基于Arduino的人工智能课程：点燃学生问题解决能力的智慧引擎

在当今的数智化新时代，人工智能已成为推动社会进步和发展的关键动力，教育领域也迎来了前所未有的变革，如何培养具有创新思维和解决问题能力的青年人才，已成为当前教育界面临的重要课题。基于Arduino的人工智能课程以其独特的优势，为学生搭建了一个探索科技、实践创新的广阔平台。课程通过一系列精心设计的项目实践活动，让学生不仅能够掌握人工智能的基础知识和技能，还能够在面对真实问题时，灵活运用所学知识，提出并执行有效的解决方案。笔者从理论与实践两个层面深入探讨，分析基于Arduino的人工智能课程如何通过分阶段实践教学、开放式项目设计和跨学科合作，提升学生解决问题的能力。

一、基于Arduino的人工智能课程概述

（一）Arduino简介

Arduino作为一款开源的软硬件开发平台，以其简明的操作指令、直观的编程方法、易用性、开放的接口协议和丰富的教学资源，为中学生提供了一个探索人工智能领域的优质学习环境。这一环境极大地推动了学生在开源硬件项目和自主学习方面的能力提升。教师能够通过多样化的操作途径，运用富有趣味性的软硬件实验，向学生展示Arduino硬件的多功能应用，帮助学生有效克服了因算法和程序设计的枯燥性及学习难度带来的畏难情绪。再者，Arduino拥有丰富的外围模块和扩展接口，应用范围十分广泛，可以连接各种传感器、执行器、显示屏等，能够支持学生开发出多样化且极具趣味性的作品。将Arduino开源硬件融入教学实践，不仅能激发学生对人工智能的学习兴趣，还能在解决实际问题和设计创新作品的过程中，不断提升他们的创造力。

（二）人工智能课程中Arduino的应用现状

基于以上优势，Arduino在中小学人工智能课程，特别是在机器人制作和智能设备开发课程中，展现出了广泛的应用潜力，受到了一定的关注。但在将Arduino深度融合于教学中提升学生解决问题能力方面的实践与探索中，我们也面临着教师技术知识储备不足、课程评价体系不完善等问题，特别是在教学方法的创新方面还有待进一步深入。

（三）基于Arduino的人工智能课程特点

基于Arduino的人工智能课程以其独特的教学方式，在培养学生解决问题能力方面展现出了显著优势。在紧密结合了硬件实践与软件编程的课程中，学生可以通过亲手搭建电子系统、连接传感器和执行器等，深入体验从理论到实践的转化过程。同时，Arduino的开源特性为学生提供了丰富的资源和灵感，让他们能够快速实现创意作品，创新思维和自主学习能力都得到了大幅提升。此外，Arduino的低成本和便捷性降低了学习门槛，使得更多学生有机会参与实践，自由探索和尝试新想法，这有助于培养学生敢于尝试、勇于创新的精神。

在逻辑思维能力的培养方面，Arduino课程通过项目实践，逐步锻炼和强化学生的逻辑思维能力。在实践动手能力的提升方面，学生在设计项目和编程、搭建时，也能不断增强实际操作能力，养成面对问题时冷静思考、主动寻找解决办法的习惯。而且，在完成项目的过程中，学生需要运用计算机编程、电子电路、数学运算和物理原理等多学科知识，这也极大地培养了他们综合运用知识解决复杂问题的能力，为今后深入学习和从事相关领域的工作奠定了坚实的基础。

二、基于Arduino的人工智能课程提升学生解决问题能力的教学路径

（一）在课堂教学中激发学生解决问题的潜能

1.开设基础实践课程，引导学生掌握Arduino基础知识

学习之舟，扬帆于坚实的知识基础之上。在基于Arduino的人工智能课程中，我们在教学之初就着重于为学生打下坚实的理论基础，确保他们能够在学习之旅中稳步前行。

与常规的理论基础教学方法不同，本课程采用了一种渐进式的实践教学策略，旨在逐步深化学生对知识点的掌握。教师从基础出发，逐步引导学生通过亲身实践来深入理解并掌握各个知识要点。教师通过基础项目来巩固理论知识，将每个知识点都转化为一个微项目，使学生在相对独立而相互联系的项目中，既能学习新知识，又能复习和巩固旧知识。教师从“点亮一盏LED小灯”的简单实践开始，逐步引导学生认识Arduino的核心功能，再通过“呼吸灯”“数码管”“传感器”及“电机与舵机”等逐步提升难度的微项目，采用理论与实际相结合的教学方法，使学生在动手操作中循序渐进地掌握必要的基础知识。

同时，教师在教学过程中不断激发学生的创造力。例如，在教学“LED灯控制”的知识点时，我们设计了三个层次递进的教学微项目：“点亮一盏LED小灯”“呼吸灯”和“让我设计的灯会‘说话’”。每个项目都围绕核心知识点构建，确保教学内容具有递进性。在最后一个项目中，我们鼓励学生发挥自己的想象力，创造出独具特色的“会说话”的灯，这不仅锻炼了学生的创新思维，也强化了对知识的理解与应用。

如图1，从“呼吸灯”到其他复杂控制，