張超

一、活動(dòng)背景

抗疫防病毒期間，洗手成為人們?nèi)粘Ｉ钪械母哳l活動(dòng)。本次活動(dòng)以公共場(chǎng)所洗手問題為出發(fā)點(diǎn)，開展貼近生活的探究活動(dòng)。

公共場(chǎng)所常用的洗手液大多是擠壓式，通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，使用擠壓式洗手液時(shí)，會(huì)有病毒殘留的風(fēng)險(xiǎn)。引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)一款無接觸式洗手裝置，既讓學(xué)生鞏固防疫知識(shí)，養(yǎng)成良好衛(wèi)生習(xí)慣，又能培養(yǎng)學(xué)生的探索能力，提高其邏輯思維能力與動(dòng)手能力。引導(dǎo)學(xué)生在學(xué)習(xí)科學(xué)文化知識(shí)的同時(shí)，培養(yǎng)為人民奉獻(xiàn)自己微薄之力的責(zé)任感和使命感。

二、方案設(shè)計(jì)

本次活動(dòng)是少年宮線上線下相結(jié)合的實(shí)踐活動(dòng)，活動(dòng)對(duì)象均是來自北京市各城區(qū)的中小學(xué)生，年齡在10－14歲（學(xué)齡四年級(jí)至八年級(jí)）?；顒?dòng)每次參與人數(shù)為12人?；顒?dòng)探究?jī)?nèi)容豐富，采取小組合作學(xué)習(xí)方式。學(xué)生缺乏對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)，搭建中遇到的問題和挑戰(zhàn)很大程度是因?yàn)闆]有足夠知識(shí)儲(chǔ)備。線上授課幫助學(xué)生進(jìn)行知識(shí)接軌、遷移、深化和綜合。教師帶領(lǐng)復(fù)習(xí)相關(guān)知識(shí)，設(shè)計(jì)搭建參考手冊(cè)提供類似模型。學(xué)生在編程和制作過程中會(huì)出現(xiàn)不嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膯栴}，需要鼓勵(lì)學(xué)生自主檢查，不斷測(cè)試改進(jìn)完善，降低對(duì)教師的依賴，從而培養(yǎng)精益求精的工匠精神。

三、活動(dòng)目標(biāo)

體會(huì)在日常生活中觀察問題，利用調(diào)查問卷發(fā)現(xiàn)問題，分析導(dǎo)致其現(xiàn)狀的因素，以小組為單位制定機(jī)器人解決方案。學(xué)會(huì)細(xì)致深入地觀察，養(yǎng)成嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)思維、求實(shí)的探究態(tài)度。

借助網(wǎng)絡(luò)和虛擬軟件學(xué)習(xí)減速增力機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)。以小組為單位進(jìn)行團(tuán)隊(duì)協(xié)作，通過調(diào)查分析實(shí)驗(yàn)，制作無接觸洗手裝置，提升創(chuàng)新思維、問題解決能力和工程技術(shù)素養(yǎng)。

在銜接實(shí)際、設(shè)計(jì)建構(gòu)、反思完善、提高延續(xù)四個(gè)活動(dòng)環(huán)節(jié)中學(xué)會(huì)與人合作探究，享受分工合作的樂趣，養(yǎng)成勤動(dòng)腦、勤動(dòng)手的好習(xí)慣。遇到困難和問題嘗試去解決，對(duì)機(jī)器人模型不斷改裝、調(diào)試、修正。在探索中磨煉毅力，獲得發(fā)自內(nèi)心的快樂，初步養(yǎng)成從事科技探究活動(dòng)的積極態(tài)度。

四、活動(dòng)重點(diǎn)、難點(diǎn)、創(chuàng)新點(diǎn)

重點(diǎn)：以機(jī)器人抗疫為主題，鼓勵(lì)學(xué)生觀察生活，從周邊生活中發(fā)現(xiàn)問題，搭建無接觸式洗手裝置，同時(shí)學(xué)習(xí)正確的洗手方法，養(yǎng)成勤洗手的衛(wèi)生習(xí)慣。

難點(diǎn)：減速增力的裝置設(shè)計(jì)，按壓結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。

創(chuàng)新點(diǎn)：活動(dòng)采取線下線上結(jié)合形式，包括線上機(jī)器人技術(shù)小講堂，線上問卷設(shè)計(jì)，線下機(jī)器人搭建，線下機(jī)器人創(chuàng)意展示。既有知識(shí)的學(xué)習(xí)，如機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析，又有動(dòng)手能力的培養(yǎng)。有探究、有討論、有質(zhì)疑、有感悟。

