高中Arduino機(jī)器人課程學(xué)習(xí)現(xiàn)狀調(diào)查與分析

金書(shū)輝 鄭燕林 張曉

摘要：創(chuàng)客教育的盛行給基礎(chǔ)教育領(lǐng)域帶來(lái)了革新，機(jī)器人教育作為創(chuàng)客教育的承接載體，為其在中小學(xué)的“落地”提供了一個(gè)適切的平臺(tái)，一些開(kāi)源軟硬件的出現(xiàn)為兩者的融合提供了可能。Arduino作為一個(gè)代表性的開(kāi)源平臺(tái)已成為中學(xué)實(shí)施創(chuàng)客教育的標(biāo)準(zhǔn)配置之一，同時(shí)也催生了一門(mén)新型的“創(chuàng)客課程”——Arduino機(jī)器人課程。為了解高中生在Arduino機(jī)器人課程中的學(xué)習(xí)現(xiàn)狀，旨在發(fā)現(xiàn)教學(xué)過(guò)程中存在的問(wèn)題，以便對(duì)其做進(jìn)一步改進(jìn)，探索更有效的教學(xué)方式，該文從學(xué)生的興趣度、參與度、課程相關(guān)聯(lián)系度等維度出發(fā)，采用問(wèn)卷的方式進(jìn)行了此次調(diào)查。調(diào)查顯示：學(xué)生對(duì)Arduino機(jī)器人課程整體有較高的興趣度；能將課程與其他學(xué)科知識(shí)密切聯(lián)系，但與日常生活的聯(lián)系相對(duì)較弱；Arduino機(jī)器人課程能有效促進(jìn)學(xué)生間的交流協(xié)作；學(xué)生在課程中的學(xué)習(xí)持續(xù)度有所欠缺。文章根據(jù)此次調(diào)查結(jié)果提出了相應(yīng)的課程優(yōu)化建議：注重課程內(nèi)容的各方面聯(lián)系整合；在知識(shí)講解和項(xiàng)目探究間保持動(dòng)態(tài)的平衡；設(shè)置多維評(píng)價(jià)指標(biāo)，及時(shí)給予學(xué)生反饋。

關(guān)鍵詞：創(chuàng)客教育；Arduino機(jī)器人課程；現(xiàn)狀調(diào)查

一、引言

“創(chuàng)客”一詞的出現(xiàn)引發(fā)了創(chuàng)客運(yùn)動(dòng)的浪潮，它與教育的結(jié)合與碰撞也催生了一種新型的教育模式一一創(chuàng)客教育。創(chuàng)客教育強(qiáng)調(diào)基于真實(shí)情境中的手腦并重，借助技術(shù)工具將創(chuàng)造過(guò)程融入學(xué)習(xí)過(guò)程中，進(jìn)行基于創(chuàng)造的學(xué)習(xí)，通過(guò)創(chuàng)意性的“造物”，鼓勵(lì)學(xué)生將頭腦中的想法變成現(xiàn)實(shí)。機(jī)器人作為信息技術(shù)教育的前沿領(lǐng)域，集創(chuàng)意性、跨學(xué)科性和實(shí)踐性于一身，涉及電子、自動(dòng)控制、程度設(shè)計(jì)等多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域，對(duì)于學(xué)生的創(chuàng)新思維能力、多學(xué)科知識(shí)綜合運(yùn)用能力、合作探究意識(shí)和動(dòng)手實(shí)踐能力的養(yǎng)成具有重要的作用。它主張學(xué)生通過(guò)機(jī)器人的制作和開(kāi)發(fā)這一創(chuàng)造性的探究，將想法付諸于實(shí)踐，在實(shí)踐中運(yùn)用跨學(xué)科的知識(shí)，掌握相關(guān)技能，其本身就是一個(gè)手腦并重的過(guò)程。機(jī)器人教育為中小學(xué)實(shí)施創(chuàng)客教育提供了有力的載體，賦予了其更廣闊的發(fā)展空間，將創(chuàng)客教育相關(guān)理念融入機(jī)器人教學(xué)中，也給其帶來(lái)了更高的自由度和創(chuàng)新度，二者的融合起到相輔相成的作用。

