“麥昆成長(zhǎng)記”STEAM教育系列課程

陳杰

教學(xué)背景

教育部印發(fā)的《教育信息化“十三五”規(guī)劃》中明確提出要探索STEAM教育、創(chuàng)客教育等創(chuàng)新教育模式。在此背景下，筆者以麥昆機(jī)器人成長(zhǎng)學(xué)習(xí)過(guò)程中遇到的問(wèn)題為主線，以問(wèn)題解決為導(dǎo)向，以激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)為目標(biāo)，將傳統(tǒng)制造技藝、開(kāi)源與人工智能技術(shù)、創(chuàng)客思維和STEAM教育理念相結(jié)合，兼顧并協(xié)調(diào)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)、人文精神和藝術(shù)涵養(yǎng)的發(fā)展。

教學(xué)目標(biāo)

1.利用3D打印技術(shù)為麥昆量身設(shè)計(jì)參加足球賽的裝備結(jié)構(gòu)件。

2.根據(jù)麥昆特點(diǎn)設(shè)計(jì)足球賽游戲規(guī)則。

3.編程實(shí)現(xiàn)用無(wú)線遙控進(jìn)行足球賽游戲?qū)?zhàn)。

STEAM視野

工程：麥昆輔助裝備結(jié)構(gòu)件的設(shè)計(jì)與制作。

技術(shù)：無(wú)線遙控功能的編程實(shí)現(xiàn)。

藝術(shù)：足球運(yùn)動(dòng)的歷史。

教學(xué)準(zhǔn)備

麥昆機(jī)器人套件、3.7V鋰電池、micro：bit遙控手柄、180度微型舵機(jī)、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(jī)、熱熔膠槍等輔助資源。

教學(xué)過(guò)程

一、情境導(dǎo)入

師：麥昆星球要舉辦一場(chǎng)足球賽，麥昆們都躍躍欲試，請(qǐng)你為麥昆設(shè)計(jì)合適的裝備，讓它們變身麥昆足球機(jī)器人。下面請(qǐng)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(jié)構(gòu)件該怎么設(shè)計(jì)？

學(xué)生思考并討論交流。

二、講授知識(shí)

1.了解足球運(yùn)動(dòng)的歷史

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

2.了解現(xiàn)代足球比賽規(guī)則

教師介紹現(xiàn)代足球的起源及足球運(yùn)動(dòng)歷史上第一個(gè)文字形式的比賽規(guī)則——《劍橋規(guī)則》，并介紹足球比賽規(guī)則的演變，讓學(xué)生更深入地認(rèn)識(shí)足球比賽的當(dāng)代規(guī)則。

三、操作實(shí)踐

1.明確任務(wù)需求

師：因麥昆和人體結(jié)構(gòu)不同，所以麥昆間的足球賽需要特定的比賽規(guī)則。請(qǐng)同學(xué)們參考人類(lèi)足球比賽的規(guī)則，并結(jié)合麥昆的特點(diǎn)，為麥昆設(shè)計(jì)專屬的足球比賽規(guī)則。

學(xué)生思考并討論交流。

師：我們可以利用遙控手柄，無(wú)線遙控麥昆前進(jìn)、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)，還可以無(wú)線遙控麥昆開(kāi)球（控制舵機(jī)開(kāi)球）。詳細(xì)的比賽規(guī)則如下。

（1）比賽以固定時(shí)間（5分鐘）為一局，進(jìn)球數(shù)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(fā)球裝置。（4）比賽選手可全場(chǎng)帶球，近距離發(fā)射，攻入對(duì)方球門(mén)，也可以遠(yuǎn)程發(fā)射，攻入對(duì)方球門(mén)（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(chē)沖撞。（6）場(chǎng)地如圖1所示，比賽開(kāi)始時(shí)，只允許雙方各派一名選手在中場(chǎng)位置爭(zhēng)球。

2.電路連接

本次電路連接只要將舵機(jī)連在S1接口即可，如圖2。

3.結(jié)構(gòu)搭建

（1）麥昆輔助裝備結(jié)構(gòu)件制作

師：為了讓麥昆能實(shí)現(xiàn)在球場(chǎng)上控球、踢球的功能，我們可以給麥昆車(chē)體前后分別配備控球爪和擊球棒，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)球的控制。下面請(qǐng)同學(xué)們跟老師一起利用SketchUp軟件為麥昆設(shè)計(jì)裝備結(jié)構(gòu)件。

第一步：在SketchUp中設(shè)計(jì)控球爪連接件，如圖3，并設(shè)計(jì)擊球棒。

第二步：在SketchUp中設(shè)計(jì)控球爪，如圖4。

第三步：在SketchUp中設(shè)計(jì)舵機(jī)固定件，如圖5。

第四步：利用3D打印機(jī)打印控球爪、舵機(jī)固定件、擊球棒等結(jié)構(gòu)件。

第五步：組裝各結(jié)構(gòu)件，并安裝在麥昆車(chē)體上，如圖6。

（2）足球場(chǎng)地制作

導(dǎo)入軟件素材里的球門(mén)3D模型，然后借助3D打印機(jī)將球門(mén)結(jié)構(gòu)件打印出來(lái)，完成球門(mén)的組裝，再用熱熔膠槍將球門(mén)結(jié)構(gòu)件固定在足球場(chǎng)上。

4.編程實(shí)踐

編寫(xiě)麥昆端程序，如圖7。

編寫(xiě)遙控手柄端程序（詳見(jiàn)教學(xué)演示文稿）。

5.測(cè)試運(yùn)行

分別將程序上傳到麥昆控制器和遙控手柄控制器中，測(cè)試運(yùn)行效果，如圖8。

四、拓展延伸

師：請(qǐng)同學(xué)們發(fā)揮自己的創(chuàng)造力，想一想如何讓麥昆更靈活、更精準(zhǔn)地控球，嘗試設(shè)計(jì)制作其他的機(jī)械結(jié)構(gòu)。

教學(xué)反思

本課以STEAM教育理念為指導(dǎo)，倡導(dǎo)跨學(xué)科的STEAM學(xué)習(xí)方式，將科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)和數(shù)學(xué)有機(jī)融為一體，提升了學(xué)習(xí)的趣味性，讓學(xué)生在學(xué)中玩、在玩中學(xué)、在玩中創(chuàng)，為把學(xué)生培養(yǎng)成會(huì)科學(xué)探究、善技術(shù)實(shí)踐、有藝術(shù)品位、能工程創(chuàng)新的復(fù)合型人才奠定了基礎(chǔ)。