童心戰(zhàn)“疫”，守護健康

張超

一、活動背景

抗疫防病毒期間，洗手成為人們日常生活中的高頻活動。本次活動以公共場所洗手問題為出發(fā)點，開展貼近生活的探究活動。

公共場所常用的洗手液大多是擠壓式，通過實驗發(fā)現(xiàn)，使用擠壓式洗手液時，會有病毒殘留的風險。引導學生設計一款無接觸式洗手裝置，既讓學生鞏固防疫知識，養(yǎng)成良好衛(wèi)生習慣，又能培養(yǎng)學生的探索能力，提高其邏輯思維能力與動手能力。引導學生在學習科學文化知識的同時，培養(yǎng)為人民奉獻自己微薄之力的責任感和使命感。

二、方案設計

本次活動是少年宮線上線下相結合的實踐活動，活動對象均是來自北京市各城區(qū)的中小學生，年齡在10－14歲（學齡四年級至八年級）。活動每次參與人數(shù)為12人。活動探究內容豐富，采取小組合作學習方式。學生缺乏對機械設計的經驗，搭建中遇到的問題和挑戰(zhàn)很大程度是因為沒有足夠知識儲備。線上授課幫助學生進行知識接軌、遷移、深化和綜合。教師帶領復習相關知識，設計搭建參考手冊提供類似模型。學生在編程和制作過程中會出現(xiàn)不嚴謹?shù)膯栴}，需要鼓勵學生自主檢查，不斷測試改進完善，降低對教師的依賴，從而培養(yǎng)精益求精的工匠精神。

三、活動目標

體會在日常生活中觀察問題，利用調查問卷發(fā)現(xiàn)問題，分析導致其現(xiàn)狀的因素，以小組為單位制定機器人解決方案。學會細致深入地觀察，養(yǎng)成嚴謹?shù)目茖W思維、求實的探究態(tài)度。

借助網(wǎng)絡和虛擬軟件學習減速增力機構的設計。以小組為單位進行團隊協(xié)作，通過調查分析實驗，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素養(yǎng)。

在銜接實際、設計建構、反思完善、提高延續(xù)四個活動環(huán)節(jié)中學會與人合作探究，享受分工合作的樂趣，養(yǎng)成勤動腦、勤動手的好習慣。遇到困難和問題嘗試去解決，對機器人模型不斷改裝、調試、修正。在探索中磨煉毅力，獲得發(fā)自內心的快樂，初步養(yǎng)成從事科技探究活動的積極態(tài)度。

四、活動重點、難點、創(chuàng)新點

重點：以機器人抗疫為主題，鼓勵學生觀察生活，從周邊生活中發(fā)現(xiàn)問題，搭建無接觸式洗手裝置，同時學習正確的洗手方法，養(yǎng)成勤洗手的衛(wèi)生習慣。

難點：減速增力的裝置設計，按壓結構的設計。

創(chuàng)新點：活動采取線下線上結合形式，包括線上機器人技術小講堂，線上問卷設計，線下機器人搭建，線下機器人創(chuàng)意展示。既有知識的學習，如機器人結構設計分析，又有動手能力的培養(yǎng)。有探究、有討論、有質疑、有感悟。

五、活動過程和步驟

（一）活動準備

確定活動主題，明確任務，教師進行知識技能準備，準備相關器材和軟件。撰寫活動方案，發(fā)布活動通知。學生搜集資料，進行調查研究設計，分析問題，進行設計構思，繪制設計草圖。

（二）活動實施

1.進行線上教學，創(chuàng)設生活情境，提出問題，簡單介紹LDD虛擬軟件。

2.線上參觀中國數(shù)字科技館，學習正確的洗手知識，對活動解決的問題有初步認識。學生通過觀看視頻，得知在疫情防控常態(tài)化時期，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不會傳染病毒？用熒光原料模擬病毒，使用小暗箱觀察實驗效果，實驗結論是擠壓的手套上沾有熒光原料；得出實驗猜想：使用擠壓式洗手液有可能傳染病毒。分析問題，確立任務及裝置評價標準。學生利用微信制作問卷，進行調查。

全班同學分析調查結果：人們因為趕時間、水溫低、手動接觸開關有交叉感染風險、不喜歡用公用肥皂等情況選擇不洗手。針對此問題展開討論，思考如何解決這個問題，由此引出可以制作一個無接觸洗手裝置。

