摘要：分析了Arduino單片機(jī)功能與特性。在中小學(xué)信息技術(shù)教育中引進(jìn)Arduino單片機(jī)教學(xué)，不但能夠了解單片機(jī)硬件、學(xué)會編程，而且能讓學(xué)生把自己的金點子轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實產(chǎn)品。Arduino圖形化的編程界面，跳過了繁瑣的代碼，非常適合小學(xué)和初中低年級學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)新開發(fā)，有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。

關(guān)鍵詞：Arduino單片機(jī)；信息技術(shù)；創(chuàng)新能力

DOIDOI：10.11907/rjdk.151090

中圖分類號：G434

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：16727800（2015）006022402

基金項目基金項目：

作者簡介作者簡介：鮑若凡（1981-），男，上海人，上海市尚德實驗學(xué)校信息中心中學(xué)一級教師，研究方向為現(xiàn)代教育技術(shù)。

0 引言

單片機(jī)是一種集成電路芯片，采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)，把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器CPU、隨機(jī)存儲器RAM、只讀存儲器ROM、多種I/O口和中斷系統(tǒng)、定時器/計數(shù)器等功能集成到一塊硅片上，構(gòu)成一個小而完善的微型計算機(jī)系統(tǒng)，在工業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)研究、智能家庭、機(jī)器人、車模、航模中有廣泛的應(yīng)用。

在中小學(xué)信息技術(shù)教育中加入單片機(jī)教學(xué)內(nèi)容，既可了解單片機(jī)的硬件原理，又可接觸單片機(jī)編程，更重要的是可以利用單片機(jī)的強(qiáng)大功能，把金點子轉(zhuǎn)化成實際產(chǎn)品。

1 Arduino單片機(jī)概述

Arduino是一個基于開放源代碼的軟硬件平臺，構(gòu)建于開放源代碼Simple I/O介面版，具有類似Java、C語言的開發(fā)環(huán)境。

Arduino能通過各種傳感器感知環(huán)境，讀取數(shù)字、模擬量，通過控制燈光、馬達(dá)和其它裝置作出反饋?？梢酝ㄟ^Arduino的編程語言來編寫程序。基于Arduino的項目，可以只包含Arduino，也可以包含Arduino和其它在PC上運(yùn)行的軟件。

2 Arduino單片機(jī)在教學(xué)中的優(yōu)勢

2.1 Arduino單片機(jī)支持圖形化編程

用于中小學(xué)教育的單片機(jī)種類很多，但是絕大部分單片機(jī)編程都要先學(xué)習(xí)編寫代碼，這對學(xué)生來說是一個很大的障礙。很多學(xué)生有很好的想法，但是礙于沒學(xué)過單片機(jī)編程，無法把自己的想法變成實物，錯失了深入研究下去的機(jī)會。

Arduino支持圖形化編程界面，見圖1，學(xué)生不需要學(xué)習(xí)復(fù)雜的代碼，用圖形化界面就可以編寫出有很強(qiáng)功能的程序。比如，用MIND+程序圖形化編程，降低了學(xué)習(xí)編程的難度，很容易入門。在學(xué)習(xí)完圖形化實例程序之后，再學(xué)習(xí)用代碼編程就會相對容易。

2.2 Arduino單片機(jī)開放源代碼、提供原始設(shè)計圖

Arduino開放源代碼和設(shè)計圖，程序開發(fā)接口可以免費(fèi)下載，甚至可按照自己的需求修改電路板，為學(xué)習(xí)單片機(jī)硬件原理提供了很好的條件。

2.3 Arduino單片機(jī)價格便宜

Arduino單片機(jī)價格便宜，使用價格低廉的微處理控制器ATMEGA8或ATmegal28。Arduino單片機(jī)也非常容易購買，很多網(wǎng)店都有不同規(guī)格的Arduino單片機(jī)出售。

2.4 Arduino單片機(jī)燒錄程序方便

Arduino單片機(jī)燒錄程序非常方便，只需要通過USB接口就可以燒錄，支持ISP在線燒錄，可以將新的“bootloader”固件燒入，有了 bootloader之后，可以通過串口更新固件。

2.5 可以創(chuàng)造獨特的Arduino模塊

學(xué)生可依據(jù)官方提供的Eagle格式PCB和SCH電路圖，簡化Arduino模塊，制作自己的Arduino模塊。Arduino可與各種傳感器、各式各樣的電子元件連接，比如：可見光傳感器、紅外線傳感器、超音波傳感器、熱敏電阻、光敏電阻、步進(jìn)電機(jī)、舵機(jī)等，形成具有特殊功能的模塊。制作這些模塊，鍛煉了學(xué)生的創(chuàng)新能力[1]。

