孔令艷

一、前言

在實施中職科技教育實踐活動的教學(xué)實踐中，通常學(xué)生學(xué)習(xí)制作機器人的積極性開始非常高，但隨著常規(guī)教學(xué)的進行，不少學(xué)生失去了學(xué)習(xí)的興趣。因為機器人制作涉及的知識與技能體系包括電子技術(shù)理論知識、創(chuàng)意電路的搭建、電腦軟件編程、外形創(chuàng)意設(shè)計及動手能力，每一個環(huán)節(jié)都涉及不同的知識和技能，參加機器人學(xué)習(xí)的學(xué)生如果沒有具備這些綜合的基礎(chǔ)知識，學(xué)習(xí)起來非常困難，無所適從。而且學(xué)習(xí)的課時少，一周一次課，學(xué)生無法全面掌握制作過程。這就造成學(xué)生雖感興趣，卻無法完成實踐制作的問題。因此，必須在教學(xué)方法上有所創(chuàng)新，我們的教學(xué)不但要使學(xué)生學(xué)習(xí)專業(yè)技能知識，還要使學(xué)生具有自主學(xué)習(xí)的能力和終身學(xué)習(xí)的觀念。于是，我們嘗試從一艘智能龍舟機器人制作的流程出發(fā)，運用項目教學(xué)方法，指導(dǎo)學(xué)生學(xué)會并掌握智能龍舟機器人的設(shè)計制作，收到較好的教學(xué)效果。

二、項目教學(xué)法在中職科技教育實踐活動教學(xué)中的應(yīng)用

項目教學(xué)法是一種以教師為主導(dǎo)、學(xué)生為主體的師生共同完成一個完整項目而進行的教學(xué)活動。項目教學(xué)法的實施是通過“完成項目任務(wù)”的形式進行教學(xué)，是在教師的指導(dǎo)下，學(xué)生通過相對獨立地收集信息、學(xué)習(xí)知識、設(shè)計方案、演練、實施方案以及項目評價等環(huán)節(jié)完成項目，達到學(xué)習(xí)知識、應(yīng)用知識的目的，從而實現(xiàn)教學(xué)目的。項目教學(xué)法適宜應(yīng)用在跨專業(yè)教學(xué)活動和多學(xué)科實踐教學(xué)領(lǐng)域，所設(shè)計的項目往往包含多學(xué)科的知識。筆者在實施中職科技教育實踐活動教學(xué)中應(yīng)用項目教學(xué)法，以廣東民俗“賽龍舟”為主題設(shè)計一款智能機器人龍舟，把智能龍舟機器人制作流程分為以下幾個項目開展教學(xué)活動：外形創(chuàng)意設(shè)計項目、結(jié)構(gòu)設(shè)計項目、電路設(shè)計項目和程序設(shè)計項目。

（一）智能龍舟機器人制作課堂教學(xué)過程

從龍舟機器人制作的流程來看，適宜采用項目教學(xué)方法。每一步流程作為一個項目，將完整的機器人制作進行分解，以項目為引導(dǎo)分別學(xué)習(xí)每個項目的具體技能和相關(guān)知識。每個學(xué)生不一定對每一個項目都要精通，但是一定要掌握每個項目基本的制作方法，明白各項目之間的聯(lián)系，然后再著重向一個方向發(fā)展。在完成各個項目的學(xué)習(xí)后再將項目全面整合，最后學(xué)生完成機器人的制作。按照這種思路我們設(shè)計了下面的教學(xué)過程。

1.項目一：外形創(chuàng)意設(shè)計

實施這個項目， 學(xué)生可以采用傳統(tǒng)的繪畫、描圖的方式，也可以用電腦軟件設(shè)計（三視圖、草圖、圖示等），更可以按照他們的奇思妙想設(shè)計心目中的作品。龍舟機器人的外形沒有固定的樣式，需要制作者發(fā)揮自己的想象與創(chuàng)意。同時，制作者需從中尋找出合適的方案，從而創(chuàng)作出性能優(yōu)良的龍舟機器人。在實施教學(xué)的過程中，學(xué)生嘗試過很多形式，曾經(jīng)試過將機器人做成立體式的，進行雕刻或3D打印等，因成本等原因，效果并不理想，最后這個機器人的外形結(jié)構(gòu)由學(xué)生手繪做成。整個機器人由一個內(nèi)部電路連接的主體和kt板塔建的龍形外形構(gòu)成。圖1、圖2是我校學(xué)生制作的兩艘龍舟機器人。

