互動(dòng) 體驗(yàn) 積累 創(chuàng)新——蘇州市吳江區(qū)鱸鄉(xiāng)實(shí)驗(yàn)小學(xué)電子慧谷活動(dòng)案例

■周迎春

多年生多來(lái)為層，本面鱸、推鄉(xiāng)多進(jìn)實(shí)元”驗(yàn)化的小教理學(xué)學(xué)念通，，重過(guò)努點(diǎn)貫力突徹探“破以、索符合本校實(shí)際的科技特色學(xué)校創(chuàng)建之路，取得初步成效。

1 電子慧谷簡(jiǎn)介

結(jié)合學(xué)校地處松陵鎮(zhèn)區(qū)，附近臺(tái)資電子企業(yè)眾多，且臺(tái)灣籍學(xué)生集中的實(shí)際，學(xué)校于2011年8月建設(shè)新荷電子智慧谷，使其成為學(xué)生科學(xué)探索和發(fā)現(xiàn)的沃土。智慧谷分電子產(chǎn)品發(fā)展展版介紹區(qū)、電子百拼區(qū)、科學(xué)魔法師及高級(jí)制作體驗(yàn)區(qū)、創(chuàng)新實(shí)踐展示區(qū)、CCD成像體驗(yàn)區(qū)、3D影音欣賞區(qū)、3D建模打印探索區(qū)、機(jī)器人教學(xué)組裝區(qū)、機(jī)器人創(chuàng)意實(shí)踐區(qū)等。學(xué)校成立相應(yīng)的新荷電子科技社團(tuán)及機(jī)器人社團(tuán)，在培養(yǎng)學(xué)生對(duì)電子科技興趣的同時(shí)，提高其創(chuàng)新能力。2012年5月，吳江區(qū)科協(xié)在學(xué)校舉辦了百名科學(xué)家進(jìn)校園活動(dòng)，賁德院士與鱸小機(jī)器人制作小組學(xué)生進(jìn)行了親切的座談，關(guān)秀清教授為鱸鄉(xiāng)實(shí)驗(yàn)三年級(jí)師生作了題為“植物的王國(guó)”的講座。

2 電子慧谷活動(dòng)方案

2.1 3D影音欣賞，體驗(yàn)主動(dòng)式3D成像新技術(shù)

3D主動(dòng)式眼鏡是3D顯示技術(shù)一個(gè)重要的組成部分。主動(dòng)快門(mén)式3D技術(shù)，配合主動(dòng)式快門(mén)3D眼鏡使用。這種3D技術(shù)在電視和投影機(jī)上面應(yīng)用得最為廣泛，資源相對(duì)較多，而且圖像效果出色，受到很多廠商推崇和采用，不過(guò)其匹配的3D眼鏡價(jià)格較高。主動(dòng)快門(mén)式3D主要是通過(guò)提高畫(huà)面的刷新率來(lái)實(shí)現(xiàn)3D效果的，通過(guò)把圖像按幀一分為二，形成對(duì)應(yīng)左眼和右眼的兩組畫(huà)面，連續(xù)交錯(cuò)顯示出來(lái)，同時(shí)紅外信號(hào)發(fā)射器將同步控制快門(mén)式3D眼鏡的左右鏡片開(kāi)關(guān)，使左、右雙眼能夠在相應(yīng)的時(shí)刻看到相應(yīng)畫(huà)面。這項(xiàng)技術(shù)能夠保持畫(huà)面的原始分辨率，很輕松地讓用戶(hù)享受到真正的全高清3D效果，而且不會(huì)造成畫(huà)面亮度降低。一般情況下，3D液晶電視屏幕刷新頻率必須達(dá)到120 Hz以上，也就是讓左、右眼均接收到頻率在60 Hz以上的圖像，才能保證用戶(hù)看到連續(xù)而不閃爍的3D圖像效果。

學(xué)校建設(shè)的3D影音欣賞區(qū)由3D寬屏投影和環(huán)繞音響組成，并購(gòu)置了48付3D眼鏡，能滿(mǎn)足整班學(xué)生觀看需要。學(xué)生邊聽(tīng)教師介紹邊用主動(dòng)式3D眼鏡觀賞體驗(yàn)《小海龜歷險(xiǎn)記》《貓狗大戰(zhàn)》，科教片《人體血管》等3D影片，“3D影院”把學(xué)生帶入逼真的3D世界的同時(shí)，也使同學(xué)們了解到3D成像技術(shù)的知識(shí)，體驗(yàn)到3D影院的效果，3D影音新技術(shù)的神奇。這些影片都是從“中國(guó)3D”等網(wǎng)站上下載，這些相關(guān)網(wǎng)站可以為學(xué)校的3D影院不斷提供適合小學(xué)生觀看的片源。

