溫劍芳

【摘要】“科學(xué)技術(shù)是第一生產(chǎn)力，創(chuàng)新是引領(lǐng)發(fā)展的第一動(dòng)力。”學(xué)生的科技創(chuàng)新能力培養(yǎng)也是中職教育的重要內(nèi)容。我校在STEM教育理念下創(chuàng)辦的機(jī)器人科技社團(tuán)活動(dòng)創(chuàng)意無限，成果顯著。近期組織的以防疫為主題的機(jī)器人設(shè)計(jì)，作品成果突出。本次分析的機(jī)器人教育案例是以醫(yī)務(wù)診室為承載，具有智能預(yù)約、自動(dòng)消毒、消毒禁入、闖入保護(hù)等功能?？刂葡到y(tǒng)采用現(xiàn)今創(chuàng)客常用的掌控板為主控板，配以各種電子模塊組成。本文以防疫為主題開展機(jī)器人創(chuàng)意制作案例分析。

【關(guān)鍵詞】STEM教育理念;防疫主題;機(jī)器人

一、機(jī)器人作品選題的目的與意義

本次機(jī)器人創(chuàng)作以2020年新冠肺炎疫情，特別是在武漢那場沒有銷煙的戰(zhàn)爭中，全國人民眾志成城，在艱難困苦中與病毒作斗爭的防疫為主題，融入思政教育，啟發(fā)學(xué)生的創(chuàng)作靈感。

學(xué)生被視頻中的情景深深感動(dòng)。能為他們做些什么呢？經(jīng)過學(xué)生一番的討論探究，他們初定創(chuàng)作了名為“智能消毒診室”的作品，期盼將來能為醫(yī)護(hù)人員減輕一點(diǎn)工作的勞累，達(dá)到科技創(chuàng)新的目的。

二、機(jī)器人作品創(chuàng)作過程

（一）團(tuán)隊(duì)組建、協(xié)同工作

本機(jī)器人創(chuàng)新作品的創(chuàng)作需要系統(tǒng)性規(guī)劃，需要學(xué)生團(tuán)隊(duì)合作、共同探究完成。在這項(xiàng)作品的創(chuàng)作中，筆者要求學(xué)生以3人為一個(gè)團(tuán)隊(duì)。組員共同探討確定技術(shù)方案，并根據(jù)自身的優(yōu)勢分工，共同攻關(guān)技術(shù)難點(diǎn)。

（二）調(diào)查研究

為對現(xiàn)有診室的消毒方式有所了解，學(xué)生對市內(nèi)各大醫(yī)院進(jìn)行調(diào)查研究。醫(yī)院的診室消毒大概有兩種。第一種，傳統(tǒng)沒更新的醫(yī)院診室，下班時(shí)間，人工開關(guān)紫外線消毒。第二種，新式的醫(yī)院診室使用系統(tǒng)控制同層樓多個(gè)診室的紫外線消毒，系統(tǒng)設(shè)定消毒開關(guān)時(shí)間，紫外線消毒自動(dòng)開啟。消毒水消毒全部使用人工拖地板。

（三）分析討論，形成方案

作為一個(gè)創(chuàng)新作品，與現(xiàn)有的產(chǎn)品相比，必須有自身的創(chuàng)意及優(yōu)勢，才顯示它存在的意義。團(tuán)隊(duì)分析現(xiàn)有消毒方式的特點(diǎn)及問題，提出改善的方案。在這一過程中發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)用的診室消毒自動(dòng)化僅限于控制紫外線消毒，對防疫必須采取的消毒水消毒沒能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制。消毒時(shí)段控制缺乏靈活性，如，有人闖入缺乏安全保護(hù)，紫外線消毒不會(huì)終止。

針對以上問題，團(tuán)隊(duì)成員積極思考，采用什么技術(shù)能解決問題？要做一個(gè)具有什么功能的智能消毒診室呢？成員積極地思考，討論分析，查閱資料，并與指導(dǎo)教師進(jìn)行多次的交流。作為指導(dǎo)教師，筆者對學(xué)生提出的方案進(jìn)行技術(shù)性的預(yù)判，必要時(shí)做出提示。學(xué)生發(fā)散性的思維探究，最終形成方案。