在中小學(xué)以課程而非競(jìng)賽的形式開(kāi)展機(jī)器人教育對(duì)于促進(jìn)其推廣普及有重要的作用。但一直以來(lái)教育機(jī)器人的產(chǎn)品價(jià)格居高不下，過(guò)高的教育成本造成許多學(xué)校沒(méi)有條件開(kāi)展機(jī)器人教育，成為限制其發(fā)展的一個(gè)重要因素。隨著創(chuàng)客教育在中小學(xué)的風(fēng)靡，一些開(kāi)源軟硬件的引進(jìn)和實(shí)施平臺(tái)的搭建都對(duì)機(jī)器人教育的推進(jìn)提供了一個(gè)很好的契機(jī)。Arduino作為一款開(kāi)源平臺(tái)，由于代碼開(kāi)源和低成本受到了廣泛的歡迎，其軟硬件的低成本為在中小學(xué)進(jìn)一步普及機(jī)器人教育提供了可能，Ardubloek和Mixly等圖形化編程軟件改變了師生的聚焦點(diǎn)，技術(shù)和理念的“開(kāi)源”進(jìn)一步擴(kuò)充了機(jī)器人教學(xué)內(nèi)容。因此，許多中小學(xué)以創(chuàng)客教育為機(jī)遇，開(kāi)設(shè)了一系列的Arduino機(jī)器人課程，在此基礎(chǔ)上尋找適切的教學(xué)理論或模式，進(jìn)行Arduino機(jī)器人教學(xué)的相關(guān)探索。

作為一門(mén)新型的機(jī)器人課程，以必修的方式來(lái)進(jìn)行開(kāi)設(shè)后的課程推進(jìn)情況、學(xué)生對(duì)課程的適應(yīng)情況以及對(duì)相關(guān)知識(shí)的理解程度、當(dāng)前教學(xué)中存在哪些不足、傳統(tǒng)的教學(xué)方法是否與新型課程相適應(yīng)這一系列問(wèn)題目前仍缺乏相關(guān)研究數(shù)據(jù)的支持。因此，本研究試圖通過(guò)問(wèn)卷調(diào)查的方式來(lái)了解學(xué)生在Arduino機(jī)器人課程開(kāi)設(shè)之后的學(xué)習(xí)情況，以便更好地對(duì)課程進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)。

二、調(diào)查內(nèi)容與實(shí)施

為得到較為全面的課程學(xué)習(xí)現(xiàn)狀數(shù)據(jù)，問(wèn)卷內(nèi)容主要涉及學(xué)生對(duì)Arduino機(jī)器人課程的興趣度、在課程中的參與度、跨學(xué)科知識(shí)整合和課程與日常生活的聯(lián)系度等方面，初稿設(shè)計(jì)完成后經(jīng)多位一線教師進(jìn)行審閱修改，以保證問(wèn)卷具有良好的信度和效度，最終形成的問(wèn)卷終稿的主要內(nèi)容如表1所示。

問(wèn)卷調(diào)查對(duì)象為某開(kāi)展Arduino機(jī)器人教學(xué)的高中的高一學(xué)生，調(diào)查之前他們已經(jīng)進(jìn)行了為期一學(xué)期的Arduin0機(jī)器人課程學(xué)習(xí)。問(wèn)卷采用網(wǎng)上調(diào)查的方式，通過(guò)問(wèn)卷星這一平臺(tái)進(jìn)行問(wèn)卷的發(fā)放，共發(fā)放問(wèn)卷180份，回收問(wèn)卷173份，其中有效問(wèn)卷16l份，問(wèn)卷有效率為93.06%。調(diào)查結(jié)果利用spss軟件和問(wèn)卷星平臺(tái)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

