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一、設(shè)計(jì)思路

1.設(shè)計(jì)背景

當(dāng)今時(shí)代各個(gè)國家綜合國力的競爭歸根結(jié)底就是科技創(chuàng)新實(shí)力的競爭，是人才的競爭。因此我國一直采取科教興國的發(fā)展戰(zhàn)略。3D One是國內(nèi)首款青少年三維創(chuàng)意設(shè)計(jì)軟件，基于搭建積木的方式，學(xué)生快速建立模型，利用軟件提供的命令符及工具輕松快速的創(chuàng)造出創(chuàng)意三維實(shí)體，能讓學(xué)生體驗(yàn)愉悅的創(chuàng)意過程和促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)主動(dòng)性的提高和創(chuàng)新思維能力培養(yǎng)的同時(shí)，又符合2016年教育部出臺(tái)的《教育信息化“十三五”規(guī)劃”》中明確指出有效利用信息技術(shù)推進(jìn)“眾創(chuàng)空間”建設(shè)的要求，且3D打印出作品融合到各類創(chuàng)新比賽中，能深層次的、愉快地發(fā)揮孩子的創(chuàng)造能力。實(shí)踐能力的培養(yǎng)吸引了許多教育領(lǐng)域內(nèi)的專家學(xué)者和教師的興趣，如何利用3D打印技術(shù)開設(shè)課程，已經(jīng)成為老師和專家們討論的焦點(diǎn)。

廣東省創(chuàng)意機(jī)器人大賽是廣東省教育廳面向廣東省和港澳地區(qū)中小學(xué)校推廣的科技創(chuàng)新類競賽活動(dòng)，由廣東科學(xué)中心和廣東省科技館研究會(huì)聯(lián)合主辦，旨在提高廣東省及港澳地區(qū)中小學(xué)生機(jī)器人創(chuàng)新設(shè)計(jì)制作水平，促進(jìn)粵港澳大灣區(qū)科普教育交流，助力中小學(xué)階段人工智能和編程等相關(guān)課程滲透到學(xué)校。每年大賽的主題都會(huì)不同，今年的大賽主題為：工業(yè)機(jī)器人，要求參賽選手按要求親手設(shè)計(jì)和制作工業(yè)機(jī)器人和傳送帶，模擬智能工廠的生產(chǎn)過程，進(jìn)行產(chǎn)品識(shí)別、加工等系列操作，完成相應(yīng)任務(wù)。

2.設(shè)計(jì)依據(jù)

1）掌握大賽主題內(nèi)容。每年大賽主題都不會(huì)不同，怎么才能在大賽中獲得優(yōu)異成績且令學(xué)生有所收獲是我一直考慮、關(guān)注、不斷改變培訓(xùn)模式的重點(diǎn)內(nèi)容。2020年大賽的主題是工業(yè)機(jī)器人，工業(yè)機(jī)器人是面向工業(yè)領(lǐng)域的多關(guān)節(jié)機(jī)械手或多自由度的機(jī)器裝置,它能自動(dòng)執(zhí)行工作，能靠自身動(dòng)力和控制能力來實(shí)現(xiàn)各種功能的一種機(jī)器。大賽模擬智能工廠的智能生產(chǎn)過程,要求參賽選手設(shè)計(jì)制作機(jī)器人和傳送帶,按照產(chǎn)品個(gè)性定制要求，進(jìn)行產(chǎn)品識(shí)別、加工等系列操作。工業(yè)機(jī)器人的設(shè)計(jì)目標(biāo)是為了提高生產(chǎn)效率，參賽選手使用相同的基礎(chǔ)材料包，通過不同的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和控制方法，提高生產(chǎn)效能。大賽的規(guī)則既評(píng)判參賽作品的創(chuàng)意水平和科學(xué)性，又比拼參賽作品的生產(chǎn)效率。

2）師生熟讀大賽規(guī)則。讀通、讀懂規(guī)則是每一次比賽的首要任務(wù)。廣東省創(chuàng)意機(jī)器人大賽的比賽規(guī)則要求嚴(yán)謹(jǐn)，不會(huì)因?yàn)槿魏卧蚨`背大賽規(guī)則，所以如果因?yàn)橐恍┘?xì)微出差而導(dǎo)致取消參賽資格會(huì)得不償失。