2.2 3D建模及打印，引領(lǐng)學(xué)生進(jìn)入3D新世界

1）3D打印技術(shù)背景。“3D打印”這一誕生于20世紀(jì)80年代的技術(shù)如今風(fēng)靡全球，美國(guó)《時(shí)代》周刊已將3D打印產(chǎn)業(yè)列為“美國(guó)十大增長(zhǎng)最快的工業(yè)”；英國(guó)《經(jīng)濟(jì)學(xué)人》雜志認(rèn)為這項(xiàng)技術(shù)將與數(shù)字化生產(chǎn)模式一起推動(dòng)實(shí)現(xiàn)新的工業(yè)革命，將3D打印技術(shù)列為第三次技術(shù)革命范疇。

美國(guó)國(guó)家增材制造創(chuàng)新協(xié)會(huì)（National Additive Manufacturing Innovation Institute）欲利用這種新型的高科技3D打印技術(shù)重塑美國(guó)傳統(tǒng)的裝配線制造業(yè)。理論上來(lái)說(shuō)，這種技術(shù)可以用來(lái)生產(chǎn)任何東西，包括噴氣式飛機(jī)、房屋、電腦、遙控飛機(jī)、自行車(chē)等各類(lèi)物體都可以直接通過(guò)3D打印機(jī)打印出來(lái)，而無(wú)需工廠來(lái)生產(chǎn)。今年3月，奧巴馬向國(guó)會(huì)提議投資10億美元到全美制造業(yè)創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)（National Network of Manufacturing Innovation），奧巴馬政府稱(chēng)此舉將提升美國(guó)整體競(jìng)爭(zhēng)力。

2）目前，3D打印使產(chǎn)品供應(yīng)鏈的格局和人們的生活方式都發(fā)生了轉(zhuǎn)變。而且它的應(yīng)用范圍非常廣泛，很多方面和我們生活密切相關(guān)。

食品行業(yè)：英國(guó)?？巳卮髮W(xué)研究人員，去年推出世界首臺(tái)3D巧克力打印機(jī)。建筑設(shè)計(jì)：在建筑業(yè)里，工程師和設(shè)計(jì)師們已經(jīng)接受了用3D打印機(jī)打印的建筑模型，這種方法快速、成本低、環(huán)保，同時(shí)制作精美，完全合乎設(shè)計(jì)者的要求，同時(shí)又能節(jié)省大量材料。醫(yī)療行業(yè)：最近，一位83歲的老人由于患有慢性的骨頭感染，因此換上了由3D打印機(jī)“打印”出來(lái)的下顎骨，這是世界上首例使用3D打印產(chǎn)品做人體骨骼的案例。

3D打印技術(shù)還廣泛地應(yīng)用于汽車(chē)制造業(yè)、傳統(tǒng)制造業(yè)、科學(xué)研究、配件、飾品等領(lǐng)域，3D打印機(jī)可以完成很多在現(xiàn)在看起來(lái)匪夷所思的事，從某種角度來(lái)說(shuō)，很多想象到的東西，都可以通過(guò)3D打印直接得到。在未來(lái)3D打印還有可能走進(jìn)千家萬(wàn)戶(hù)，融入到我們的生活中，像電腦一樣普及。

3D打印技術(shù)介紹完畢后，視頻介紹3D打印樂(lè)器、巧克力DIY、3D沙雕創(chuàng)意等視頻，讓學(xué)生感受3D打印技術(shù)的神奇，激發(fā)其探索的欲望。

3）3DMAX創(chuàng)意建模及打印。3D Studio Max，常簡(jiǎn)稱(chēng)為3ds Max或MAX，是基于PC系統(tǒng)的三維動(dòng)畫(huà)渲染和制作軟件。該軟件功能強(qiáng)大，我們找到其與3D打印技術(shù)的銜接點(diǎn)，對(duì)學(xué)生進(jìn)行基本立體圖形的3D建模；布爾運(yùn)算（模型加減）；擠出、車(chē)削命令的基本功能；下載的3D模型的合并整合等，把有創(chuàng)新亮點(diǎn)的作品另存為STL格式，由3D打印機(jī)打印輸出。學(xué)生全過(guò)程與計(jì)算機(jī)軟件3DMAX互動(dòng)，然后近距離觀察自己的作品被打印成形，拉近了學(xué)生與最新3D技術(shù)的距離，激發(fā)了他們探索3D科學(xué)新世界的興趣。