三、調(diào)查結(jié)果分析

（一）學(xué)生對(duì)Arduino機(jī)器人課程整體存在較高的興趣度

Arduino最初更多的是被國(guó)內(nèi)的電子發(fā)燒友所熟知，隨后引起了教育研究者的關(guān)注，并嘗試將其引入中學(xué)機(jī)器人教育領(lǐng)域，開(kāi)展了相應(yīng)的教學(xué)實(shí)踐。作為一個(gè)新興的開(kāi)源平臺(tái)，學(xué)生表示在進(jìn)行課程學(xué)習(xí)前對(duì)Arduino機(jī)器人并不了解（如圖1所示）。Arduino機(jī)器人教學(xué)包括結(jié)構(gòu)搭建和程序編寫(xiě)測(cè)試兩方面，在興趣度調(diào)查維度主要從學(xué)生對(duì)課程整體興趣度、對(duì)硬件搭建和程序編寫(xiě)的興趣度比較和對(duì)相關(guān)工作原理的興趣度入手。調(diào)查顯示，絕大多數(shù)學(xué)生對(duì)Arduino機(jī)器人課程存在較高的興趣度（如圖2所示），在影響學(xué)生進(jìn)行課程學(xué)習(xí)的因素調(diào)查層面，占比最大的也是興趣度（如圖3所示），許多學(xué)生均表示正是因?yàn)榕d趣會(huì)促使他們進(jìn)行更深一步的探究。就學(xué)生對(duì)硬件搭建和程序編寫(xiě)兩方面的興趣度比較來(lái)看，有46.63%的學(xué)生選擇對(duì)硬件的搭建最感興趣，37.42%的學(xué)生對(duì)程序的編寫(xiě)測(cè)試最感興趣，15.95%的學(xué)生則表示對(duì)這兩方面均不感興趣（如圖4所示）。在調(diào)查學(xué)生對(duì)Arduino中相關(guān)元器件的工作原理是否感興趣方面，有63.19%的學(xué)生表示興趣程度一般，但不排斥教師講解相關(guān)原理，僅有26.38%的學(xué)生表示對(duì)相關(guān)工作原理非常感興趣。

（二）學(xué)生能將Arduino機(jī)器人課程與其他學(xué)科知識(shí)密切聯(lián)系，與日常生活的聯(lián)系相對(duì)較弱

Arduino機(jī)器人作為一門(mén)綜合性課程，需要探究的問(wèn)題也是涉及到多個(gè)學(xué)科的綜合性知識(shí)，課程內(nèi)容與信息技術(shù)、通用技術(shù)、物理、數(shù)學(xué)等多個(gè)學(xué)科緊密聯(lián)系；它主張真實(shí)情境中的問(wèn)題解決，在探究所生活的世界相互聯(lián)系的不同側(cè)面的過(guò)程中學(xué)習(xí)和掌握面向真實(shí)需求的問(wèn)題解決的過(guò)程和方法。因此，在聯(lián)系維度主要調(diào)查學(xué)生在學(xué)習(xí)Arduino機(jī)器人課程時(shí)與其他學(xué)科知識(shí)（物理、程序設(shè)計(jì)和數(shù)學(xué)）和學(xué)生日常生活之間的聯(lián)系程度。如表2所示，Arduino機(jī)器人課程有助于學(xué)生對(duì)程序設(shè)計(jì)和物理學(xué)科知識(shí)的學(xué)習(xí)。涉及到與其他學(xué)科具體聯(lián)系程度，有66.87%的學(xué)生表示Arduino機(jī)器人課程與程序設(shè)計(jì)知識(shí)聯(lián)系最為密切，其次則是物理學(xué)科的知識(shí)，僅有2.45%的學(xué)生表示與數(shù)學(xué)學(xué)科的知識(shí)有一定聯(lián)系。就學(xué)科聯(lián)系度而言，Arduino機(jī)器人課程與程序設(shè)計(jì)知識(shí)聯(lián)系最為密切。對(duì)于Arduino機(jī)器人課程能否幫助解決日常生活問(wèn)題這方面，學(xué)生表示聯(lián)系程度“一般”。有研究者指出當(dāng)前機(jī)器人教學(xué)側(cè)重學(xué)科本位，重技術(shù)輕整合，課堂上所解決的大都是技術(shù)問(wèn)題，而非指向?qū)嶋H生活問(wèn)題。調(diào)查也顯示這種現(xiàn)象在Arduino機(jī)器人課堂中仍然存在，課程內(nèi)容與學(xué)生日常生活中的真實(shí)問(wèn)題聯(lián)系度不足，教師需要將課程與真實(shí)情境建立更密切的連接，以解決實(shí)際問(wèn)題來(lái)對(duì)學(xué)生做進(jìn)一步引導(dǎo)。

