《Arduino創(chuàng)意機(jī)器人》課程綱要

1、 Arduino創(chuàng)意機(jī)器人課程綱要課程名稱(chēng)Arduino創(chuàng)意機(jī)器人設(shè)計(jì)者曹榮澤適用年級(jí)五、六年級(jí)總課時(shí)18課程類(lèi)型拓展性課程課程簡(jiǎn)介“Arduino創(chuàng)意機(jī)器人”課程是一門(mén)交叉了多門(mén)學(xué)科的綜合性課程，涉及到許多基礎(chǔ)學(xué)科，包括數(shù)學(xué)、物理、計(jì)算機(jī)、化學(xué)、生物、多媒體等，學(xué)生在運(yùn)用Arduino平臺(tái)進(jìn)行創(chuàng)造開(kāi)發(fā)的時(shí)候，把學(xué)習(xí)到的零碎知識(shí)與機(jī)械工程轉(zhuǎn)變成一個(gè)探究世界相互聯(lián)系的不同側(cè)面過(guò)程，它要求學(xué)生人為地對(duì)多門(mén)學(xué)科知識(shí)進(jìn)行綜合創(chuàng)造，這一實(shí)踐過(guò)程使得學(xué)生在雜亂無(wú)章的學(xué)習(xí)情境中獲得設(shè)計(jì)能力、合作能力、問(wèn)題解決能力和實(shí)踐創(chuàng)新能力的提升，也使得孩子們的學(xué)習(xí)變得生動(dòng)有趣。“Arduino創(chuàng)意機(jī)器人”基于學(xué)科理論，

2、立足于實(shí)際生活，通過(guò)技術(shù)思想以及Arduino平臺(tái)的運(yùn)用解決現(xiàn)實(shí)生活中的實(shí)際問(wèn)題，為學(xué)生細(xì)心生活、發(fā)揮創(chuàng)造性提供了寬廣的舞臺(tái)。背景分析機(jī)器人是一門(mén)涉及運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、傳感技術(shù)、控制技術(shù)等多領(lǐng)域的交叉學(xué)科，其教育實(shí)施正是促使學(xué)生整合科學(xué)、技術(shù)、數(shù)學(xué)領(lǐng)域的知識(shí)，以工程標(biāo)準(zhǔn)化的思想進(jìn)行綜合實(shí)踐的過(guò)程，具有較強(qiáng)的教育價(jià)值。近年來(lái)，隨著基礎(chǔ)教育新課程改革的不斷深入實(shí)施，我國(guó)中小學(xué)機(jī)器人教育也有了較快發(fā)展，并成為中小學(xué)綜合實(shí)踐課程和技術(shù)課程的載體，其教育價(jià)值已獲得社會(huì)認(rèn)可。Arduino是一塊基于開(kāi)放源代碼的USB接口Simple I/O接口板，并且具有IDE集成開(kāi)發(fā)環(huán)境。通過(guò)Arduino平臺(tái)

3、可以讓學(xué)生了解和掌握機(jī)器人的基本知識(shí)和技能，包括機(jī)器人機(jī)械部分、傳感部分和控制部分的設(shè)計(jì)與搭建以及在這個(gè)過(guò)程中需要運(yùn)用的各種知識(shí)，可以培養(yǎng)學(xué)生良好的信息素養(yǎng)、創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力。課程目標(biāo) “Arduino創(chuàng)意機(jī)器人”課程的總目標(biāo)是提高小學(xué)生的創(chuàng)新能力、綜合設(shè)計(jì)能力和動(dòng)手實(shí)踐能力，進(jìn)而培養(yǎng)和提升學(xué)生的STEM素養(yǎng)，強(qiáng)調(diào)學(xué)生在直接經(jīng)驗(yàn)和親身經(jīng)歷的基礎(chǔ)上，通過(guò)觀察、思考、設(shè)計(jì)、制作、試驗(yàn)等活動(dòng)獲得豐富的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，在生活中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，在實(shí)踐中解決問(wèn)題，在活動(dòng)中獲得知識(shí)。根據(jù)三維目標(biāo)的劃分，將課程目標(biāo)細(xì)分如下：1知識(shí)與技能初步了解機(jī)器人的基本結(jié)構(gòu)，了解機(jī)器人在社會(huì)生活中的應(yīng)用；完成簡(jiǎn)單的機(jī)器人設(shè)計(jì)、硬件裝

