摘 要：“項目導入+任務驅動”教學方法以學生的自主探索為基礎，進而主動學習掌握新知識，極大調動了學生的積極性，培養(yǎng)了學生的創(chuàng)新能力?；谘ūP苗移栽機器人項目的實踐教學，主要通過教師的先行引導，讓學生對教學目標有一個初步的理解，激發(fā)學生學習的原動力，進而激發(fā)其共同研究探索項目的積極性。通過項目化學習，不僅培養(yǎng)了學生分析問題和解決問題的能力，而且提高了學生的創(chuàng)新能力和職業(yè)素養(yǎng)。

關鍵詞：項目導入；任務驅動；自主探究；移栽機器人

中圖分類號：TP242；TP391.41 文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2018）09-0185-03

Abstract：The teaching method of“project introduction + task driven”is based on students’ independent exploration，thus actively learning and mastering new knowledge，greatly arousing students’ enthusiasm and cultivating students’ innovative ability. The practical teaching based on the plug seedling transplanting robot project is mainly guided by the teachers so that the students can have a preliminary understanding of the teaching objectives and stimulate the motive force of the students’ learning，and then stimulate the enthusiasm of their joint research and exploration projects. Through project-based learning，students’ ability to analyze and solve problems is not only cultivated，but also their innovative ability and professional quality are improved.

Keywords：project introduction；task driven；self exploration；transplanting robot

0 引 言

以穴盤苗移栽機器人項目作為學習新知識的導引，并將其分解成一個個具體包含新知識點的任務，讓學生通過自己的努力思考解決各項任務，充分調動學生探究知識的積極性和主動性。從方案討論、零部件的選擇、資料查找、數(shù)據(jù)處理、原理分析和問題判斷到項目制作完成等一系列過程，都需要學生自主學習創(chuàng)新。通過項目學習，學生除掌握綜合專業(yè)知識、提高操作能力外，更重要的是鍛煉了自己在實踐中進行知識探索的能力和創(chuàng)新能力。

1 項目導入

教育家陶行知所倡導的“在學中做，在做中學”的教育理論，即：項目導入。將新項目貫穿于機器人實踐教學過程中，通過項目進行新知識的引入，激發(fā)學生學習的原動力；讓學生在實際操作中完成項目中相關參數(shù)的選擇和計算，鞏固所學理論知識，做到融會貫通；最終通過項目的成功制作，使學生獲得成功的體驗，真正達到全面提高學生綜合職業(yè)素質的目的。

目前，我國穴盤育苗栽培的面積越來越廣，在育苗過后，移栽又是一個極其困難的問題，不但消耗大量的空間和財力，還因為勞動強度大而使得移栽者無法長時間工作，同時移栽的技術也需要一定保障，對移栽者也提出了更高的要求。設計一款自動移苗機器人可代替人工實現(xiàn)這些重復單調的工作。國外移栽機械研究起步較早，已設計出多種適合穴盤育苗的全自動移栽機，用于茄子、辣椒、油菜、甜菜等蔬菜穴盤育苗的移栽。國內也出現(xiàn)了一些關于自動取苗、送苗、栽苗機構的研究。教師在進行教學時要先進行引導，讓學生對教學目標有一個初步的理解，進而來一起研究項目設置的合理性和科學性，激發(fā)學生的創(chuàng)新能動性[1]。

2 任務驅動

學生在教師的指導下，通過小組合作對項目進行系統(tǒng)的討論分析，分解任務，制定出相應的解決方案，這些方案可用作考察學生的重要依據(jù)之一。不同學生接受知識的能力往往會有很大的差異，教師要從學生實際出發(fā)，充分考慮學生現(xiàn)有的知識、認知能力、興趣等特點，做到讓每個學生的能力得到充分發(fā)揮。教師可以適當干預，有意識地讓學生輪崗，針對項目中拆解的任務進行分工、制定實施步驟和要求，確保每個學生在項目中都能完成任務。將穴盤苗移栽機器人項目拆解為：（1）通過滑軌與同步帶的運動帶動移苗裝置，電機輸送組件將要移栽的穴盤平穩(wěn)地送到指定位置；（2）兩紅外避障對花盆進行檢測，確定電機的移動；（3）通過繼電器控制打孔器和抓取裝置的工作，從而達到自動插苗的目的；（4）通過電機帶動同步帶來實現(xiàn)由抓取裝置和打孔器組成的夾持組件的精確移動；（5）利用氣壓產(chǎn)生動力，利用電磁閥和繼電器控制對花盆進行打孔與插苗[2]。項目小組針對不同的學生完成不同的任務，這樣不同程度的學生都有了符合自己特征的學習任務，符合分層次教學的需要，制作過程中學生自主探究，小組協(xié)作交流、取長補短，既完成任務又鞏固了知識，極大地調動了他們學習的積極性，同時也培養(yǎng)了學生的創(chuàng)新能力。

3 小組分工協(xié)作完成任務

根據(jù)具體任務，由小組成員協(xié)商制定一套切實可行且有理論依據(jù)的制作方案，明確目標以及每個人的分工。穴盤苗移栽機器人的設計由機械設計和軟件控制兩部分構成，在制作過程中小組成員之間必須相互配合，共同協(xié)作。學生為完成任務不斷努力，提高了學生的能動性，學生自主學習意識增強，不斷整合自己的知識體系并綜合運用，進而完成各項任務，完成整個項目。機械設計部分的難點在于選擇機器人在該環(huán)境下的運行方式以及機械手的抓取設計，各組根據(jù)討論分析情況，將穴盤苗移栽機器人項目分解成如下任務。