（三）學(xué)生在Arduino機(jī)器人課程中的參與度

1.學(xué)生能積極地參與到Arduino機(jī)器人課程活動(dòng)中，任務(wù)完成度一般

調(diào)查顯示，過(guò)半數(shù)的學(xué)生在課堂中都積極參與了硬件的搭建和程序的編寫(xiě)測(cè)試，能很好地與其他同學(xué)進(jìn)行交流（如圖5所示）。在知識(shí)講解階段，教師主要以任務(wù)驅(qū)動(dòng)的方式進(jìn)行相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)的傳授，如在智能LED燈模塊，基礎(chǔ)任務(wù)是通過(guò)點(diǎn)亮一個(gè)LED燈使學(xué)生將Arduino中的數(shù)字端口輸出值與LED燈的亮滅相對(duì)應(yīng)起來(lái)，進(jìn)階任務(wù)則是讓學(xué)生在基礎(chǔ)任務(wù)之上通過(guò)實(shí)現(xiàn)LED燈漸亮漸滅效果掌握循環(huán)語(yǔ)句結(jié)構(gòu)。通過(guò)對(duì)任務(wù)完成度的調(diào)查，有66.26%的學(xué)生表示能基本完成教師布置的任務(wù)，23.31%的學(xué)生表示很少完成，只有4.29%的學(xué)生能全部完成教師布置的任務(wù)（如圖6所示）。由此可見(jiàn)，課程中學(xué)生的任務(wù)完成情況并不理想，在任務(wù)難易度和區(qū)分度方面需要教師進(jìn)行更為精心的設(shè)計(jì)。

有36.81%的學(xué)生表示在學(xué)習(xí)過(guò)程中遇到的首要困難是硬件的搭建，其次則是程序的編寫(xiě)。究其原因，Mixly和AIduBlock這類(lèi)圖形化編程軟件的出現(xiàn)大大降低了學(xué)生在編程方面的難度，學(xué)生無(wú)需掌握一些復(fù)雜的編程知識(shí)。在結(jié)構(gòu)搭建方面，Arduino中涉及到的電路知識(shí)并不復(fù)雜，學(xué)生在初中就已經(jīng)學(xué)習(xí)過(guò)電路的串并聯(lián)知識(shí)，但在學(xué)習(xí)過(guò)程中學(xué)生出現(xiàn)問(wèn)題最多的環(huán)節(jié)則是電路的連接，這也從側(cè)面表明了當(dāng)前高中生的動(dòng)手操作能力不足，教師應(yīng)加強(qiáng)對(duì)學(xué)生動(dòng)手能力的培養(yǎng)，將課堂重點(diǎn)適當(dāng)?shù)赜删幊陶Z(yǔ)法的講解向一些元器件等硬件的搭建指導(dǎo)方面進(jìn)行轉(zhuǎn)移。

2.Arduino機(jī)器人課程能有效地促進(jìn)學(xué)生間的交流協(xié)作

Arduino機(jī)器人課程目標(biāo)具有多維性，學(xué)生不僅僅是在進(jìn)行跨學(xué)科的學(xué)習(xí)，更是在完成創(chuàng)意性作品的過(guò)程中，能與他人共享知識(shí)與資源、多樣化觀點(diǎn)與經(jīng)驗(yàn)，達(dá)成共同的目標(biāo)，并形成積極、互相信賴的協(xié)同創(chuàng)新關(guān)系。通過(guò)調(diào)查學(xué)生在Arduino機(jī)器人課程的收獲（如下頁(yè)圖7所示），學(xué)生對(duì)Ardllino機(jī)器人課程的價(jià)值給予了認(rèn)同，除去對(duì)Arduino機(jī)器人知識(shí)有一個(gè)基本的了解外，學(xué)生表示通過(guò)這門(mén)課程可以更好地與其他人進(jìn)行交流協(xié)作。如下頁(yè)圖8所示，在學(xué)習(xí)過(guò)程中遇到困難時(shí)，46.63%的學(xué)生會(huì)首先與同伴進(jìn)行交流探討，22.09%的學(xué)生會(huì)首先選擇向教師求助，學(xué)生更傾向于通過(guò)同伴間的交流協(xié)作來(lái)解決問(wèn)題。因此，Arduino機(jī)器人課程能顯著提升學(xué)生的合作探究能力。