五、活動(dòng)過程和步驟

（一）活動(dòng)準(zhǔn)備

確定活動(dòng)主題，明確任務(wù)，教師進(jìn)行知識(shí)技能準(zhǔn)備，準(zhǔn)備相關(guān)器材和軟件。撰寫活動(dòng)方案，發(fā)布活動(dòng)通知。學(xué)生搜集資料，進(jìn)行調(diào)查研究設(shè)計(jì)，分析問題，進(jìn)行設(shè)計(jì)構(gòu)思，繪制設(shè)計(jì)草圖。

（二）活動(dòng)實(shí)施

1.進(jìn)行線上教學(xué)，創(chuàng)設(shè)生活情境，提出問題，簡(jiǎn)單介紹LDD虛擬軟件。

2.線上參觀中國(guó)數(shù)字科技館，學(xué)習(xí)正確的洗手知識(shí)，對(duì)活動(dòng)解決的問題有初步認(rèn)識(shí)。學(xué)生通過觀看視頻，得知在疫情防控常態(tài)化時(shí)期，要做到戴口罩以及勤洗手。接著探討問題：使用擠壓式洗手液會(huì)不會(huì)傳染病毒？用熒光原料模擬病毒，使用小暗箱觀察實(shí)驗(yàn)效果，實(shí)驗(yàn)結(jié)論是擠壓的手套上沾有熒光原料；得出實(shí)驗(yàn)猜想：使用擠壓式洗手液有可能傳染病毒。分析問題，確立任務(wù)及裝置評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。學(xué)生利用微信制作問卷，進(jìn)行調(diào)查。

全班同學(xué)分析調(diào)查結(jié)果：人們因?yàn)橼s時(shí)間、水溫低、手動(dòng)接觸開關(guān)有交叉感染風(fēng)險(xiǎn)、不喜歡用公用肥皂等情況選擇不洗手。針對(duì)此問題展開討論，思考如何解決這個(gè)問題，由此引出可以制作一個(gè)無接觸洗手裝置。

3.明確項(xiàng)目任務(wù)：設(shè)計(jì)無接觸洗手裝置。討論出評(píng)價(jià)作品的三個(gè)指標(biāo)：避免交叉感染；防水不漏電；擠壓出適量的洗手液。

搜集資料調(diào)查研究：學(xué)生通過互聯(lián)網(wǎng)搜集資料——無接觸洗手裝置模型，可采用紅外線感應(yīng)控制、語音控制、超聲波控制。

創(chuàng)新思路規(guī)劃設(shè)計(jì)，采用視頻會(huì)議的方式，基于前期的研究，讓學(xué)生進(jìn)行頭腦風(fēng)暴：制作無接觸洗手裝置應(yīng)考慮的要素有哪些？經(jīng)過討論，確定了如下問題：裝置采用哪些結(jié)構(gòu)？怎樣控制出液不浪費(fèi)？怎樣接收需要洗手液的信號(hào)？能否加入計(jì)時(shí)功能、提醒洗手的功能？

對(duì)上述問題討論出結(jié)果后，明確方案，繪制設(shè)計(jì)圖。學(xué)生基于對(duì)設(shè)計(jì)的構(gòu)思，將自己的創(chuàng)意用繪圖的方式表達(dá)出來。

4.線下復(fù)課返回機(jī)器人教室，利用樂高EV3機(jī)器人，圍繞動(dòng)手實(shí)踐親手設(shè)計(jì)制作。學(xué)生利用軟件設(shè)計(jì)的圖紙進(jìn)行分享，并就方案可行性、合理性進(jìn)行優(yōu)化。

學(xué)生復(fù)習(xí)超聲波和顏色傳感器的特性，選擇感知手的傳感器（顏色或超聲波）。搭建底座，連接固定控制器、電機(jī)、傳感器等元器件。搭建框架固定瓶裝洗手液。搭建減速增力裝置，蝸桿或齒輪減速。搭建擠壓洗手液的機(jī)械臂，使用滑軌或曲柄等機(jī)構(gòu)。根據(jù)要求，當(dāng)手伸到出液口時(shí)，機(jī)器人識(shí)別到手，流出劑量適中的洗手液，編寫程序，下載程序，控制機(jī)器人進(jìn)行感知、判斷和行動(dòng)。根據(jù)機(jī)器人運(yùn)行程序的效果調(diào)整，同時(shí)實(shí)時(shí)填寫工程日志，記錄研究過程。完成制作后，錄制創(chuàng)意展示視頻，介紹作品，實(shí)測(cè)作品，說出自己參與的感受。

（三）預(yù)期效果與呈現(xiàn)方式

搭建無接觸式洗手裝置，學(xué)習(xí)正確洗手方式，倡導(dǎo)中小學(xué)生勤洗手，守護(hù)健康。組員們通過完成本組的分配任務(wù)，從而學(xué)到知識(shí)、學(xué)會(huì)工具的使用，用數(shù)據(jù)描述現(xiàn)象，在分享中體會(huì)成就感。