2.項目二：結(jié)構(gòu)設(shè)計

由于龍舟機器人在水面上運作，龍舟船體的平衡、傳動結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固、前進方向的穩(wěn)定、馬達動力的大小、減少接合處的摩擦力、船槳的形式和吃水的深度、電路接線等因素都需要制作者考慮，因此，結(jié)構(gòu)設(shè)計的每一步都要求學(xué)生做到細(xì)致無誤。在制作中指導(dǎo)學(xué)生運用自己所學(xué)的知識去解決問題，在知識的獲得中促進發(fā)展，在發(fā)展過程中落實知識的教學(xué)。在教學(xué)實踐中，筆者從以下兩個方面來落實知識的教學(xué)。

（1）船體

這個結(jié)構(gòu)是整個機器人的核心部分，能讓龍舟遇障礙物停止，并沿彎道行使。中心是一塊arduino驅(qū)動板，連接了馬達、電池盒、傳感器、觸碰開關(guān)、Led等電子元件。

（2）劃槳設(shè)計

劃槳的種類很多，根據(jù)船的吃水深度選擇安裝位置，并且可安裝在兩側(cè)和船的尾部。

3.項目三：電路設(shè)計

學(xué)生通過技術(shù)設(shè)計與探究進行真實學(xué)習(xí)和實踐感受，將他們制作的作品和設(shè)計在這里進行試驗，找出合理、最佳的設(shè)計。試驗器材主要由控制板、紅外傳感器、馬達、面包板、導(dǎo)線、開關(guān)、船體、木板等材料構(gòu)成，控制板是其智能的核心，利用傳感器的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)智能轉(zhuǎn)彎、智能避障，龍舟可以運行在非直線型航道上。以下是指導(dǎo)學(xué)生完成電路設(shè)計的教學(xué)實踐過程。

（1）傳感器子電路

為了使龍舟運行在非直線行道上，安裝了兩個觸動傳感器（檢測障礙物和沿彎道行駛）。電路原理圖如圖3所示。

電路接好后，可以對傳感器進行測試，指導(dǎo)學(xué)生完成以下代碼后，在串口監(jiān)測窗查看結(jié)果。

void setup（）

{

Serial.begin（9600）;

}

void loop（）

{

Serial.println（analogRead（5），DEC）;

delay（500）;

}

測試的時候，可以用小木板作為障礙物，逐漸靠近或遠(yuǎn)離傳感器，同時從監(jiān)測窗口中查看數(shù)據(jù)變化情況，并記錄距離障礙物約1cm時的大概數(shù)值。測試時應(yīng)注意避免強烈陽光照射的環(huán)境，同時調(diào)整發(fā)送與接收兩個傳感器的角度。

（2）馬達子電路

指導(dǎo)學(xué)生完成電路創(chuàng)意搭建：圖4，D7～D10連接左右馬達，電路搭建好后，運用程序逐級控制馬達的轉(zhuǎn)動速度。在程序設(shè)計中通過analogWrite（D，Num）函數(shù)實現(xiàn)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，Num的取值：0～255，0為停止，255為全速。控制船體轉(zhuǎn)彎或避障的方法各異，比較常見的方法是：每個馬達單獨驅(qū)動一側(cè)船槳，利用傳感器回傳的數(shù)據(jù)，編程序控制兩側(cè)船槳的轉(zhuǎn)速，從而實現(xiàn)龍舟轉(zhuǎn)向，實現(xiàn)非直線航道上運行。

4.項目四：程序設(shè)計

這個項目可讓學(xué)生學(xué)習(xí)機器人編程技術(shù)，在學(xué)習(xí)過程中，利用項目的構(gòu)思和呈現(xiàn)的方案，整合項目一、二、三中的創(chuàng)意設(shè)計方案，指導(dǎo)學(xué)生完成圖5的代碼后，用電腦軟件下載到機器人控制板中，這樣一艘智能龍舟機器人就完成了。將創(chuàng)意設(shè)計成為作品，學(xué)生可體驗學(xué)習(xí)技術(shù)的過程和成功的快樂。

（二）課下的小組協(xié)作學(xué)習(xí)和網(wǎng)絡(luò)微課學(xué)習(xí)

