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当编程“跑”起来：用Arduino寻迹小车点燃小学课堂的创造力

你有没有见过这样的场景？
一群小学生围在一张画着黑线的白纸上，眼睛紧盯着一辆小小的四轮车。它没有遥控器，也不靠人推动，却能自己沿着弯弯曲曲的黑线稳稳前行——左转、右拐、过直角，甚至在脱轨瞬间自动回正。教室里爆发出一阵欢呼：“老师！我们的小车成功了！”

这不是科幻电影，而是越来越多出现在小学信息技术课中的真实画面。而这辆“聪明”的小车，正是由一块叫Arduino的开发板、几个红外传感器和一个电机驱动模块组装而成的——我们常说的“Arduino寻迹小车”。

这不仅仅是一次手工课或科技节展示，它是新时代基础教育转型的一个缩影：从“打字+办公软件”走向“动手+动脑”，从被动接受知识转向主动解决问题。

为什么是Arduino？因为它让每个孩子都能当“工程师”

过去的信息技术课，常常停留在Word排版、PPT制作或者Scratch拖拽积木上。这些当然重要，但孩子们很快就会问：“学这个有什么用？”

而当他们亲手把一堆零件拼成一辆会自己走路的小车时，答案变得无比清晰——我写的代码，真的能让世界动起来。

这其中的核心，就是Arduino Uno R3。这块巴掌大的蓝色电路板，搭载了ATmega328P微控制器，有14个数字引脚、6个模拟输入口，还能通过USB轻松烧录程序。最关键的是：它的编程语言基于C/C++，却又做了极简封装，连小学生也能看懂。

比如这段控制逻辑：

void loop() { int leftSensor = digitalRead(2); int rightSensor = digitalRead(3); if (leftSensor == LOW && rightSensor == LOW) { // 都在线上 → 直行 analogWrite(9, 200); analogWrite(10, 200); } else if (leftSensor == HIGH && rightSensor == LOW) { // 左边偏了 → 右转 analogWrite(9, 100); analogWrite(10, 200); } ... }

你看得懂吗？几乎不用解释：
- “如果左边没检测到黑线，就减慢左轮速度”——这就是最朴素的条件判断；
- “持续循环检查”——对应loop()函数；
- “调速用analogWrite”——其实就是PWM信号控制快慢。

短短十几行代码，就把“感知→决策→执行”的自动化思维完整呈现出来。学生不再只是背语法，而是在解决一个看得见的问题。

小小传感器，藏着大科学：原来光也能“说话”

要让小车知道“我在哪”，就得靠“眼睛”。在寻迹小车上，这双“眼睛”就是红外循迹传感器（常用型号TCRT5000）。

它其实很简单：一边发射红外光，一边接收反射回来的信号。不同颜色对光的反射率不一样：
- 黑线吸光强 → 反射弱 → 接收端认为“没看到东西” → 输出高电平；
- 白纸反光强 → 接收管导通 → 输出低电平。

于是，两个传感器分别装在车底左右两侧，就像人的两只脚踩在线上。只要有一边“悬空”（即脱离黑线），系统就知道该往哪边调整方向。

别小看这个原理，背后涉及的是初中物理才会学到的光反射特性，但现在，五年级的孩子就能通过调节传感器上的电位器来“校准灵敏度”，理解什么叫“环境适应性”。

我曾见过一个小组反复调试半小时只为让小车顺利通过一段阴影区域。最后他们得出结论：“灯太斜了，得换个位置。”——这不就是工程实践中典型的“变量控制”思维吗？

而且这类模块成本极低，单个不到5元，适合全班配备。安装也简单，螺丝一拧或双面胶一贴即可。

但要注意几点实用技巧：
- 安装高度控制在2~5mm之间，太高不灵敏，太低容易蹭地；
- 避免阳光直射或强烈顶灯干扰，最好在均匀照明的室内使用；
- 每换一张纸或场地，都要重新调阈值——没有一劳永逸的设置。

动力从哪来？L298N：给Arduino插上“肌肉”

Arduino虽然聪明，但它“力气太小”——I/O口只能输出几毫安电流，根本带不动电机。这时候就需要一位“大力士”登场：L298N电机驱动模块。

你可以把它想象成一个“信号放大器”：Arduino负责发号施令（比如“前进！”“左转！”），而L298N则真正去拉动电机运转。

它的核心技术是“H桥电路”——四个电子开关组合成桥形结构，通过不同的通断方式，可以让电机正转、反转、刹车或滑行。更重要的是，它支持PWM调速，意味着我们可以精细控制车轮转得多快。

典型接线如下：
| Arduino 引脚 | L298N 控制端 | 功能 |
|-------------|--------------|------|
| 9 | ENA | 左轮速度（PWM） |
| 5, 6 | IN1, IN2 | 左轮方向 |
| 10 | ENB | 右轮速度（PWM） |
| 7, 8 | IN3, IN4 | 右轮方向 |