2.3 電子積木拼接，激發(fā)學(xué)生探索電子微世界的奧秘

電子積木拼接區(qū)分電子百拼區(qū)、高級(jí)制作體驗(yàn)區(qū)，在電子展品展示區(qū)陳列的是一些家用電器，這些電器都是學(xué)生家長(zhǎng)自愿捐獻(xiàn)的，學(xué)校選擇其中的近80份陳列在這里，同學(xué)們從這里可以了解近年來(lái)電子科技突飛猛進(jìn)的發(fā)展。

首先播放電子積木拼接的視頻（5歲兒童30秒完成一項(xiàng)作品拼接），消除學(xué)生對(duì)電子積木的陌生感和神秘感，增強(qiáng)其探索未知科技領(lǐng)域的信心。然后布置任務(wù)，小組比賽完成指定任務(wù)的拼接調(diào)試。完成后教師結(jié)合案例講解線路原理，相關(guān)的電子元器件的功能，萬(wàn)用表測(cè)試三極管、二極管、電阻、電容的方法等。

2.4 機(jī)器人創(chuàng)意及實(shí)踐，互動(dòng)中萌發(fā)創(chuàng)新火花

電子智慧谷的未來(lái)工程師機(jī)器工作室分教學(xué)組裝區(qū)和機(jī)器人創(chuàng)意實(shí)踐區(qū)。學(xué)生從PPT介紹的機(jī)器人科技發(fā)展的歷程后，可以分組親身體驗(yàn)機(jī)器人程序的簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)，如何讓機(jī)器人實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)彎、前進(jìn)、后退、遇到光亮后噴射滅火等。

程序設(shè)計(jì)結(jié)束后讓學(xué)生親身體驗(yàn)機(jī)器人完成預(yù)設(shè)“任務(wù)”過(guò)程：A項(xiàng)目是機(jī)器人滅火是模擬現(xiàn)實(shí)家庭中機(jī)器人處理火警的過(guò)程。制作一個(gè)由計(jì)算機(jī)程序控制的機(jī)器人，在一間模擬平面結(jié)構(gòu)的房間里運(yùn)動(dòng)，找到代表房間里火災(zāi)點(diǎn)的正在燃燒的蠟燭并盡快將它撲滅。B項(xiàng)目是機(jī)器人綜合技能比賽是中國(guó)青少年機(jī)器人競(jìng)賽項(xiàng)目之一。比賽時(shí)要求參加代表隊(duì)在現(xiàn)場(chǎng)自行拼裝機(jī)器人、編制機(jī)器人運(yùn)行程序、調(diào)試和操作機(jī)器人。參賽的機(jī)器人是程序控制的，競(jìng)賽中設(shè)置機(jī)器人綜合技能比賽的目的是檢驗(yàn)青少年對(duì)機(jī)器人技術(shù)的理解和掌握程度，激發(fā)中小學(xué)生對(duì)機(jī)器人技術(shù)的興趣，培養(yǎng)動(dòng)手、動(dòng)腦的能力。C項(xiàng)目是FLL機(jī)器人工程挑戰(zhàn)賽，F(xiàn)LL（FIRST LEGO League）是1998年由FIRST機(jī)構(gòu)和LEGO集團(tuán)組建的一個(gè)針對(duì)9～14歲孩子的國(guó)際比賽項(xiàng)目。每年9月份，F(xiàn)IRST LEGO League向所有的隊(duì)伍公布年度挑戰(zhàn)項(xiàng)目，鼓勵(lì)孩子們用科學(xué)的方式去調(diào)查研究以及自己動(dòng)手設(shè)計(jì)機(jī)器人，在輔導(dǎo)員的指導(dǎo)下為機(jī)器人進(jìn)行設(shè)計(jì)、搭建、編程工作來(lái)解決現(xiàn)實(shí)世界中的問(wèn)題。從比賽開(kāi)展以來(lái)，F(xiàn)IRST已經(jīng)對(duì)學(xué)生和學(xué)校產(chǎn)生了積極的影響。

3 結(jié)束語(yǔ)

電子慧谷集合了電子科技、機(jī)器人自動(dòng)控制、3D模型構(gòu)建打印等模塊的內(nèi)容，看似分散的知識(shí)技能點(diǎn)卻可通過(guò)整合碰撞出創(chuàng)新的火花，比如利用機(jī)器人感應(yīng)一氧化碳輸出端口控制光耦繼電器和自動(dòng)窗、排氣扇實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)，利用3DMAX設(shè)計(jì)模塊進(jìn)行創(chuàng)新實(shí)踐的作品《智能性廚房排毒裝置》已送省市參加創(chuàng)新大賽評(píng)比。新荷電子智慧谷已經(jīng)成為學(xué)校培育創(chuàng)新種子的土壤，不斷將最新適合這塊土壤的科技內(nèi)涵根植其中，今后一定會(huì)結(jié)出更多的碩果?！?/p>