初步構(gòu)建對(duì)工程設(shè)計(jì)研究的認(rèn)識(shí)。經(jīng)歷前期研究、設(shè)計(jì)方案、制作模型、測(cè)試改進(jìn)、展示交流、項(xiàng)目拓展等環(huán)節(jié)，親歷無接觸洗手裝置的設(shè)計(jì)及制作的全過程，有效地促進(jìn)了技術(shù)意識(shí)、工程思維、創(chuàng)新意識(shí)、圖樣表達(dá)、物化能力等工程技術(shù)素養(yǎng)的形成與發(fā)展。通過問卷調(diào)查，查閱資料、線上討論、線下組裝，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)簡(jiǎn)單機(jī)械、智能機(jī)器人基礎(chǔ)上，進(jìn)行繪制設(shè)計(jì)圖以及制作模型，并通過微信進(jìn)行交流、討論以及展示評(píng)價(jià)。

六、活動(dòng)評(píng)價(jià)

（一）學(xué)生自評(píng)

前期研究環(huán)節(jié)中，能清晰地意識(shí)到問題，對(duì)接下來的研究也有初步的設(shè)想及規(guī)劃，利用軟件設(shè)計(jì)出圖紙。利用各種手段查閱資料，并對(duì)資料進(jìn)行整理歸納。提出設(shè)計(jì)方案并繪制設(shè)計(jì)草圖，例如模型可以做到避免交叉感染，可拆卸更換洗手液，結(jié)構(gòu)穩(wěn)固不傾覆，環(huán)保節(jié)約，不浪費(fèi)洗手液。

交流討論環(huán)節(jié)中，專心參與，積極探討，問題有分析記錄、有解決方案，表達(dá)邏輯清晰，問題描述準(zhǔn)確。制作機(jī)器人模型過程中，任務(wù)分工有計(jì)劃、有討論，有分工記錄且分工合理。按時(shí)按量完成任務(wù)，小組合作氛圍融洽。遇到問題和困難及時(shí)記錄、提問、調(diào)整、修改。展示交流環(huán)節(jié)中，對(duì)成功或者失敗加以總結(jié)。通過錄制微課小視頻或制作海報(bào)等手段對(duì)守護(hù)健康的衛(wèi)生行為進(jìn)行宣傳。

（二）教師評(píng)價(jià)

對(duì)學(xué)生制作的調(diào)查問卷進(jìn)行量表評(píng)價(jià)，檢測(cè)學(xué)生對(duì)問卷調(diào)查法的認(rèn)識(shí)，以及發(fā)現(xiàn)、研究問題的能力。評(píng)價(jià)量規(guī)：制定調(diào)查問卷的規(guī)范性，問題的設(shè)計(jì)數(shù)量合理，邏輯正確。收集問卷的數(shù)量不少于10份。對(duì)收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，總結(jié)導(dǎo)致其現(xiàn)狀的因素。

對(duì)學(xué)生在活動(dòng)中的參與度、態(tài)度、積極性展開診斷性評(píng)價(jià)，進(jìn)行觀察訪談?dòng)涗?，辨別造成學(xué)生學(xué)習(xí)困難的原因。遇到困難和問題是否嘗試去解決，能否嚴(yán)謹(jǐn)思考問題，對(duì)機(jī)器人模型不斷改裝、調(diào)試、修正。

對(duì)學(xué)生在活動(dòng)中的分工合作進(jìn)行形成性評(píng)價(jià)，以口頭方式鼓勵(lì)。參與學(xué)生的討論，帶領(lǐng)學(xué)生制定機(jī)器人解決方案和小組分工方案。鼓勵(lì)學(xué)生分享學(xué)習(xí)成果，提醒學(xué)生制作中的問題并嘗試記錄解決等。

對(duì)學(xué)生本次活動(dòng)的最終作品進(jìn)行成果性分析評(píng)價(jià)。評(píng)價(jià)量規(guī)：實(shí)現(xiàn)無接觸供給洗手液，傳感器對(duì)手的感應(yīng)精準(zhǔn)，底座牢固穩(wěn)定、材料用量合理，裝置大小合理。編寫程序規(guī)范嚴(yán)謹(jǐn)。洗手液便于更換，機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)選取正確，機(jī)械動(dòng)作準(zhǔn)確度高，擠出洗手液的劑量適中。

（三）社會(huì)性評(píng)價(jià)

學(xué)生將錄制的微課視頻發(fā)到朋友圈，進(jìn)行成果展示評(píng)價(jià)。開展作品投票功能，票數(shù)最高的為最佳人氣作品。選出最具創(chuàng)意作品和最佳人氣作品，作為學(xué)生學(xué)習(xí)成績(jī)的一部分。