童心戰“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，通過實驗發現，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，養成良好衛生習慣，又能培養學生的探索能力，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不嚴謹的問題，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，利用調查問卷發現問題，分析導致其現狀的因素，以小組為單位制定機器人解決方案。學會細致深入地觀察，養成嚴謹的科學思維、求實的探究態度。

借助網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作，通過調查分析實驗，制作無接觸洗手裝置，提升創新思維、問題解決能力和工程技術素養。

在銜接實際、設計建構、反思完善、提高延續四個活動環節中學會與人合作探究，享受分工合作的樂趣，養成勤動腦、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，獲得發自內心的快樂，初步養成從事科技探究活動的積極態度。

四、活動重點、難點、創新點

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

難點：減速增力的裝置設計，按壓結構的設計。

創新點：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。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：學生通過互聯網搜集資料——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。

創新思路規劃設計，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，用數據描述現象，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、項目拓展等環節，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、創新意識、圖樣表達、物化能力等工程技術素養的形成與發展。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

前期研究環節中，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，結構穩固不傾覆，環保節約，不浪費洗手液。

交流討論環節中，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。展示交流環節中，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，以及發現、研究問題的能力。評價量規：制定調查問卷的規范性，問題的設計數量合理，邏輯正確。收集問卷的數量不少于10份。對收集的數據進行分析，總結導致其現狀的因素。

對學生在活動中的參與度、態度、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：實現無接觸供給洗手液，傳感器對手的感應精準，底座牢固穩定、材料用量合理，裝置大小合理。編寫程序規范嚴謹。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到朋友圈，進行成果展示評價。開展作品投票功能，票數最高的為最佳人氣作品。選出最具創意作品和最佳人氣作品，作為學生學習成績的一部分。