（四）學(xué)生在Arduino機(jī)器人課程中的學(xué)習(xí)持續(xù)度有所欠缺

對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)持續(xù)度主要從作品改進(jìn)頻率和課后學(xué)習(xí)相關(guān)知識(shí)的主動(dòng)性兩方面來(lái)調(diào)查。如表3所示，學(xué)生能在學(xué)習(xí)過(guò)程中對(duì)作品進(jìn)行改進(jìn)，但改進(jìn)頻率較低，不能持續(xù)地對(duì)作品做進(jìn)一步的修改。在課后階段，學(xué)生缺乏學(xué)習(xí)自主性，有30.67%的學(xué)生表示從未在課后主動(dòng)學(xué)習(xí)相關(guān)知識(shí)?？傮w來(lái)看，學(xué)生在Arduino機(jī)器人課程中的學(xué)習(xí)持續(xù)度不足，需要教師做進(jìn)一步的引導(dǎo)。

（五）Arduin機(jī)器人教學(xué)課時(shí)需進(jìn)行更合理的規(guī)劃

問(wèn)卷中的最后一題為開(kāi)放性題目，主要是征求學(xué)生對(duì)Arduino機(jī)器人課程的建議。通過(guò)對(duì)結(jié)果的整理發(fā)現(xiàn)，學(xué)生普遍反映課程周期間隔過(guò)長(zhǎng)，容易遺忘之前的學(xué)習(xí)內(nèi)容，不利于接下來(lái)的學(xué)習(xí)；合作進(jìn)行項(xiàng)目探究的時(shí)長(zhǎng)過(guò)短，小組中的每個(gè)人不能得到充分的鍛煉。在課時(shí)安排上，筆者按照每周連續(xù)兩課時(shí)來(lái)開(kāi)展Arduino機(jī)器人教學(xué)，一學(xué)期的有效課時(shí)總量為24課時(shí)，就調(diào)查結(jié)果來(lái)看，當(dāng)前的課時(shí)安排仍需要進(jìn)行一定的調(diào)整。盡管一直以來(lái)項(xiàng)目教學(xué)法被認(rèn)為是開(kāi)展機(jī)器人教育的有效教學(xué)方法，但是對(duì)于項(xiàng)目教學(xué)在Arduino機(jī)器人教學(xué)中的具體實(shí)施路徑尚未明確。有研究者也指出當(dāng)前機(jī)器人教育缺乏頂層設(shè)計(jì)，課程體系不完整，如何將基本知識(shí)講解與和讓學(xué)生進(jìn)行項(xiàng)目探究的時(shí)間進(jìn)行合理的分配，如何合理安排課時(shí)歷經(jīng)一個(gè)較為完整的項(xiàng)目設(shè)計(jì)過(guò)程等都需要教師進(jìn)行進(jìn)一步的規(guī)劃。

