第一學(xué)期選修學(xué)生的心得如下。

（1）該課程十分考驗(yàn)學(xué)生的理論知識(shí)水平、動(dòng)手操作能力和團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)，加強(qiáng)了編程語言的能力，對(duì)Arduino項(xiàng)目開發(fā)有了一個(gè)初步的認(rèn)識(shí)。

（2）該課程促進(jìn)了同學(xué)對(duì)Arduino的了解，并通過一些動(dòng)手操作讓同學(xué)們體會(huì)Arduino機(jī)電控制的過程，并給予同學(xué)創(chuàng)新的空間。

（3）通過對(duì)這門課程的學(xué)習(xí)，初步了解了Arduino機(jī)電控制的基本原理和一些入門知識(shí)，激發(fā)了自己對(duì)科學(xué)研究的興趣，有利于發(fā)展自己的綜合能力。

（4）通過學(xué)習(xí)該課程，讓大家掌握了Arduino機(jī)電控制的基礎(chǔ)知識(shí)，增加了自己見識(shí)，鍛煉了自己的學(xué)習(xí)和思考的能力。課程安排有較多的實(shí)踐環(huán)節(jié)，既增強(qiáng)動(dòng)手能力，也讓所學(xué)的理論在課程中加以運(yùn)用，達(dá)到理論與實(shí)踐的共同提升。

（5）該課程讓大家切實(shí)接觸到機(jī)械、編程的原理和實(shí)際工程。提高了學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力，感受到了實(shí)踐的樂趣。應(yīng)多加強(qiáng)學(xué)生自主創(chuàng)新部分的教學(xué)，多講解一些外圍硬件裝配原理及Arduino軟件程序問題。

3 《Arduino創(chuàng)意實(shí)踐》課程體系優(yōu)化的探索實(shí)踐

《Arduino創(chuàng)意實(shí)踐》選修課為該校的通識(shí)教育選修課，課程教學(xué)體系構(gòu)成：（1）Arduino入門講座；（2）熟悉Arduino集成開發(fā)環(huán)境（IDE）；（3）輸入輸出控制方法練習(xí)；（4）Arduino多種傳感器應(yīng)用實(shí)例訓(xùn)練；（5）使用電磁傳感器控制直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)四連桿機(jī)構(gòu)；（6） 使用霍爾傳感器控制步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)曲柄連桿機(jī)構(gòu)；（7）使用超聲波傳感器控制舵機(jī)驅(qū)動(dòng)凸輪機(jī)構(gòu)；（8）Arduino無線模塊的應(yīng)用。

結(jié)合實(shí)際的教學(xué)效果及教學(xué)反饋需進(jìn)一步優(yōu)化該課程的教學(xué)體系，完善教學(xué)內(nèi)容以更好地實(shí)現(xiàn)該課程的教學(xué)目的，使課程教學(xué)內(nèi)容涵蓋多種主流競(jìng)賽用傳感器及舵機(jī)、直流電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)的程序控制方法以及典型機(jī)械機(jī)構(gòu)裝配等的相關(guān)技能，以豐富學(xué)生對(duì)創(chuàng)客產(chǎn)品開發(fā)的完整體驗(yàn)。

本著“推進(jìn)課程體系與教學(xué)內(nèi)容的整合提升”宗旨，優(yōu)化后的《Arduino創(chuàng)意實(shí)踐》課程體系構(gòu)成：（1）Arduino入門講座；（2）熟悉Arduino集成開發(fā)環(huán)境（IDE）；（3）Arduino輸入輸出控制方法練習(xí)；（4）Arduino傳感器應(yīng)用訓(xùn)練；（5）Arduino執(zhí)行器控制訓(xùn)練；（6）Arduino智能小車機(jī)械裝配訓(xùn)練；（7）市場(chǎng)智能產(chǎn)品調(diào)研和成本分析；（8）綜合創(chuàng)新項(xiàng)目專項(xiàng)機(jī)電聯(lián)調(diào)測(cè)試；（9）綜合創(chuàng)新項(xiàng)目展示競(jìng)技比賽。其中（4）、（6）～（9）項(xiàng)為新增/改動(dòng)課時(shí)及新增/改動(dòng)教學(xué)內(nèi)容。

優(yōu)化后的《Arduino創(chuàng)意實(shí)踐》課程體系中課時(shí)增加，課程內(nèi)容涵蓋了Arduino多種傳感器應(yīng)用實(shí)例訓(xùn)練、Arduino智能小車機(jī)械裝配訓(xùn)練及市場(chǎng)產(chǎn)品調(diào)研、綜合創(chuàng)新項(xiàng)目展示競(jìng)技比賽等，這些教學(xué)內(nèi)容的充實(shí)與豐富，將會(huì)幫助學(xué)生更好地體驗(yàn)產(chǎn)品研發(fā)設(shè)計(jì)過程中企業(yè)產(chǎn)品研發(fā)的標(biāo)準(zhǔn)過程（包括市場(chǎng)前景需求調(diào)研、產(chǎn)品成本預(yù)算分析等），引導(dǎo)學(xué)生體驗(yàn)創(chuàng)客產(chǎn)品開發(fā)過程中的樂趣，增強(qiáng)學(xué)生進(jìn)行智能產(chǎn)品設(shè)計(jì)研發(fā)的信心。

4 結(jié)語

綜上所述，探索優(yōu)化《Arduino創(chuàng)意實(shí)踐》課程體系，調(diào)整《Arduino創(chuàng)意實(shí)踐》課程結(jié)構(gòu)，確?！禔rduino創(chuàng)意實(shí)踐》課程知識(shí)內(nèi)容與社會(huì)需求具備一致性，為學(xué)生參加科創(chuàng)競(jìng)賽提供良好的平臺(tái)。在優(yōu)化課程體系過程中需要按照課程設(shè)計(jì)理念標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)自身課程特定的培養(yǎng)目標(biāo)來設(shè)計(jì)、構(gòu)建模塊化及個(gè)性化的課程體系，制定出滿足卓越工程師教育培養(yǎng)通用標(biāo)準(zhǔn)的知識(shí)體系，對(duì)吸引學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)客體驗(yàn)和提升學(xué)生的創(chuàng)新興趣，都能夠起到積極的推動(dòng)作用。

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