3）提升學(xué)生綜合創(chuàng)新素養(yǎng)能力。機(jī)器人與信息技術(shù)課程都是以重實(shí)踐為主要目的的教育理念，在參賽培訓(xùn)中注重學(xué)生的綜合創(chuàng)新素養(yǎng)能力的提高，在培訓(xùn)中以項(xiàng)目式學(xué)習(xí)作為學(xué)生的主要模式，使學(xué)生通過應(yīng)用知識(shí)、動(dòng)手操作的方式來學(xué)習(xí)，進(jìn)而加深對(duì)學(xué)習(xí)材料的理解，強(qiáng)調(diào)積極建構(gòu)、合作學(xué)習(xí)、自主學(xué)習(xí)、主動(dòng)參與。

3.活動(dòng)主題和對(duì)象

1）活動(dòng)主題

活動(dòng)主題是因應(yīng)不同的比賽主題而設(shè)定，如廣東省創(chuàng)意機(jī)器人大賽2018年為演奏機(jī)器人、2019年為無人駕駛機(jī)器人、2020年為工業(yè)機(jī)器人，每年都會(huì)圍繞主題對(duì)拼裝、電路組裝、主題外觀創(chuàng)作進(jìn)行培訓(xùn)學(xué)生，將大賽每一個(gè)比賽項(xiàng)目分模塊，一個(gè)一個(gè)模塊內(nèi)容進(jìn)行分析、攻克、熟練這樣的循環(huán)模式進(jìn)行培訓(xùn)。

2）對(duì)象

   培訓(xùn)對(duì)象主要是4-6年級(jí)的學(xué)生，先根據(jù)學(xué)生的平時(shí)成績進(jìn)行初選，然后再進(jìn)行電腦操作二次篩選，第三次是參加日常機(jī)器人培訓(xùn)的篩選，第四次是進(jìn)行市賽篩選，進(jìn)過四個(gè)環(huán)節(jié)的篩選，最后在1299人里選出4-8人進(jìn)行廣東省創(chuàng)意機(jī)器人省賽的培訓(xùn)。

二、教育目標(biāo)

因?yàn)樵趨①惻嘤?xùn)中意在提高學(xué)生的綜合創(chuàng)新素養(yǎng)能力，并以項(xiàng)目式學(xué)習(xí)為主要模式，所以從STEAM教育的五個(gè)方面（S（科學(xué)）目標(biāo)、T（技術(shù)）目標(biāo)、E（工程）目標(biāo)、A（藝術(shù)）目標(biāo)、M（數(shù)學(xué)）目標(biāo)）進(jìn)行設(shè)計(jì)教育目標(biāo)。以2020年工業(yè)機(jī)器人大賽為例，為了使得整個(gè)培訓(xùn)過程與各學(xué)科融合貫通一起，所以筆者將學(xué)習(xí)目標(biāo)設(shè)計(jì)如下：

S（科學(xué)）目標(biāo)：營造3D打印、機(jī)器人學(xué)習(xí)氛圍，能夠嘗試使用掌握的技術(shù)、工程、藝術(shù)、數(shù)學(xué)多學(xué)科知識(shí)進(jìn)行融合創(chuàng)新，培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)隊(duì)合作精神。

T（技術(shù)）目標(biāo)：通過培訓(xùn)使學(xué)生了解一些電器元件的名稱、電路符號(hào)。掌握機(jī)器人的基本結(jié)構(gòu)及組成，能不看圖紙迅速拼裝機(jī)器人。

E（工程）目標(biāo)：掌握機(jī)器人芯片原理，學(xué)會(huì)看電路圖，熟練、迅速完成電路組裝，并實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的功能，要求熟練使用3D one軟件為機(jī)器人外觀進(jìn)行設(shè)計(jì)。