為解決課時少的問題，我們成立了課下的協(xié)作學(xué)習(xí)小組。在小組負(fù)責(zé)人的組織下，依據(jù)項目實施方案，對小組成員按照各自的學(xué)習(xí)目標(biāo)進行合理分工。動手能力強、想象力豐富的學(xué)生負(fù)責(zé)創(chuàng)意外型的制作項目;心靈手巧、做事比較細(xì)心、有耐心并且喜歡發(fā)明創(chuàng)新研究的學(xué)生負(fù)責(zé)機器人結(jié)構(gòu)設(shè)計項目;邏輯思維能力強、英語或數(shù)學(xué)好的學(xué)生負(fù)責(zé)程序設(shè)計項目;有一點電子技術(shù)基礎(chǔ)、愛好搭建電路的學(xué)生負(fù)責(zé)機器人創(chuàng)意電路的搭建即電路設(shè)計項目。這種按項目進行明確的責(zé)任分工，同時要求各項目之間進行互助的學(xué)習(xí)方式需要小組成員自己組織，一是突出學(xué)生為主體的意識，調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性;二是強調(diào)群體共學(xué)的意識，包括師生合作、生生合作，在合作中發(fā)展學(xué)生的才華個性，形成協(xié)作、交際、聯(lián)絡(luò)、組織的能力，使學(xué)生在學(xué)習(xí)中學(xué)會合作，促進他們共同學(xué)習(xí)，共同達成教學(xué)目標(biāo)。在完成項目時，組內(nèi)成員保持密切聯(lián)系，互相學(xué)習(xí)、溝通、交流，以更好地推進每個項目以及整個項目的完成。在課下制作的過程中會遇到各種各樣的問題，學(xué)生可通過校園網(wǎng)下載教師制作好的微課反復(fù)觀看來解決學(xué)習(xí)中的問題，對于學(xué)生解決不了的問題，教師要及時給予指導(dǎo)。

（三）總結(jié)與評價

制作流程分為4個項目：外形創(chuàng)意設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計、電路設(shè)計、程序設(shè)計。在完成項目的過程中小組進行階段性匯報，要求其他小組給予評價，對學(xué)習(xí)效果進行自評、組評、師評。他人積極的評價可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，使學(xué)生獲得成就感，有利于學(xué)生的后續(xù)學(xué)習(xí)。同時也能提升學(xué)生關(guān)于制作龍舟機器人的評價能力，激勵學(xué)生發(fā)揮創(chuàng)新精神，創(chuàng)造有特色的作品，以達到共享成果、共同提高的目的。每個項目完成后進行總結(jié)，總結(jié)的內(nèi)容包括：制作的方法，設(shè)計意圖，進度情況，性能，在制作過程中遇到的問題、困難及解決的辦法，收獲與感受等多個方面。通過總結(jié)完成項目的過程與方法，討論技能的應(yīng)用，促使學(xué)生進行反思，把所學(xué)會的知識與技能內(nèi)化，以促進學(xué)生的進一步發(fā)展。

（四）展示與鞏固提高

龍舟機器人制作完成后，進行學(xué)生的作品展示。以鼓勵為主，以發(fā)展為方向，主要是讓學(xué)生對他們的作品作出點評，增強學(xué)生學(xué)習(xí)機器人的自信心，保持學(xué)生學(xué)習(xí)的持久興趣。鼓勵學(xué)生參加廣東省創(chuàng)意機器人比賽，這樣可以讓學(xué)生將學(xué)習(xí)到知識與技能進一步的鞏固和提高。

三、項目教學(xué)法在中職科技教育實踐活動教學(xué)中的實施效果

經(jīng)過幾年的學(xué)習(xí)與探究，學(xué)校代表隊參加廣東省創(chuàng)意機器人大賽，根據(jù)每年大賽的創(chuàng)意要求，參加基礎(chǔ)組和編程組項目連續(xù)三年獲得一等獎、二等獎，其中第一屆龍舟機器人項目取得第一名的好成績，筆者獲指導(dǎo)教師優(yōu)秀園丁獎，學(xué)校獲得大賽優(yōu)秀組織獎，本項目獲廣州市教育局科技教育項目評價優(yōu)秀。用項目教學(xué)法實施該項目，學(xué)生的興趣得到激發(fā)、學(xué)習(xí)興趣高漲、創(chuàng)新思維活躍、科學(xué)探究能力得到提高、綜合素質(zhì)提升，受到了廣大學(xué)生的歡迎。

四、結(jié)束語

項目教學(xué)法在中職科技教育實踐活動教學(xué)中的應(yīng)用，對活躍課堂、增加學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性、提高學(xué)生的創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì)具有重要的指導(dǎo)意義。目前，機器人制作的課程教學(xué)還處于初級階段，項目內(nèi)容的深度設(shè)計、學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和小組合作能力等方面還需進一步改進和完善。

責(zé)任編輯 陳春陽