4、配、程序編寫(xiě)、功能調(diào)試等任務(wù)；通過(guò)在掌握有關(guān)機(jī)器人的知識(shí)和技能的基礎(chǔ)上，積極創(chuàng)意解決更多實(shí)際問(wèn)題，在過(guò)程中培養(yǎng)創(chuàng)新精神，提高實(shí)踐能力。2過(guò)程與方法在教師指導(dǎo)下，通過(guò)模仿及積極的創(chuàng)意，能夠完成簡(jiǎn)單的機(jī)器硬件裝配、程序編寫(xiě)、簡(jiǎn)單調(diào)試等任務(wù)，使機(jī)器人能夠解決簡(jiǎn)單的問(wèn)題。3情感態(tài)度與價(jià)值觀感受機(jī)器人技術(shù)的重要性以及Arduino平臺(tái)的便捷性，培養(yǎng)對(duì)Arduino機(jī)器人課程學(xué)習(xí)的興趣以及動(dòng)手解決實(shí)際生活問(wèn)題的興趣，提高問(wèn)題意識(shí)和編程思維以及STEM素養(yǎng)，促進(jìn)全面而有個(gè)性的發(fā)展。學(xué)習(xí)主題活動(dòng)安排 在基礎(chǔ)教育領(lǐng)域，機(jī)器人可以與信息技術(shù)課程進(jìn)行整合，也可以與通用技術(shù)課程整合，還可以與物理、數(shù)學(xué)、生物等等相關(guān)課

5、程進(jìn)行整合，以Arduino為平臺(tái)的機(jī)器人課程教學(xué)需要搭建硬件、檢測(cè)與控制電路，然后編寫(xiě)控制程序燒錄代碼，就可以控制機(jī)器人的各種動(dòng)作和行為。本課程主要涉及到的教學(xué)項(xiàng)目有智能LED、智能風(fēng)扇、智能小車(chē)等，分為三章17課，具體的課程內(nèi)容主要為：1智能LED系列，包括點(diǎn)亮LED、按鈕控制的LED、創(chuàng)意LED三個(gè)專(zhuān)題，主要是Arduino的基礎(chǔ)知識(shí)。2智能風(fēng)扇系列，包括智能風(fēng)扇、變速風(fēng)扇、創(chuàng)意風(fēng)扇三個(gè)專(zhuān)題，主要是Arduino基礎(chǔ)知識(shí)的強(qiáng)化與深入。3智能小車(chē)系列，包括會(huì)走路的小車(chē)、避障小車(chē)、巡線小車(chē)三個(gè)專(zhuān)題，主要是Arduino機(jī)器人的綜合運(yùn)用。課時(shí)學(xué)習(xí)主題1走進(jìn)Arduino的世界2點(diǎn)亮LED3閃爍

6、LED4按鈕控制LED5光線控制LED6創(chuàng)意設(shè)計(jì)7啟動(dòng)風(fēng)扇8聲控風(fēng)扇9換檔風(fēng)扇10遙控風(fēng)扇11搖頭風(fēng)扇12風(fēng)扇綜合創(chuàng)意13走直線小車(chē)14走正方形小車(chē)15避障小車(chē)16遙控小車(chē)17巡線小車(chē)18作品完成和展示評(píng)價(jià)方式成績(jī)?cè)u(píng)定根據(jù)課程的性質(zhì)特征，評(píng)價(jià)應(yīng)重參與、重過(guò)程，強(qiáng)調(diào)評(píng)價(jià)主體的多元化，教學(xué)內(nèi)容的綜合性和全面性，評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的合理性，以及評(píng)價(jià)方法、手段的多樣性。為此，要遵循以下原則：1參與性原則。注重學(xué)生在課堂的積極參與性以及與其他同學(xué)的合作，適時(shí)提供相應(yīng)的參與性評(píng)價(jià)表記錄學(xué)生的參與活動(dòng)。2綜合性原則。評(píng)價(jià)的內(nèi)容不能片面，要綜合考慮到學(xué)生的各科知識(shí)基礎(chǔ)，學(xué)生對(duì)Arduino創(chuàng)意機(jī)器人基礎(chǔ)知識(shí)的學(xué)習(xí)以及學(xué)

