当前有关机器人教育的研究,主要关注机器人本体知识的学习,例如机器人编程、机器人搭建或机电一体化等。随着STEM跨学科教育理念的兴起,人们也开始探索机器人在其他学科中的应用。以物理学科为例,研究和实践表明可以利用机器人作为实验手段来探究物理概念和规律,但是,相对传统的物理实验方式,基于机器人的物理实验教学效果是否有其特定优势,目前尚缺少相关研究。为此,本研究采用准实验研究法开展了轮组实验,研究对象为南京市第十三中学选修机器人课程的36名高一学生,这36名学生被随机分成2个班:A班和B班,每班均为18人。研究过程中使用Arduino开源软硬件作为教学器材。实验开始前对全体学生的机器人学习基础和物理知识基础进行了测试,以确认两者具有相同的起点水平;然后开展了两轮实验,在第一轮实验中,A班采用传统物理实验方式开展实验,B班采用基于Arduino的物理实验方式开展实验,第二轮则反过来;每一轮实验结束后都进行了后测,以收集学生在物理成绩、学习态度、学习沉浸性和认知负荷四个方面的数据。通过实验数据分析,本研究得出三个结论:(1)实验顺序与实验方式不会对学生的物理成绩、学习态度以及学习沉浸度产生显著影响,但对学生的认知负荷产生了显著影响,即先做基于Arduino的物理实验再做传统物理实验的学生的认知负荷明显高于先做传统物理实验再做基于Arduino的物理实验的学生,这可能是因为学生对传统物理实验的器材更为熟悉,而Arduino机器人对于学生来说较为陌生,由熟悉过渡到陌生,相较于从陌生到熟悉,学生的认知负荷会相应地低一些;(2)学生性别与实验方式不会对学生的物理成绩、学习态度、学习沉浸度以及认知负荷产生显著影响;(3)实验方式不会对学生的物理成绩、学习态度、学习沉浸度以及认知负荷产生显著影响。从研究结论得知,与传统物理实验的器材相比,Arduino开源软硬件在物理实验中的表现并不突出。虽然基于Arduino的物理实验的教学效果并没有明显优于传统物理实验,但达到了与传统物理实验相当的教学效果。相比传统物理实验,基于Arduino的物理实验对学生来说更陌生,需要比较长的适应时间,增加实验周期可能会进一步提升基于Arduino的物理实验的优势。此外,本实验所采用的物理实验任务的难度相对较低,也可能影响了实验效果。因此,有必要在后续研究中做进一步探索。