四、討論與建議

機(jī)器人教育的普及不但是指中小學(xué)能夠承擔(dān)其教育成本，更多的是使它能夠“適得其所”，達(dá)到“物盡其用”的效果。雖然Arduino在一些性能方面不如價(jià)格昂貴、一體化的機(jī)器人，就教育價(jià)值來(lái)說(shuō)，它足夠滿足當(dāng)前中小學(xué)的機(jī)器人教學(xué)需要，將其引入機(jī)器人教育領(lǐng)域具有很高的可行性。調(diào)查結(jié)果表明，學(xué)生對(duì)Arduino機(jī)器人課程給予了認(rèn)同，對(duì)課程有著較高的興趣度；他們能積極地參與到課堂活動(dòng)中，在操作過(guò)程中更傾向于進(jìn)行硬件的搭建，如物理電路的連接等；在跨學(xué)科整合方面，課程與程序設(shè)計(jì)和物理等學(xué)科知識(shí)整合度較高；課程對(duì)于學(xué)生的協(xié)作探究能力有明顯的提升作用。作為一門(mén)新型的機(jī)器人課程，相關(guān)研究仍處于起步階段，缺少一定的教學(xué)積淀，在開(kāi)設(shè)過(guò)程中也顯示出了若干問(wèn)題：學(xué)生對(duì)相關(guān)元器件的工作原理則表現(xiàn)出較低的興趣度；他們?cè)跈C(jī)器人硬件搭建中的動(dòng)手操作能力較差，導(dǎo)致課堂任務(wù)完成情況并不理想，不能對(duì)機(jī)器人作品做持續(xù)的改進(jìn)，課程學(xué)習(xí)持續(xù)度有待加強(qiáng)；在課程聯(lián)系維度，課程與學(xué)生日常生活聯(lián)系較弱；當(dāng)前課時(shí)安排需進(jìn)行更為合理的規(guī)劃，基礎(chǔ)知識(shí)講解和項(xiàng)目探究的課時(shí)分配尚需調(diào)整。因此，筆者結(jié)合此次問(wèn)卷調(diào)查和教學(xué)過(guò)程中的實(shí)際體會(huì)從以下幾方面提出了相應(yīng)的建議。

（一）注重課程內(nèi)容設(shè)計(jì)的各方面聯(lián)系

與學(xué)生日常生活中的真實(shí)問(wèn)題相聯(lián)系。Arduino機(jī)器人課程主張學(xué)生設(shè)計(jì)制作作品來(lái)解決生活中的真實(shí)問(wèn)題，但經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)目前課程與學(xué)生的日常生活聯(lián)系并不緊密。教師應(yīng)從真實(shí)生活情境入手，選取可以提高學(xué)生的好奇心和探索意識(shí)、貼近實(shí)際生活的問(wèn)題供他們進(jìn)行探究。如在按鈕模塊，教師可與家中的LED照明臺(tái)燈相聯(lián)系，讓學(xué)生通過(guò)編寫(xiě)程序用按鈕控制燈的亮滅，進(jìn)而可在通用技術(shù)課中動(dòng)手制作一個(gè)簡(jiǎn)易的智能小臺(tái)燈。通過(guò)與真實(shí)情境聯(lián)系可以使學(xué)生更好地理解作品的適用場(chǎng)合和最終完成的作品所帶來(lái)的實(shí)用價(jià)值，激起他們的探究欲望。

與多個(gè)學(xué)科知識(shí)相聯(lián)系。機(jī)器人本身就涵蓋多個(gè)學(xué)科的知識(shí)，打破了學(xué)科界限，不再僅局限于傳統(tǒng)的數(shù)學(xué)、物理等單一的課程模式，而是整合藝術(shù)、電子、控制、網(wǎng)絡(luò)等不同學(xué)科知識(shí)。創(chuàng)意Arduino機(jī)器人作品背后也離不開(kāi)跨學(xué)科知識(shí)的支持。因此，教師需要在多個(gè)學(xué)科聯(lián)結(jié)的基礎(chǔ)上進(jìn)行知識(shí)的重構(gòu)，將各學(xué)科的知識(shí)按照一定的邏輯來(lái)進(jìn)行合理的重組，保證課程可以均勻涵蓋各個(gè)學(xué)科的基礎(chǔ)知識(shí)。此外還可以安排一些需要學(xué)生運(yùn)用交叉學(xué)科的知識(shí)來(lái)解決問(wèn)題的任務(wù)，促進(jìn)學(xué)生跨學(xué)科的知識(shí)整合。

與學(xué)生的已有知識(shí)基礎(chǔ)相聯(lián)系。在硬件方面，Arduino中相關(guān)元器件的工作原理較為復(fù)雜和深?yuàn)W，學(xué)生對(duì)此興趣度不足。為此，教師可以與學(xué)生已有的知識(shí)基礎(chǔ)相結(jié)合，找到這些新舊知識(shí)的連接點(diǎn)，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行進(jìn)一步的拓展和延伸。就軟件而言，課程雖然采用圖形化的編程方式，學(xué)生拖動(dòng)程序塊就可以實(shí)現(xiàn)程序的編寫(xiě)，但是這些操作之間也是具有關(guān)聯(lián)性和層次性的，如一些循環(huán)語(yǔ)句的程序塊的拖動(dòng)就需要學(xué)生在已經(jīng)掌握了簡(jiǎn)單的條件語(yǔ)句的基礎(chǔ)上進(jìn)行，教師應(yīng)確保新知識(shí)的講授是建立在學(xué)生已有知識(shí)的基礎(chǔ)之上。