3.明確項目任務：設計無接觸洗手裝置。討論出評價作品的三個指標：避免交叉感染；防水不漏電；擠壓出適量的洗手液。

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

創(chuàng)新思路規(guī)劃設計，采用視頻會議的方式，基于前期的研究，讓學生進行頭腦風暴：制作無接觸洗手裝置應考慮的要素有哪些？經過討論，確定了如下問題：裝置采用哪些結構？怎樣控制出液不浪費？怎樣接收需要洗手液的信號？能否加入計時功能、提醒洗手的功能？

對上述問題討論出結果后，明確方案，繪制設計圖。學生基于對設計的構思，將自己的創(chuàng)意用繪圖的方式表達出來。

4.線下復課返回機器人教室，利用樂高EV3機器人，圍繞動手實踐親手設計制作。學生利用軟件設計的圖紙進行分享，并就方案可行性、合理性進行優(yōu)化。

學生復習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、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械臂，使用滑軌或曲柄等機構。根據(jù)要求，當手伸到出液口時，機器人識別到手，流出劑量適中的洗手液，編寫程序，下載程序，控制機器人進行感知、判斷和行動。根據(jù)機器人運行程序的效果調整，同時實時填寫工程日志，記錄研究過程。完成制作后，錄制創(chuàng)意展示視頻，介紹作品，實測作品，說出自己參與的感受。

（三）預期效果與呈現(xiàn)方式

搭建無接觸式洗手裝置，學習正確洗手方式，倡導中小學生勤洗手，守護健康。組員們通過完成本組的分配任務，從而學到知識、學會工具的使用，用數(shù)據(jù)描述現(xiàn)象，在分享中體會成就感。

初步構建對工程設計研究的認識。經歷前期研究、設計方案、制作模型、測試改進、展示交流、項目拓展等環(huán)節(jié)，親歷無接觸洗手裝置的設計及制作的全過程，有效地促進了技術意識、工程思維、創(chuàng)新意識、圖樣表達、物化能力等工程技術素養(yǎng)的形成與發(fā)展。通過問卷調查，查閱資料、線上討論、線下組裝，讓學生在學習簡單機械、智能機器人基礎上，進行繪制設計圖以及制作模型，并通過微信進行交流、討論以及展示評價。

六、活動評價

（一）學生自評

前期研究環(huán)節(jié)中，能清晰地意識到問題，對接下來的研究也有初步的設想及規(guī)劃，利用軟件設計出圖紙。利用各種手段查閱資料，并對資料進行整理歸納。提出設計方案并繪制設計草圖，例如模型可以做到避免交叉感染，可拆卸更換洗手液，結構穩(wěn)固不傾覆，環(huán)保節(jié)約，不浪費洗手液。

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，表達邏輯清晰，問題描述準確。制作機器人模型過程中，任務分工有計劃、有討論，有分工記錄且分工合理。按時按量完成任務，小組合作氛圍融洽。遇到問題和困難及時記錄、提問、調整、修改。展示交流環(huán)節(jié)中，對成功或者失敗加以總結。通過錄制微課小視頻或制作海報等手段對守護健康的衛(wèi)生行為進行宣傳。

（二）教師評價

對學生制作的調查問卷進行量表評價，檢測學生對問卷調查法的認識，以及發(fā)現(xiàn)、研究問題的能力。評價量規(guī)：制定調查問卷的規(guī)范性，問題的設計數(shù)量合理，邏輯正確。收集問卷的數(shù)量不少于10份。對收集的數(shù)據(jù)進行分析，總結導致其現(xiàn)狀的因素。

對學生在活動中的參與度、態(tài)度、積極性展開診斷性評價，進行觀察訪談記錄，辨別造成學生學習困難的原因。遇到困難和問題是否嘗試去解決，能否嚴謹思考問題，對機器人模型不斷改裝、調試、修正。

對學生在活動中的分工合作進行形成性評價，以口頭方式鼓勵。參與學生的討論，帶領學生制定機器人解決方案和小組分工方案。鼓勵學生分享學習成果，提醒學生制作中的問題并嘗試記錄解決等。

對學生本次活動的最終作品進行成果性分析評價。評價量規(guī)：實現(xiàn)無接觸供給洗手液，傳感器對手的感應精準，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)范嚴謹。洗手液便于更換，機械傳動結構選取正確，機械動作準確度高，擠出洗手液的劑量適中。

（三）社會性評價

學生將錄制的微課視頻發(fā)到朋友圈，進行成果展示評價。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，作為學生學習成績的一部分。