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为啥要玩儿编程

       2017年,国务院发布《新一代人工智能发展规划》,明确指出在中小学阶段设置人工智能相关课程,逐步推广编程教育。美国青少年编程渗透率为44.26%，英国接近10%，而中国仅有0.98%。在当今信息数字化社会中，无处不在的人工智能将成为改变人类未来生活方式的重要因素之一。教育心理学认为，孩子在7岁左右形成抽象逻辑思维，整个7-12岁是抽象逻辑思维的最佳形成期。

       未来世界是由人工智能实现的，而人工智能程序则是由一行行编程代码编写实现的，同学们从小学习编程，不仅能掌握这项不会被“淘汰”的技能，更可以通过编程，让同学们的想象变为现实，甚至可以用编程改变世界。编程很好的锻炼了同学们的逻辑思维能力，让表达变得严谨缜密，然后通过动手实践把抽象思维具象化地表现出来。编程有助于同学们解决复杂问题，将一个棘手的问题拆解成小问题，分别单独审视、思考和搜索解决方案，进而聚焦重要节点形成解决思路，最后设计执行。

学习编程可以全方位锻炼如下能力：

1.强化逻辑思考能力。把大问题不断分割成小问题，合理安排程序之间的关系，养成一定的逻辑思考能力；

2.培养学生的专注度。在学生成长过程中会出现很多犯错的时候，在编程过程中能让改错成为习惯，以减少和杜绝错误的再次发生，有效的改正学生马虎行事的习惯；

3.帮助学生增强信息整理和整合能力。通过对问题的思考和理解，将编程指令排列组合，最终得到一个有头有尾，顺畅连贯的程序。让学生形成解决问题的良好思路

4.提高国际性沟通和竞争力。编程技术极大的影响了未来世界科技的竞争力，学生们通过学习编程不仅了解到外国的技术和产品，而且打开视野多参加国际性比赛与国外选手交流学习

5.学会团队合作与共同学习。一个完整产品的产出，需要团队之间的配合。让学生学到如何用团队的力量解决问题。

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认识Arduino

        Arduino是一个非常好的开源平台，它包括了硬件（Arduino板）和软件（Arduino IDE）两部分。软件部分就是通过IDE编程界面，以C语言为主要开发语言，将程序写入IDE，然后通过USB连接电脑，代码上传到硬件Arduino板上的处理器，通过各种各样的传感器感知环境，来实现大家的开发项目。

       有趣的是，Arduino并不像大多数软件诞生于IT公司，它浪漫的以一家名为di Re Arduino的酒吧，这间酒吧是以1000年前意大利的一位国王Arduin的名字命名。

Arduino的优点有很多：

第一，开源。在Arduino官网上可以找到非常多项目的源代码、电路板的原理图等，有了这些别人已经做出来的项目，对热爱和学习Arduino的入门者都是非常好的学习材料。

第二，语言简单，开发环境清爽。Arduino语言是建立在C/C++基础上的，但它把很多代码都打包封装，将其函数化，需要某个函数只需调用即可；

第三，跨平台。Arduino IDE在苹果IOS、Win和Linux三大操作系统上都可以流畅运行。

第四，发展迅速。Arduino的简单开发注重体验者和学习者的创意和实现，缩短了项目实现的周期，尤其对于小中学生，是一个非常简单便捷的入门编程平台。

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Arduino套件中的元件小可爱

在后续的课程中我们第一要了解Arduino板上各固件的名称和作用，为后续硬件的正确搭建和程序的安装运行提供了保障。第二是Arduino IDE平台上的按钮功能，它为程序和最终实现提供了桥梁。第三就是在该平台上进行花式编程。

那本节课我们先来看看老师准备的Arduino套装中都有哪些固件呢？

套盒：

公司名称：北京青驼科技有限公司

器材名称：Arduino智能硬件创新课程学习套件

产品型号：ZJQT18001

中国电子学会机器人等级考试三四级套装件推荐编号：CIERTER-201835

该套件里包括几乎所有常见常考的传感器，还有机器小车的所有配件，不仅如此，所有传感器都防过载，即使同学们电路连接过程中出现错误（尤其是危险的短路），该传感器不会坏掉，只是不工作，这就需要同学们找出错误进而再次尝试。（购买套盒请下拉至文章底部）