方案是創(chuàng)作一個(gè)“智能消毒診室”，能實(shí)現(xiàn)醫(yī)務(wù)室新冠肺炎疫情下常見的消毒過程。先紫外線消毒，然后消毒水霧化，消毒完成后，智能通風(fēng)。全程控制系統(tǒng)自動(dòng)完成，無需人工干預(yù)。為體現(xiàn)消毒的靈活性，可采用預(yù)約消毒和立即消毒方式。為了體現(xiàn)控制的人性化、智能化、便利性，設(shè)置實(shí)地控制和手機(jī)遙控方式控制。對于必要時(shí)人員闖入消毒中的診室，設(shè)置了感應(yīng)時(shí)智能中斷消毒，間隔時(shí)間后恢復(fù)消毒的功能。

系統(tǒng)開發(fā)核心確定。與現(xiàn)有的單片機(jī)、Arduino、掌控板、樹莓派等開發(fā)系統(tǒng)相比，團(tuán)隊(duì)選擇開源的、綜合性強(qiáng)的、開發(fā)時(shí)間相對較短的掌控板進(jìn)行系統(tǒng)開發(fā)。

三、思維導(dǎo)圖畫出系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

思維導(dǎo)圖能簡單而極其有效地表達(dá)主題下各級(jí)的隸屬關(guān)系。通過思維導(dǎo)圖表達(dá)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，有利于學(xué)生記憶、思考，及掌握系統(tǒng)的邏輯關(guān)系。成員根據(jù)指導(dǎo)教師要求，通過思維導(dǎo)圖形式表達(dá)智能消毒診室系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，如圖1所示。該思維導(dǎo)圖含有系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能，以及使用的技術(shù)和電子硬件模塊，等等。

四、分工協(xié)作，制作作品

團(tuán)隊(duì)成員根據(jù)各自優(yōu)勢，進(jìn)行分工。兩人負(fù)責(zé)診室模型的建造、系統(tǒng)硬件的定位;一人負(fù)責(zé)電路系統(tǒng)的開發(fā)。在這個(gè)過程中，指導(dǎo)教師主要是監(jiān)督學(xué)生完成作品的進(jìn)度情況，鼓勵(lì)團(tuán)隊(duì)探究攻克技術(shù)難點(diǎn)，提供學(xué)生所需器材、材料和工具，檢驗(yàn)作品的功能，對作品進(jìn)行點(diǎn)評(píng)等。

兩位組員商討診室模型的設(shè)計(jì)，以醫(yī)院的診室為參考。第一步，畫出診室的設(shè)計(jì)草圖。第二步，選擇好做診室的材料，因?qū)W校沒有激光切割機(jī)，學(xué)生選用了硬紙皮和彩色卡紙做診室框架。第三步，細(xì)化診室內(nèi)部設(shè)備，精化診室的醫(yī)療衛(wèi)生文化，美化診室環(huán)境。第四步，根據(jù)硬件控制系統(tǒng)和相關(guān)電子模塊的大小，合理預(yù)設(shè)診室中的放置方位，開孔及試裝。

根據(jù)設(shè)計(jì)方案，另一位成員進(jìn)行電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)。第一步，搭建掌控板為主控板的系統(tǒng)電路，設(shè)置各功能模塊的I/O分配口。第二步，進(jìn)行圖形化編程，并調(diào)試各功能模塊。第三步，手機(jī)安裝Blynk APP，進(jìn)行手機(jī)控制界面設(shè)計(jì)。第四步，硬件系統(tǒng)安裝進(jìn)診室模型，調(diào)試診室的完整功能。

五、形成機(jī)器人作品成果總結(jié)

本次的智能消毒診室機(jī)器人制作完成后，指導(dǎo)教師要求團(tuán)隊(duì)以作品研究報(bào)告的形式對本次機(jī)器人創(chuàng)作進(jìn)行總結(jié)，拍攝作品介紹視頻，制作作品創(chuàng)作的PPT并進(jìn)行演講。為今后的機(jī)器人創(chuàng)作有更好的積累，也為參加各種科技或機(jī)器人大賽作準(zhǔn)備。

[本文系2018年廣東省STEM教育實(shí)踐研究課題“技能競賽驅(qū)動(dòng)下中職電氣專業(yè)STEM課程體系建設(shè)研究”（課題編號(hào)：2018GDSTEM067）的研究成果]

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責(zé)任編輯? 羅燕燕