配合以下函数，就可以实现基本运动抽象：

void forward() { digitalWrite(LEFT_IN1, HIGH); digitalWrite(LEFT_IN2, LOW); analogWrite(LEFT_ENA, 200); digitalWrite(RIGHT_IN3, HIGH); digitalWrite(RIGHT_IN4, LOW); analogWrite(RIGHT_ENB, 200); } void turnRight() { analogWrite(LEFT_ENA, 200); // 左轮快 digitalWrite(RIGHT_IN3, LOW); digitalWrite(RIGHT_IN4, HIGH); // 右轮倒转 analogWrite(RIGHT_ENB, 100); }

这种“封装动作”的方式，不仅让主逻辑更清晰，也在潜移默化中教会学生函数复用与行为抽象的思想——这是编程进阶的关键一步。

此外，L298N还具备过热保护、电源隔离等安全设计，非常适合教学场景使用。

从“不会动”到“跑完全程”：一场属于孩子的工程挑战

在一个完整的项目周期中，孩子们经历的远不止“拼装+下载程序”这么简单。他们面对的是一个真实的系统工程问题。

以某校四年级的一节课为例，教学流程被精心设计为四个阶段：

第一课时：认识我的零件朋友

• 认识Arduino、传感器、电机、电池盒；
• 实验任务：点亮LED、让蜂鸣器响一声；
• 目标：建立安全感，消除对电子元件的畏惧感。

第二课时：谁在“看”路？

• 连接红外传感器，打开串口监视器观察数值变化；
• 动手活动：用手遮挡、换不同颜色纸测试响应；
• 引导思考：“怎么才算‘看到’黑线？”

第三课时：我能控制轮子了！

• 接入L298N，尝试让小车前进、后退、原地旋转；
• 分组竞赛：谁能让小车最准地走直线；
• 初步引入“差速转向”概念。

第四课时：全自动寻迹挑战赛

• 综合连接所有模块；
• 调试传感器位置与代码逻辑；
• 场地挑战：S弯、T型路口、断线恢复……

在这个过程中，失败是常态。有的小车总是一头撞墙，有的刚起步就停机。但正是这些“坑”，成了最好的学习契机。

一组学生发现小车总在急转弯处脱轨。他们讨论后决定：当一侧长时间失线时，加入“缓慢后退+扫描”的策略。虽然最终没完全实现，但他们画出了状态转换图，并提出了“下次加第三个传感器”的改进建议——这已经接近真正的工程迭代了。

它不只是小车，更是一种新的学习方式

回到最初的问题：为什么要在小学开Arduino课程？

因为今天的教育不能再满足于培养“操作员”，而要孕育未来的“创造者”。

arduino寻迹小车之所以适合小学课堂，就在于它实现了多重融合：

✅跨学科整合
- 数学：速度比、时间延迟计算；
- 科学：光反射、电路通路；
- 工程：结构稳定性、布线合理性；
- 艺术：外观美化、路径图案设计。

✅真实问题驱动
不再是虚拟任务，而是“让小车不脱轨”这样一个具体目标，激发内在动机。

✅鼓励试错与协作
没有标准答案，只有不断调试。团队分工中自然形成沟通与责任分配。

✅成果可视化强
成败立现，成就感直接拉满。很多孩子课后追着老师问：“能不能带回家继续改？”

向未来延伸：从寻迹到探索更多可能

一旦掌握了基础，拓展空间几乎是无限的。

我们见过的学生项目包括：
- 加OLED屏显示当前状态（如“正在左转”）；
- 脱轨时触发蜂鸣报警；
- 用蓝牙模块连接手机APP遥控；
- 结合超声波实现“寻迹+避障”双模式切换；
- 甚至有学生尝试用摄像头做图像识别路线（进阶玩法）。

随着国产图形化平台如Mind+、mBlock的发展，即使不会写代码的孩子也能通过积木块完成复杂逻辑。这意味着，arduino寻迹小车的教学门槛正在不断降低，有望成为更多地区信息课的常规内容。

更重要的是，它传递了一种信念：技术不是遥不可及的魔法，而是每个人都可以理解和创造的东西。

如果你是一位信息技术教师，不妨试试把这个项目带进你的课堂。准备材料并不昂贵，一套完整组件人均约50元以内；教学资源网上丰富；最难的部分或许只是迈出第一步。

但当你看到孩子们因为小车顺利跑完一圈而击掌庆祝时，你会明白：
教育最美的时刻，不是他们学会了什么，而是他们相信自己可以改变点什么。

如果你也正在实践类似项目，欢迎在评论区分享你的经验与挑战！我们一起让更多的孩子，在动手中学，在创造中成长。