創客世界從Arduino開始——Arduino課程在國小的三階段規劃

Arduino課程是將學生帶入創客世界、啟廸運算思維能力的最佳途徑,不僅硬體材料取得成本低廉,網路上也有相當豐富的學習資源,而且在國小跨領域課程的安排上,更易於規劃和實施。臺中市大雅國小以三階段的規劃,讓學生可以無縫接軌Arduino課程。

學生認真設計作品

國小自然科中有關電路的課程,主要安排在四年級實施,因此,為利課程的銜接,Arduino課程最適合安排在五年級實施。在Arduino開發板課程實施之前,我們會先讓同學復習電路的概念,將電池的串聯、並聯和開關的應用,設計在熱身活動中。

為了避免在同學尚未建立正確的Arduino開發板操作概念之前,倉促使用設備容易因疏忽而造成毀壞,在課程實施上,我們規劃了三階段的實施期程。

第一階段:導入軟體模擬的課程

利用高雄市教育局建置的「史丹島」線上學習資源,培養同學們利用Arduino界面撰寫程式和感測器間連動運作的具體概念,再經由系統的模擬界面運作來驗證程式設計的成果。

有關程式設計的部分,雖然在五年級上學期的「達客魔法村」及Blockly Games模組單元,已有相當多經驗,但在「史丹島」課程單元中,程式撰寫和硬體界面電路設計是分開的步驟,兩者之間又需要透過程式設計來產生緊密的結合。同學們看到系統模擬的運作畫面,符合自己程式設計的邏輯,這種新奇的經驗讓他們頗為驚嘆。

第二階段:引進Autodesk的tinkercad課程中的電路設計單元

這個階段將「史丹島」的模組化概念完全打破,也更貼近Arduino的實體運作環境。

在這個學習平臺中,Led能否正確呈現預期成果,除了相關電路的佈線要正確外,電阻值的設定也很重要。同學第一次接觸這項課程,往往會因為缺乏正確的佈線概念而屢屢受挫,因為同學們不僅要辨別各項電子零件的正負極性,也要注意正負極線路不可混淆或線路配接時發生短路;同時在麵包板上電路分佈和各項電子組作的配置,也要能夠全面掌握。

學生完成的作品

第三階段:把電子組作發給孩子,開始實作

本階段累積了二至三個課程的操作經驗後,就可以把Arduino開發板、Led、電阻、開關、杜邦線等各式電子組作,逐一發給小朋友,進入真實體驗的世界。如何設計程式,讓配置的各種感測器和各電子零組件間能有正確的連動以符合預期的成果,才是一系列Arduino開發板學習課程的開始。

現在歐美各國從小學就開始教小朋友學習電腦程式,從新課綱也強調要培養本國學生從小具備這樣的能力。透過Arduino創課課程,利用其以圖形化拼圖的方式來撰寫指令,非常適合各種年齡層來學習的特性,再加上一些互動式的電子設計,任何人都能夠在樂在其中。在教學中看見學生認真學習樂在其中,遇到問題會主動提問或是跟同學請教討論,不斷嘗試修改與調整,充分展現出自主學習的熱情,證明Arduino創課課程的推動確實是明智之舉。