“麥昆成長記”STEAM教育系列課程

陳杰

教學背景

教育部印發的《教育信息化“十三五”規劃》中明確提出要探索STEAM教育、創客教育等創新教育模式。在此背景下，筆者以麥昆機器人成長學習過程中遇到的問題為主線，以問題解決為導向，以激發學生創新意識為目標，將傳統制造技藝、開源與人工智能技術、創客思維和STEAM教育理念相結合，兼顧并協調學生科學素養、人文精神和藝術涵養的發展。

教學目標

1.利用3D打印技術為麥昆量身設計參加足球賽的裝備結構件。

2.根據麥昆特點設計足球賽游戲規則。

3.編程實現用無線遙控進行足球賽游戲對戰。

STEAM視野

工程：麥昆輔助裝備結構件的設計與制作。

技術：無線遙控功能的編程實現。

藝術：足球運動的歷史。

教學準備

麥昆機器人套件、3.7V鋰電池、micro：bit遙控手柄、180度微型舵機、3.7V鋰電池充電器各1件，micro：bit控制板2件，以及SketchUp軟件、3D打印機、熱熔膠槍等輔助資源。

教學過程

一、情境導入

師：麥昆星球要舉辦一場足球賽，麥昆們都躍躍欲試，請你為麥昆設計合適的裝備，讓它們變身麥昆足球機器人。下面請大家想一想，參加足球比賽的麥昆需要哪些功能和裝備？裝備的結構件該怎么設計？

學生思考并討論交流。

二、講授知識

1.了解足球運動的歷史

教師講解足球在我國古代的起源、名稱變化、制作工藝、歷代演變、傳播及發展歷程等，讓學生了解我國“蹴鞠”這一非物質文化遺產及其豐厚的歷史文化底蘊。

2.了解現代足球比賽規則

教師介紹現代足球的起源及足球運動歷史上第一個文字形式的比賽規則——《劍橋規則》，并介紹足球比賽規則的演變，讓學生更深入地認識足球比賽的當代規則。

三、操作實踐

1.明確任務需求

師：因麥昆和人體結構不同，所以麥昆間的足球賽需要特定的比賽規則。請同學們參考人類足球比賽的規則，并結合麥昆的特點，為麥昆設計專屬的足球比賽規則。

學生思考并討論交流。

師：我們可以利用遙控手柄，無線遙控麥昆前進、后退、左轉、右轉，還可以無線遙控麥昆開球（控制舵機開球）。詳細的比賽規則如下。

（1）比賽以固定時間（5分鐘）為一局，進球數多者勝利。（2）比賽雙方各派出3名選手參賽，控制方式為遙控。（3）比賽雙方的3名選手中，至少有一名具備自主發球裝置。（4）比賽選手可全場帶球，近距離發射，攻入對方球門，也可以遠程發射，攻入對方球門（不存在越位）。（5）為了比賽的觀賞性及激烈程度，允許麥昆小車沖撞。（6）場地如圖1所示，比賽開始時，只允許雙方各派一名選手在中場位置爭球。

2.電路連接

本次電路連接只要將舵機連在S1接口即可，如圖2。

3.結構搭建

（1）麥昆輔助裝備結構件制作

師：為了讓麥昆能實現在球場上控球、踢球的功能，我們可以給麥昆車體前后分別配備控球爪和擊球棒，從而實現對球的控制。下面請同學們跟老師一起利用SketchUp軟件為麥昆設計裝備結構件。

第一步：在SketchUp中設計控球爪連接件，如圖3，并設計擊球棒。

第二步：在SketchUp中設計控球爪，如圖4。

第三步：在SketchUp中設計舵機固定件，如圖5。

第四步：利用3D打印機打印控球爪、舵機固定件、擊球棒等結構件。

第五步：組裝各結構件，并安裝在麥昆車體上，如圖6。

（2）足球場地制作

導入軟件素材里的球門3D模型，然后借助3D打印機將球門結構件打印出來，完成球門的組裝，再用熱熔膠槍將球門結構件固定在足球場上。

4.編程實踐

編寫麥昆端程序，如圖7。

編寫遙控手柄端程序（詳見教學演示文稿）。

5.測試運行

分別將程序上傳到麥昆控制器和遙控手柄控制器中，測試運行效果，如圖8。

四、拓展延伸

師：請同學們發揮自己的創造力，想一想如何讓麥昆更靈活、更精準地控球，嘗試設計制作其他的機械結構。

教學反思

本課以STEAM教育理念為指導，倡導跨學科的STEAM學習方式，將科學、技術、工程、藝術和數學有機融為一體，提升了學習的趣味性，讓學生在學中玩、在玩中學、在玩中創，為把學生培養成會科學探究、善技術實踐、有藝術品位、能工程創新的復合型人才奠定了基礎。