基于Arduino的学前教育师范生创客教育实践

摘 要 Arduino+Mixly是一种低成本且高效的创客教育平台，基于该平台的创客教育实践既能提升学生的动手实践能力，又可以锻炼学生的计算思维，成本低廉且高效，该平台已经在中小学创客教育中得到广泛应用。本研究基于该平台，结合学前教育师范生的专业发展，设计了创客教育项目并进行实践，为学前教育师范生的双创教育培养做出应用示范。

关键词 创客教育;Arduino;学前教育师范生

引言

随着创客文化的兴起，创客教育的理念也逐渐深入人心，尤其在基础教育，创客教育已经成为推动教育改革的重要动力。在学前教育，创客教育多见于专门的教育机构，如乐高机器人和博佳机器人俱乐部等，在幼儿园却较少涉及。这是因为创客教育对教师的要求很高，教师要成为教学设计者、资源管理者、学习进度调控者、学习过程辅助者、实践质量提高者[1]。创客教师的高要求导致幼儿园相关师资缺乏，幼儿园中的创客教育很难进行。因此，解决幼儿园的创客教育师资问题需要得到重视，这就要关注学前教育师范生的创新能力培养。

1基于Arduino+MIXLY的创客教育平台

Arduino是一套开源的电子微控制器和编程平台，其软件部分使用C语言的程序开发环境，其硬件部分即Arduino板在计算机程序控制下，可以通过接受传感器的电信号来感知环境，并能够控制LED灯、电机等装置来输出信号、反馈环境[2]。基于Arduino的创客教育平台注重做中学，玩中学，学生只需要具备初中的电学知识就可以上手，该平台在初中高中阶段已经被广泛使用，同样也适用于高职院校，适合学前教育师范生。

虽然Arduino拉近了平常人与发明创造的距离，然而对于文科专业背景的学前教育师范生来说，Arduino IDE类似C语言的程序开发环境还是让学生在学习过程中感到有些吃力。因此，本研究试图为学生选择了基于图形的Arduino编程环境——Mixly。Mixly即米思齐，是一款由北京师范大学教育学部创客教育实验室傅骞教授团队开发的图形化编程软件。Mixly图形化编程的方式降低了编程的技术门槛，其强全面的功能也为活动提供了支持。

2基于Arduino的学前教育师范生创客教育实践——以儿童感温杯为例

（1）情境导入。在日常生活中，大家都会遇到这样的情况：在不知情时，我们不知道水杯中的水温度是否适合饮用，就要尝一下，温度适宜还好，温度过高就容易烫到嘴巴。成年人有自我保护意识，但儿童就不一样了，在口渴时，儿童会在没有防范意识的情况下喝水，有烫伤的安全隐患。作为未来的幼儿教师，必须考虑到儿童用具的安全性，同学们有没有什么办法，让水杯智能感应水温，提示儿童是否适合饮用？

（2）项目设计。利用Arduino创客套件中的温度感应器检测水温，当水温超过可承受的温度时，红灯亮，提示儿童水温不适合喝，当水温处于合适的温度区间，红灯熄灭，提示儿童水温适合，可以饮用。项目具体设计：将温度传感器安置于水杯上，温度传感器将感知的温度信号传递给Arduino开发板，开发板经过计算判断温度是否过高，當水温高于40度时红灯亮起，当水温低于40度时红灯熄灭。在这个温度感应和反馈的过程中，Arduino开发板相当于人的大脑，接收信息并判断感知的温度是否高出人体承受范围，根据判断再发出信息;温度传感器相当于手的皮肤，负责感应水的温度;而LED灯的亮灭则相当于人体做出的反馈。

（3）活动探究。①用演示教学法，引导学生接线。在器件接线过程中，由于学生不了解LM35温度传感器的工作原理，导致实验失败。这时，教师需要为学生讲解LM35温度传感器的工作原理，并采用演示教学法演示LM35温度传感器的接线方法。在学生操作的过程中，教师观察并记录学生完成的情况，同时允许完成器件连接的同学帮助其他人完成，观察每个小组同学的制作情况并给予鼓励与反馈。②积极引导试误过程，强化程序理解。教师先不必展示最终程序，只需要引导学生结合之前所学的通过电位器控制LED灯明暗度的内容，将该程序直接引入到本节课中，让学生模仿之前所学的内容，使用Mixly写程序，只需要将输入输出的模块做一些调整。然而，程序编译上传完成后，实验结果出错。教师为学生分析原因，即温度传感器感知并传递给Arduino板的信号值不能直接作为温度值输出，温度传感器传感器感知的信号值需要乘以0.48876进行转换，输出的值才是测量的温度值。通过这样的试误过程，能够强化学生对元器件工作原理的理解，在探究的过程中体验创客教育的乐趣。③基于现有成果，安排拓展和提升。完成了既定的课堂教学任务后，要及时进行拓展。课堂上，学生只是将电路接线和程序设计的部分完成了，距离产品还有一段距离。这时要发挥学生的专业特长，对感温杯的外观进行设计和制作。教师将儿童感温杯成品设计的部分安排在课下完成，并且根据每个小组完成课堂任务的情况，分表安排难度不同的作业。如学习效果较好的学生，可以制作一个符合儿童审美外观的感温杯，该水杯通过三盏灯的亮灭显示水温偏低、适合和过高三种状态。

3结束语

Arduino+Mixly创客教育平台将硬件和软件融合，既提升学生的动手实践能力，又锻炼学生的计算思维，成本低廉且高效。学生利用这个创新工具，可尝试把自己的想法变为现实，体会创造过程的失败与成功，将成为他们成长经历中的宝贵财富[3]。然而，在进行创客教育应用实践的过程中，有很多问题需要解决。如在本研究中，无论是在探究的过程还是拓展环节，教师介入时机的掌控，引导力度的把握，以及学生学习动机的保持，都有提高和完善的空间。

参考文献

[1] 祝智庭，雒亮.从创客运动到创客教育：培植众创文化[J].电化教育研究，2015（7）：5-13.

[2] 郭婧远.创客教育中利用有效失败促进学习的研究[D].上海：华东师范大学，2016.

[3] 刘阳.应用Arduino在高中开展科技教育的探索[C].第十五届沈阳科学学术年会.第十五届沈阳科学学术年会论文集（经管社科）.沈阳：沈阳市外国语学校，2018：633-639.

作者简介

夏志鹏（1989-）;学历：硕士，职称：助教，现就职单位：宁夏幼儿师范高等专科学校，研究方向：3D打印技术，创客教育。