2.6 可以用Arduino構(gòu)建有線、無線輸入設(shè)備

利用Arduino，突破了以往只能使用鼠標(biāo)、鍵盤、手柄等輸入的局限，可以自己構(gòu)建輸入設(shè)備。比如在一根香蕉插上電極來控制LED、制作水果鋼琴、制作一款家用電器萬能遙控器等。

3 信息技術(shù)教育中引入Arduino單片機(jī)意義

3.1 豐富信息技術(shù)教育內(nèi)容

目前，學(xué)校的信息技術(shù)教育內(nèi)容過于陳舊。信息技術(shù)興趣小組實踐內(nèi)容大多為多媒體制作，不能充分挖掘?qū)W生的創(chuàng)新、創(chuàng)造能力。而依靠 Arduino單片機(jī)的強(qiáng)大功能，學(xué)生可以創(chuàng)造出各種各樣具有實用價值的新產(chǎn)品，豐富了信息技術(shù)教育內(nèi)容，使信息技術(shù)教育跟上時代步伐。

3.2 提高實踐動手能力

用Arduino開發(fā)產(chǎn)品不只培養(yǎng)編程能力，還能培養(yǎng)連接電路的能力、設(shè)計制作產(chǎn)品的能力，Arduino單片機(jī)課程為學(xué)生提供了實踐的機(jī)會 [2]。

3.3 提高創(chuàng)新能力

現(xiàn)代社會需要加強(qiáng)創(chuàng)新人才的培養(yǎng)，將實踐與創(chuàng)新相結(jié)合，注重理論和實踐的同時，將信息技術(shù)教育課程與STEM（科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)）創(chuàng)新聯(lián)系起來。

通過Arduino項目，積極組織學(xué)生參加課題研究，承擔(dān)具體任務(wù)，在實踐中鍛煉學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、研究問題、解決問題的能力，培養(yǎng)創(chuàng)新能力。Arduino單片機(jī)為學(xué)生的金點子提供了試驗平臺，激發(fā)了學(xué)習(xí)熱情。

創(chuàng)造多元化的科技教育與實踐方法，建立相應(yīng)的項目學(xué)習(xí)（PBL）課程，鼓勵學(xué)生參與到實際的項目中去，從項目中學(xué)習(xí)知識和技能，培養(yǎng)學(xué)生的設(shè)計能力。

4 Arduino教學(xué)案例

以利用Arduino單片機(jī)制作“物聯(lián)網(wǎng)藥盒”為例。

眾所周知，我國正面臨人口老齡化問題，很多老人和子女分開居住，有一些獨居老人記憶力不是很好，如果他們生了病，按時服藥就成了很大的問題。

學(xué)生C發(fā)現(xiàn)這個問題后，就想開發(fā)一款可以提醒老人服藥的智能藥盒。首先C作了需求分析，按設(shè)計思路制作了組織結(jié)構(gòu)圖，見圖2；然后C統(tǒng)計了需要的硬件，發(fā)現(xiàn)要實現(xiàn)智能提醒必須用到單片機(jī)，在網(wǎng)上查閱了有關(guān)資料后，C決定使用Arduino單片機(jī)。

由于智能藥盒需要隨身攜帶，所以C選用了在Arduino單片機(jī)家族中體形較小的Arduino nano單片機(jī)，見圖3。

在制作藥盒（圖4）的同時，C也關(guān)注網(wǎng)上的一些信息，發(fā)現(xiàn)能夠用聲音提醒患者服藥的藥盒在美國已經(jīng)量產(chǎn)。

C認(rèn)為：隨著技術(shù)的進(jìn)步，藥盒除了能發(fā)出響聲等提示之外，還應(yīng)該能給患者家屬發(fā)送手機(jī)短信，讓家屬了解老人的服藥情況。于是，C在原有的智能藥盒上進(jìn)行了創(chuàng)新，給藥盒增加了一個藍(lán)牙模塊，用藍(lán)牙模塊給老人的手機(jī)發(fā)送吃藥提示，如果老人還是沒有服藥，藥盒就控制手機(jī)程序給老人的親屬發(fā)短信[3]。

通過不斷努力，C的智能藥盒終于達(dá)到了設(shè)計要求。在這個過程中，C不但學(xué)會了Arduino單片機(jī)編程，而且學(xué)會了三維建模、手機(jī)編程等多項技術(shù)，體會到了創(chuàng)新的樂趣。

參考文獻(xiàn)：

[1]謝四蓮.淺談電子競賽與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)[J].科技視界，2012（17）：9192.

[2]常淑娟，和煦.實驗教學(xué)改革與學(xué)生電子競賽的思考[J].西安郵電學(xué)院學(xué)報，2011（16）：6567.

[3]鄭昊，鐘志峰，郭昊，等.基于Arduino/Android的藍(lán)牙通信系統(tǒng)設(shè)計[J].物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，2012（5）：5051.

責(zé)任編輯（責(zé)任編輯：杜能鋼）