7、生在綜合運(yùn)用各個(gè)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力。3激勵(lì)性原則。對(duì)于小學(xué)生來(lái)言，Arduino創(chuàng)意機(jī)器人是比較新奇的知識(shí)，在過(guò)了剛剛開(kāi)始的新鮮感以后，會(huì)遇到各種各樣的問(wèn)題，這個(gè)時(shí)候教師需要通過(guò)激勵(lì)性的評(píng)價(jià)，為學(xué)生的好奇心保鮮，同時(shí)鼓勵(lì)他們發(fā)揮自己的長(zhǎng)處，大膽嘗試，創(chuàng)作出滿意的作品，提高創(chuàng)新能力以及實(shí)踐能力。小學(xué)Arduino創(chuàng)意機(jī)器人課程中設(shè)計(jì)的任務(wù)主要以實(shí)驗(yàn)操作為主，課程評(píng)價(jià)以過(guò)程性評(píng)價(jià)和終結(jié)性評(píng)價(jià)相結(jié)合的方法。主要以作品評(píng)價(jià)為主，作品可以是半成品也可以成品，根據(jù)學(xué)生的實(shí)際情況來(lái)定。最終成績(jī)按照“平時(shí)作業(yè)（40%）+最終作品(40%)+表現(xiàn)（10%）+考勤（10%）”公式給出成績(jī)。平時(shí)作業(yè)和最終作品的

8、評(píng)價(jià)量規(guī)如下：作品名稱(chēng)小組成員評(píng)估指標(biāo)等級(jí)分?jǐn)?shù)ABC機(jī)器人知識(shí)和技術(shù)（15分）基本了解機(jī)器人的概念、工作原理以及傳感器的作用（0-9分）理解機(jī)器人的概念、工作原理以及傳感器的作用（9-12分）掌握并能應(yīng)用機(jī)器人的知識(shí)和技術(shù)（12-15分）跨學(xué)科的知識(shí)（15分）了解了與機(jī)器人學(xué)科相關(guān)的其他學(xué)科知識(shí)（0-9分）掌握了學(xué)科知識(shí)，但不能將機(jī)器人和其他學(xué)科聯(lián)系起來(lái)（9-12分）能將其他學(xué)科的知識(shí)和機(jī)器人學(xué)科聯(lián)系起來(lái)（12-15分）創(chuàng)新能力（20分）只能按部就班的完成分配的任務(wù)（0-12分）能夠設(shè)計(jì)出比較有創(chuàng)意的作品，但未能實(shí)現(xiàn)（12-16分）能夠設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)比較有創(chuàng)意的作品（16-20分）程序設(shè)計(jì)（15分

9、）只會(huì)按照范例編寫(xiě)簡(jiǎn)單程序（0-9分）能編寫(xiě)和調(diào)試程序（9-12分）能編寫(xiě)、調(diào)試和優(yōu)化程序（12-15分）動(dòng)手實(shí)踐能力（20分）連接松散、連線無(wú)序（0-12分）連接牢固、連線有序，完成部分任務(wù)（12-16分）連接牢固、連線有序，整體合理巧妙，完成全部任務(wù)（16-20分）實(shí)用性（15分）沒(méi)有體現(xiàn)實(shí)用價(jià)值（0-9分）有一定的實(shí)用價(jià)值（9-12分）有較高的實(shí)用價(jià)值（12-15分）作品總分參考資料Arduino創(chuàng)意機(jī)器人入門(mén)開(kāi)源課程Arduino創(chuàng)意機(jī)器人小學(xué)版?zhèn)渥rduino創(chuàng)意機(jī)器人課程的選修人數(shù)一般控制在30人內(nèi)，按照2-3人一套器材進(jìn)行配置。硬件要求：配套教學(xué)器材如下：高透明塑料整理箱（小號(hào)），Arduino UNO主板（自帶驅(qū)動(dòng)模塊和擴(kuò)展版），USB線，3p線（若干），小號(hào)兩用螺絲刀；LED（三個(gè)），小風(fēng)扇，鋰電池，TowerPro SG90舵機(jī)，智能小車(chē)底盤(pán)，小電機(jī)（帶動(dòng)風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)），電源插頭；數(shù)字大按鈕模塊，數(shù)字鋼球傾角傳感器，模擬環(huán)境光線傳