3.1 運行結構的選擇

方案一：輪式結構

優(yōu)點：效率高、易于控制、走行準確；

缺點：在棚頂不易精確定位，通過能力差。

方案二：滑軌式

優(yōu)點：可以精確定位，清除效果好；

缺點：成本高，不易拆卸。

對比上述方案，確定選擇采用滑軌式+輪式的組合機構：縱向滑軌，使得機器人可以沿著兩個方向移動并且穩(wěn)定而精確。橫向的輪式運行機構，承重能力強，易于控制。同時采用滑軌+同步帶的設計，由滑軌確定運行路徑，同步帶和電機共同協(xié)作實現(xiàn)移苗機構的精確定位，并且確保整套系統(tǒng)運轉平穩(wěn)。

3.2 移苗結構設計方案

機械部分由底盤組件、輸送組件和夾持組件構成。底盤組件是由步進電機、電機座、H型槽輪組成，由前面的槽輪固定在軌道上，配合后面的驅動輪為整個機器人提供動力，使機器人移動靈活的同時更具有穩(wěn)定性[3]。輸送組件是由光桿、聯(lián)軸器、步進電機、同步帶、軸承座、滾軸、鋁桿組成，輸送組件傳送帶上方設有可進行水平和豎直移動的移栽定位機構和穴盤定位機構，作用是同步帶加電機控制與底盤機構連接，將要移栽的穴盤平穩(wěn)地送到指定位置，其設計使用同步帶加電機，控制精確，運動平穩(wěn)。驅動抓取裝置的上下左右運行，實現(xiàn)位置精準調節(jié)的功能。夾持組件是由步進電機、導軌、氣缸、打孔器、抓取器、同步帶、軸承座、同步帶輪組成，利用氣壓產(chǎn)生動力，利用電磁閥和繼電器進行控制，紅外避障放置于輸送組件機構一側，檢測花盆后，同步帶帶動兩個組件運動，流暢準確。光電傳感器模塊主要用于檢測花盆，以便控制電機運動進行打孔插苗等工作。

3.3 控制系統(tǒng)設計方案

穴盤苗移栽機器人的控制部分采用基于STM32芯片的嵌入式控制系統(tǒng)，它通過安裝在機器人周圍的各種傳感器對收集來的信號進行綜合處理，然后給相應地電機、執(zhí)行器發(fā)送指令，從而完成各種各樣的操作，如圖1所示。最小系統(tǒng)板采用STM32F103ZET6作為核心控制單元用于車的控制系統(tǒng)。使用編碼器作為速度傳感器編碼器返回的信號可以形成閉環(huán)，使用PID控制電機轉速。

4 成果展示與評價

在各小組完成任務后，將這些項目進行匯總，展示給大家。要求學生對所學的知識進行相應的回憶和總結，運用現(xiàn)代教學工具來和所有同學分享相關的經(jīng)驗和成果。運用教師的評價系統(tǒng)，根據(jù)各種不同的評價方式來進行綜合評價，在教師幫助學生解決疑難問題的時候，教師也可以采取互動的方式來對學生的經(jīng)驗做出相應的評價，在此基礎上分享各個分組在解決問題中所遇到的問題和具體操作過程等。

通過現(xiàn)實項目的提供，充分調動了學生的主觀能動性，學生能夠積極主動地通過各種方式獲取知識來完成任務。在項目完成過程中，學生針對項目當中所遇到的難點進行集體分析、相互討論、共同解決，能夠較好地提升學生的綜合能力和團隊意識。教師在整個過程中為學生學習把握方向，成為項目的掌舵人。學生通過自主學習，增強了自信心和求知欲，知識廣度和深度得到進一步的擴展，同時也能培養(yǎng)和鍛煉自己的邏輯思維及創(chuàng)造性思維。擯棄傳統(tǒng)的老師課堂“滿堂灌”的方式，通過分工協(xié)作方式，讓學生充分發(fā)揮各自的能力，從中獲得的知識經(jīng)驗會使他們受益匪淺。通過思考解決問題、完成項目，學生的自學能力得到較大的提高，了解到面對問題首先要進行分析、討論、搜集，從而培養(yǎng)了學生自學的意識，使他們能夠在遇到問題時自覺地對問題進行分析并通過合作的方式來解決。

參考文獻：

[1] 齊飛，魏曉明，張躍峰.中國設施園藝裝備技術發(fā)展現(xiàn)狀與未來研究方向 [J].農(nóng)業(yè)工程學報，2017，33（24）：1-9.

[2] 王永維，何焯亮，王俊，等.旱地蔬菜缽苗自動移栽機栽植性能試驗 [J].農(nóng)業(yè)工程學報，2018，34（3）：19-25.

[3] 吳俊，湯慶，袁文勝，等.油菜毯狀苗移栽機開溝鎮(zhèn)壓部件設計與參數(shù)優(yōu)化 [J].農(nóng)業(yè)工程學報，2016，32（21）：46-53.

作者簡介：馬麗麗（1981.10-），女，漢族，山東壽光人，畢業(yè)于曲阜師范大學，高校講師，本科。研究方向：計算機應用、數(shù)據(jù)處理。