下面我们逐个了解模块的作用：

按键、4按键模块：通过按压按键，导通电路产生模拟信号值。不同按键按压后信号值不同，由此可判断哪个按键被按下。常用于发出起始/终止命令。

超声波模块、超声波转接模块：用来测量距离的一种产品，通过发送和就接收超声波，利用时间差和声音传播速度，计算出模块到前方障碍物的距离。可以装载在汽车上作为行驶辅助、超声波测距等。

红外接收模块：利用近红外光进行数据传输，红外遥控收发器件波长一般为0.8um~0.94um，一般有发射和接收两部分组成，发射元件为红外发射管，接收一般采用一体化红外接收头，但发射载波频率与接收头固定频率需一致才能正确接收。可以做遥控器、红外测距等。

1位、4位数码管模块：连接数码管显示屏后即可显示相应数字。可以做时间显示或小数点显示。

万用表模块：测量电压、电流后，将信号值转换为模拟信号传入nano主控板。帮助同学们更好的掌握电流电压电阻之间的计算关系。

温度感应模块：通过热敏电阻感受当前温度并将实际温度值转换成电信号传入nano主控板中，比如可以做高温断电、高温异常救火等。

光敏传感器：通过光敏电阻感受当前光线亮度并将值转换成电信号，比如可以做自动开关灯装置、护眼灯等等。

角度传感器，也叫旋转编码器，在中间转轴上装有光栅，轴旋转就会切割光栅，继而形成波浪形或者二进制的脉冲。可以用来行走测距，控制机器人机械手臂等。

蜂鸣器一般分为有源和无源两种，“源”在这里并不是指“电源”，而是蜂鸣器内部是否有震源，如果有，只要通直流电就会报警，如果没有就需要输入一定频率的方波来驱动。

压力传感器：压敏电阻感受压力信号继而转化为电信号。可以做体重秤，潜水压力表等等。

模拟声音模块：声敏电阻感受到声波震荡，通过驻极体薄膜震动变为电容变化，进而体现为电压的变动。可以做声控开关，分贝检测仪等。

LED灯和RGB LED模块：也叫发光二极管，可将电能转换成光的一种半导体固件，它的神奇之处在于内部晶片的P-N结，p型半导体里主要是空穴，N型半导体里主要是电子，当只有接对了正负极，才能让电子流向空穴，从而导通电路，如果正负极接反，LED灯不会点亮。至于LED灯发出什么颜色的光，则是由构成P-N结的材料决定的，比如最早的GaAsP发红光，引入In和N就分别发绿光和黄光。因此LED广泛用于红绿灯，电视屏显，霓虹灯等处。

土壤湿度模块：土壤湿度传感器探头悬空时，电路是断开的，三极管截止输出为0；当插入土壤中时由于土壤中水分含量不同，土壤的电阻值就不同，三极管的基极就提供了大小变化的导通电流，三极管集电极到发射极的导通电流受到基极控制，经过发射极的下拉电阻后转换成电压。

在这里有一个非常重要的，也是Arduino最核心的元件叫nano主控板。其实Arduino主控板有许多型号，比如UNO、promini、micro等，区别主要是微处理器不同，各自优缺点不同，nano板相比下没有什么明显的缺点。拓展板用途非常大，它具有和nano板一样的引脚位置，实现特定的功能拓展，并在一定程度上简化电路搭建。这个我们放在下一讲详细讲解。

做机器小车的可充电电池、充电器和轮胎

左边这块蓝色的板子上有很多孔，上面用螺丝分别固定拓展板、nano主控板、面包板、1602液晶显示屏。其它是一些辅助工具。

杜邦线，分为公母头、公公头、母母头三种。公头就是带尖端的一头，母头就是黑色塑料皮的一头。这些线就是后面我们要学习的电路连接的重要元件。

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