A（藝術(shù)）目標(biāo)：從網(wǎng)絡(luò)、本地人文文化等多種途徑尋找機(jī)器人外觀主題，利用一些回收的材料或生活用品制作成具有一定創(chuàng)意意念的造型和特定作用的裝置，從而提升學(xué)生的文化、藝術(shù)能力。

M（數(shù)學(xué)）目標(biāo)：會(huì)用簡單的數(shù)學(xué)邏輯結(jié)構(gòu)來描述解決問題的方法。

三、表現(xiàn)方法

根據(jù)教育目的，遵循發(fā)展性評(píng)價(jià)理念，為了讓學(xué)生知識(shí)和能力都得到很好的提高，思想意識(shí)得到升華，培訓(xùn)方法主要一下三種。

1.頭腦風(fēng)暴法

在接到省賽比賽具體內(nèi)容后，由參賽成員組織一場頭腦風(fēng)暴，讓成員在正常融洽和不受任何限制的氣氛中以會(huì)議形式根據(jù)比賽內(nèi)容：組裝、電路、創(chuàng)意外觀、分工等內(nèi)容進(jìn)行討論、座談，打破常規(guī)，積極思考，暢所欲言，充分發(fā)表看法。

2.探索與創(chuàng)新

1）根據(jù)圖紙思考如何對(duì)工業(yè)機(jī)器人進(jìn)行組裝，以及如何提高組裝速度和準(zhǔn)確性；

2）掌握各型號(hào)芯片的邏輯原理，并根據(jù)電路原理進(jìn)行電路組裝；

3）確立主題，根據(jù)主題內(nèi)容，利用3D打印技術(shù)完善創(chuàng)意外觀。

3.評(píng)價(jià)與交流

    對(duì)自己的作品和得獎(jiǎng)作品的外觀進(jìn)行評(píng)價(jià)、總結(jié)、提出日后改進(jìn)方法。

四、實(shí)施流程

1.機(jī)械拼裝

工業(yè)機(jī)器人拼裝主要是動(dòng)作組件的安裝，動(dòng)作組件包括：木板支架、十字臂、碰撞開關(guān)、驅(qū)動(dòng)馬達(dá)、皮帶輪等。要求學(xué)生對(duì)拼裝熟練程度要達(dá)到不看圖紙也能在規(guī)定時(shí)間內(nèi)容快速完成。

2.電路組裝

電路是每次比賽是重難點(diǎn)，控制電路主要由邏輯芯片，通過杜邦線和面包板，按照自主設(shè)計(jì)的電路連接而成，首先要求學(xué)生掌握邏輯芯片的原理，能夠看懂電路圖。組裝后的電路要求能夠完成大賽要求的功能：在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成60個(gè)不同顏色的色塊分揀。并且檢測準(zhǔn)確率和工作效率要達(dá)到99%。

3.創(chuàng)意外觀

確立主題后，小組成員考慮外觀以及場景哪些環(huán)節(jié)可以利用3D打印技術(shù)設(shè)計(jì)，然后進(jìn)行設(shè)計(jì)、建模、打印等完成一系列工作后，對(duì)外觀及場景進(jìn)行裝飾。

五、教育效果

在學(xué)校的支持下，已經(jīng)開展了三年的機(jī)器人比賽培訓(xùn)課程，有一批固定的科技興趣組學(xué)生，以此帶動(dòng)、輻射全體學(xué)生，雖然是機(jī)器人比賽，但不僅于機(jī)器人的學(xué)習(xí)，內(nèi)容還輻射有3D打印技術(shù)，基于3D打印的比賽項(xiàng)目使使學(xué)生可以在進(jìn)階式的制作、學(xué)習(xí)過程中體會(huì)到成功的樂趣。所學(xué)習(xí)的內(nèi)容在日常的學(xué)習(xí)、其他比賽類型也能應(yīng)用到，同時(shí)學(xué)生的創(chuàng)造、設(shè)計(jì)、建構(gòu)、發(fā)現(xiàn)、合作、解決問題能力都能提高，也符合學(xué)生的童心、童趣，促進(jìn)了學(xué)生學(xué)習(xí)方式的多樣化，促使他們自主地參與、主動(dòng)地探索，在參與和探索中有所收獲。