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摘要：不少高校都有暑期专业实践教学项目，针对计算机、软件工程专业大学一年级学生的知识基础，提出引入开源智能硬件作为实践教学平台，结合暑期教学特点以及开源硬件的优势，设计了一套符合学生认知规律的系列实践内容，遵循由简入繁、由基础到综合的原则，力求内容实用有趣，并实施了教学过程，以期激发学生对计算机专业的兴趣，培养创新意识。实践证明，基于开源硬件的实践教学收到了良好的教学效果。
关键词：开源硬件；智能小车；教学改革；Arduino
本文引用格式：蔡建平等.基于开源硬件的暑假短学期实践教学设计与实施[J].教育现代化，2019，6（40）：71-73.
由于暑假有比较长的时间，不少高校在暑假期间会开展专业实践教学。暑期实践教学活动凸显教学制度的灵活性、教学改革的实质性，有利于教师和学生发挥在教与学上的自主性、积极性。为帮助大学生一年级的学生更快进入专业领域，需要设计入门级的专业实践课程来激发学生的专业兴趣、增强动手能力、培养创新意识。
本课程整合各种硬件和传感器资源，面向只有C语言程序设计基础的计算机、软件工程等专业的大学一年级学生。课程设计的教学内容软硬件结合，力求知识点的讲授由浅入深，符合学习者的认知规律，能够激发学习者的热情和创新意识，以期达到较好的教学效果。
一开源硬件以及轮型机器人
开源硬件概念是由开源运动发起人Bruce Perens在1997年发起并确立的，其目的是为了促进硬件制造商自行认证其开放硬件产品。开源硬件（Open Source Hardware），借鉴了开源软件的许可方式，这类开源硬件的设计者会开放详细的硬件设计，如电路图、材料清单和电路板布局、源码、开发包、工具包在内的所有详细资料等信息。硬件的开源降低了硬件开发领域的门槛，使更多人可以参与，同时开源硬件的模块化、标准化、接口化提高了硬件开发的速度和效率，促生了创客群体。
Arduino的诞生可谓开源硬件发展史上的一个里程碑。Arduino是基于多数开源硬件的一个中间件产品合集，它有丰富且功能齐全的硬件接口来满足以及支持市面上一大部分的处理器和传感器，这使它具有操作简便，灵活，易上手等特点，是常用的开源电子原型平台之一，基于Arduino的硬件开发非常容易入门。
开源硬件可以实现的创新项目很多，设计用于教学的东西既不能太复杂特殊，也不能太过于简单。随着技术的发展，机器人技术得到广泛应用，与机器人相关的人才需求不断增长。轮型机器人，是机器人中比较容易实现的一种，并且能够进行各种有趣的操作。
采用Arduino主板设计的智能小车，可以设计实现显示时间、速度，具备自动寻迹、寻光、避障功能，变速行驶、准确定位停车、声控和远程传输图像等功能，运用到光电传感器、避障传感器、光线传感器、红外检测传感器、加速度和陀螺仪传感器、热电偶传感器、超声波测距传感器、视觉传感器、数字温度传感器和火焰传感器等类型的传感器。智能小车，是集数据采集与控制、软件编程与硬件设计于一身的综合教学工具。
把智能小车设计成任务模块，贯穿整个暑假短学期实践教学，可以有效地激发学生的学习兴趣，培养学生独立分析问题、解决问题能力、自学能力和实践动手能力。
二暑假短学期实践教学设计教学内容设计
实践教学的教学方法和手段，主要包括学生自主学习、协作学习和项目驱动式学习。教学内容的设计要以学生为本，发挥学生在实践教学中的主体地位；内容要体现出开放性和探索性；设计合理的项目，让学生互助合作，培养协作精神；通过制定竞争力的考核机制，激发学生的进取心。基于以上思考，设计了基于开源硬件Arduino智能小车暑期实践教学。主要教学内容包括基础内容、提高内容、比赛和自主拓展项目式内容。浙江大学城市学院计算学院针对一年级学生，暑期社会实践是十天的集中式教学。所以本课程教学内容的安排以天为单位。主要内容如表1所示。
三 教学过程的实施
硬件课程的教学需要场地和设备。计算学院对暑期短学期实践教学环节十分重视。在环境方面，提供教学场地、机房；在硬件方面，提供经费购买教学设备。我们购置了Arduino学习套件、智能小车套件、各种传感器模块以及各种工具（万用表、螺丝刀、电烙铁、导线等）。
在教学过程中主要采用了以下手段：
1）集中讲授
按照教学计划安排，对开源硬件和传感器的基本原理与知识进行讲授，同时增加互动，让学生参与教学，强调以学生为本。
2）视频演示
收集网上创客项目视频素材，进行课堂演示，启发学生自主创新项目思路。
3）分组教学
在提高实验、比赛和自主创新项目中，把学生划分为2～3人一组，针对实验内容相互讨论学习，在比赛的时候增强团队意识。由于学生具备C语言基础，在教学实施过程中，教师主要简单介绍每个内容基本原理。代码和实践操作以学生为主，教师在协助学生解决遇到的软硬件问题时，引导学生思考如何分析问题。自主创新项目在上课开始就布置，学生可以一开始就计划准备。课程考核采用日常每天记录任务完成结果、比赛成绩、答辩表现三部分，各部分比例如表2所示。
四 教学效果调查问卷与结果分析
实践教学是一个不断探索和创新的过程。为更好建设课程内容，除了观察课堂学生的参与情况、考核学生的掌握情况，调查问卷也是获得学生学习反馈的手段之一。表3是课程调查问卷的问题以及学生反馈结果记录。
问卷结果显示，课程设计内容达到了理想的教学效果。在上课过程遇到的最主要的问题就是来自硬件配件的质量问题，需要在购买硬件时多家比较甄选质量较好的。
五 结论
当前创客教育已成为从高校到中小学各个层次非常关注的教育方向，不少高校开设了创客工作室，鼓励学生发散性思维，进行创意设计。在这种大环境下，利用开源智能硬件具有多类外部接口，并支持各种常用计算平台的特点，设计基于开源硬件的智能小车暑期集中式实践教学，可以为学生提供充分的自主发挥空间，激发学生的发散性思维和创新性思维，可以很好调动学生的积极性和主动性，使每位同学得到充分的锻炼，实现了课程初期设计的教学目的。
参考文献
[1] 邓欣,王进,于洪,王国胤,陈桥松.开源硬件在“智能机器人”实践课程中的应用[J].计算机教育,2015(18):105-110.
[2]方晓霞.中国机器人产业:现状、问题与对策[J].发展研究,2018(10):25-33.
[3]裴莹,马贞荣.我国创客教育的研究路径及其展望[J].教学与管理,2019(06):69-72.
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