（二）在知識(shí)講解和項(xiàng)目探究間保持動(dòng)態(tài)的平衡

Arduino機(jī)器人課程強(qiáng)調(diào)創(chuàng)意性作品的產(chǎn)出，主張讓學(xué)生通過(guò)項(xiàng)目來(lái)進(jìn)行合作探究，因而課程項(xiàng)目的復(fù)雜程度、任務(wù)難易度、項(xiàng)目之間的內(nèi)在聯(lián)系等都需要教師進(jìn)行精心的設(shè)計(jì)。Arduino理念的“開(kāi)源”使得教師可以在社區(qū)或者論壇上獲取豐富的技術(shù)資源和課程資源，許多Arduino愛(ài)好者也秉承“創(chuàng)客”的共享理念，將自己設(shè)計(jì)出的創(chuàng)意作品和源代碼發(fā)布在相關(guān)論壇上，與其他創(chuàng)客進(jìn)行思想碰撞，借此推廣Arduino開(kāi)源文化，這在很大程度上擴(kuò)展了教師的思路，有助于更多創(chuàng)意機(jī)器人課程項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)，進(jìn)而探索更有效的機(jī)器人教學(xué)方法。但同時(shí)也造成了教師往往將精力過(guò)多放于對(duì)項(xiàng)目的規(guī)劃設(shè)計(jì)上，從而忽視了一些基本知識(shí)的講授，而Arduino中一些相關(guān)元器件的工作原理和基本的操作卻是保證學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)意性設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，調(diào)查結(jié)果也表明當(dāng)前課程中基礎(chǔ)知識(shí)講解和項(xiàng)目探究的課時(shí)分配并不合理。因此，教師需要在基本知識(shí)的講解和讓學(xué)生進(jìn)行項(xiàng)目合作探究之間保持適度的張力和平衡。

在基本知識(shí)講解階段，注重電路搭建等硬件知識(shí)的講解。Arduino中采用圖形化的編程方式，它提供了集成化的程序編譯環(huán)境，將各種變量、語(yǔ)句和運(yùn)算符以不同顏色的圖形塊的方式呈現(xiàn)，學(xué)生只需拖動(dòng)相應(yīng)的圖形塊就可以進(jìn)行程序的編寫(xiě)，無(wú)需手動(dòng)輸入代碼，很大程度地降低了學(xué)生在程序編寫(xiě)方面的難度。相對(duì)而言，雖然在Arduino機(jī)器人課程中涉及到的硬件（如物理電路）知識(shí)比較簡(jiǎn)單，學(xué)生可以準(zhǔn)確地畫(huà)出相對(duì)應(yīng)的電路圖，但由于學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐能力較弱，在實(shí)際搭建電路過(guò)程中可能會(huì)出現(xiàn)一系列的問(wèn)題，如將電源正負(fù)極接反、電路連接短路等。因此，教師在進(jìn)行基礎(chǔ)知識(shí)講解時(shí)也需要做一個(gè)系統(tǒng)的規(guī)劃，教學(xué)重點(diǎn)可以適當(dāng)?shù)叵蛴布罱ǚ矫嫫疲訌?qiáng)對(duì)學(xué)生動(dòng)手操作能力的培養(yǎng)。在任務(wù)設(shè)置方面，應(yīng)對(duì)任務(wù)目標(biāo)做進(jìn)一步的明確，對(duì)任務(wù)的難易度有一個(gè)區(qū)分，確保學(xué)生通過(guò)完成相應(yīng)的任務(wù)能基本掌握課程的基礎(chǔ)知識(shí)。

在項(xiàng)目探究階段注重學(xué)生間的作品分享和交流。一個(gè)優(yōu)秀的項(xiàng)目應(yīng)能夠生成可分享的成果，即結(jié)果應(yīng)該是可與他人共享的，基于共享的動(dòng)機(jī)會(huì)促使學(xué)生更愿意共享、參與互惠學(xué)習(xí)、提出并分享自己的創(chuàng)見(jiàn)。調(diào)查結(jié)果也顯示，學(xué)生非常希望看到其他同學(xué)設(shè)計(jì)完成的Arduino機(jī)器人作品，也非常想將自己的作品與其他同學(xué)進(jìn)行分享。因此，教師可在課堂中給予學(xué)生充分展示作品的機(jī)會(huì)，通過(guò)小組間的作品分享和同伴間的交流，有助于其興趣的培養(yǎng)與持續(xù)，學(xué)生也可以對(duì)自己的作品進(jìn)行反思，從而做出進(jìn)一步的改進(jìn)。

（三）設(shè)置多樣化的Arduino機(jī)器人課程評(píng)價(jià)指標(biāo)，及時(shí)給予學(xué)生反饋

根據(jù)此次調(diào)查中學(xué)生在課程學(xué)習(xí)中的持續(xù)度不足的問(wèn)題，筆者也進(jìn)行了思考，很大一方面的原因是由于當(dāng)前課程中的評(píng)價(jià)指標(biāo)尚不完善，教師僅從物化作品的完成情況來(lái)對(duì)學(xué)生進(jìn)行考察，過(guò)程性評(píng)價(jià)較為欠缺，不能及時(shí)將評(píng)價(jià)結(jié)果反饋給學(xué)生，由此造成學(xué)生不愿對(duì)作品進(jìn)行持續(xù)的改進(jìn)。因此，建立科學(xué)合理的評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)學(xué)生各方面的表現(xiàn)進(jìn)行考量顯得尤為必要，使得教師能全面了解學(xué)生在課程中的學(xué)習(xí)情況。另一方面，評(píng)價(jià)指標(biāo)的建立可因項(xiàng)目而異，不可一概而論。由于Arduino不但可以與多種外接設(shè)備進(jìn)行連接，如LED燈、各種傳感器等電子元器件，還能在軟件上與Flash、Scratch等進(jìn)行配合，連接設(shè)備的不同決定了項(xiàng)目的多樣化，也帶來(lái)了教學(xué)內(nèi)容的進(jìn)一步擴(kuò)充。教師在進(jìn)行項(xiàng)目設(shè)計(jì)時(shí)的側(cè)重點(diǎn)可能會(huì)有所不同，如一些簡(jiǎn)單入門(mén)的創(chuàng)意項(xiàng)目強(qiáng)調(diào)學(xué)生動(dòng)手連接電子元器件和編譯程序的技能，而一些綜合性項(xiàng)目則是在此基礎(chǔ)上更關(guān)注培養(yǎng)學(xué)生在發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、設(shè)計(jì)方案、實(shí)施驗(yàn)證這一系列流程中的邏輯思維能力和創(chuàng)新能力。

評(píng)價(jià)指標(biāo)的建立大體可從以下方面進(jìn)行考慮：在Arduino基本知識(shí)層面，可考察學(xué)生對(duì)于一些工作原理的掌握情況、對(duì)與Arduino機(jī)器人相關(guān)的其他學(xué)科的聯(lián)系程度等；在動(dòng)手操作層面，關(guān)注學(xué)生電路搭建的有序合理性和對(duì)程序的編寫(xiě)、調(diào)試及優(yōu)化程度；在最后作品的考察層面，可從作品的完成度、創(chuàng)新度和實(shí)用價(jià)值等方面來(lái)綜合考慮；學(xué)生在小組中的參與和協(xié)作程度也可以納入到評(píng)價(jià)指標(biāo)中。教師應(yīng)及時(shí)將評(píng)價(jià)結(jié)果反饋給每一個(gè)學(xué)生，促使學(xué)生對(duì)作品進(jìn)行進(jìn)一步的改進(jìn)和完善，如硬件上對(duì)電路進(jìn)行擴(kuò)展、對(duì)程序進(jìn)行簡(jiǎn)化、增加新的功能模塊等。通過(guò)對(duì)作品的持續(xù)修改，在螺旋式上升的良性循環(huán)中，進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)意，提升其創(chuàng)新能力。