在《簡(jiǎn)易機(jī)器人制作》教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的技術(shù)素養(yǎng)

文 何衛(wèi)軍

《簡(jiǎn)易機(jī)器人制作》是基于計(jì)算機(jī)技術(shù)的學(xué)習(xí)平臺(tái)、將機(jī)械傳動(dòng)與單片機(jī)的應(yīng)用有機(jī)結(jié)合的模塊，具有與學(xué)生的生活實(shí)際緊密聯(lián)系、反映先進(jìn)技術(shù)和先進(jìn)文化、注重學(xué)生創(chuàng)造潛能的開發(fā)、突出實(shí)踐特色等特征。而通用技術(shù)課程是以提高學(xué)生的技術(shù)素養(yǎng)，促進(jìn)學(xué)生全面而富有個(gè)性的發(fā)展為基本目標(biāo)。那么如何在《簡(jiǎn)易機(jī)器人制作》教學(xué)中激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新潛能、提高其技術(shù)素養(yǎng)呢？

一、知識(shí)學(xué)習(xí)由淺入深，循序漸進(jìn)，培養(yǎng)學(xué)生的技術(shù)素養(yǎng)

首先從基礎(chǔ)知識(shí)入手，利用多媒體技術(shù)手段，聲情并茂地把學(xué)生帶入機(jī)器人的世界，激發(fā)學(xué)生一展身手、自己制作機(jī)器人的熱情。此時(shí)教師引導(dǎo)，提出制作簡(jiǎn)易機(jī)器人的有關(guān)問(wèn)題，通過(guò)學(xué)生討論、發(fā)表見解、相互補(bǔ)充和教師歸納總結(jié)等方式，介紹制作簡(jiǎn)易機(jī)器人所需的基礎(chǔ)知識(shí)、基本技能和基本的實(shí)驗(yàn)操作方法，并讓學(xué)生親自動(dòng)手熟悉硬件的搭接和軟件的調(diào)試。在學(xué)生熟悉硬件、軟件的基礎(chǔ)上，以項(xiàng)目為載體，任務(wù)為導(dǎo)向，進(jìn)入教學(xué)中的第一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)：基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目—“飛鳥”機(jī)器人制作。主要任務(wù)有：(1)采用分組學(xué)習(xí)的方式，每個(gè)組的學(xué)生自己選出小組長(zhǎng)、項(xiàng)目協(xié)調(diào)人，根據(jù)個(gè)人特長(zhǎng)，既要合理分工，又要團(tuán)結(jié)協(xié)作，同時(shí)不同角色要根據(jù)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的不同定期輪換，做到個(gè)性發(fā)展與均衡發(fā)展統(tǒng)一；(2)提出“飛鳥”機(jī)器人的設(shè)計(jì)思想及功能要求；(3)由學(xué)生仿照?qǐng)D冊(cè)制作“飛鳥”機(jī)器人并實(shí)現(xiàn)其設(shè)計(jì)思想與功能要求。

任務(wù)下達(dá)后，學(xué)生們立刻行動(dòng)起來(lái)。對(duì)于學(xué)生們?cè)谀７轮谱鳌帮w鳥”機(jī)器人的過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題，教師不僅要耐心解答，更要啟發(fā)鼓勵(lì)學(xué)生，比如引導(dǎo)學(xué)生在完成教師提出的任務(wù)的同時(shí)發(fā)現(xiàn)“飛鳥”的其他功能。對(duì)于硬件、軟件結(jié)合得特別完好，而且還開發(fā)出“飛鳥”其他功能的小組，鼓勵(lì)他們繼續(xù)完善作品、不斷超越自己；對(duì)于只能完成教師要求的小組，則采用激勵(lì)性評(píng)價(jià)，既揭示不足又指明努力方向，促使他們積極向上；對(duì)于在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完不成任務(wù)的小組，教師要幫助學(xué)生分析原因，看看是硬件搭建的問(wèn)題還是軟件編程上存在缺陷，及時(shí)肯定他們的點(diǎn)滴進(jìn)步，調(diào)動(dòng)他們的積極性。如此讓學(xué)生在寬松、和諧又富有競(jìng)爭(zhēng)的團(tuán)隊(duì)氛圍中都有收獲，努力培養(yǎng)學(xué)生的技術(shù)素養(yǎng)。

二、知識(shí)學(xué)習(xí)由易到難，層次遞進(jìn)，培養(yǎng)學(xué)生的技術(shù)素養(yǎng)

在學(xué)生初步掌握制作簡(jiǎn)易機(jī)器人的基礎(chǔ)知識(shí)、基本技能、基本實(shí)驗(yàn)操作方法的基礎(chǔ)上，如何加深學(xué)習(xí)的內(nèi)容，帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)入一個(gè)探究的情境，培養(yǎng)他們實(shí)事求是、精益求精的態(tài)度，勇于戰(zhàn)勝困難的精神，養(yǎng)成從技術(shù)的角度去看待問(wèn)題、研究問(wèn)題和解決問(wèn)題的習(xí)慣呢？這時(shí)就可以進(jìn)入教學(xué)中的第二個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)：能力提高實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目—“尋跡機(jī)器人”(機(jī)械小車)的制作。

這個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目在本課教學(xué)中既是重點(diǎn)又是難點(diǎn)，重在于只要理解、掌握了這個(gè)知識(shí)，學(xué)生會(huì)很容易理解后面的“斗牛機(jī)器人”“追蹤機(jī)器人”等知識(shí)，知識(shí)就能融會(huì)貫通；難在于其功能實(shí)現(xiàn)需依據(jù)計(jì)算機(jī)語(yǔ)言編程，按傳感器反饋回來(lái)的數(shù)據(jù)，單片機(jī)自動(dòng)運(yùn)算調(diào)整并實(shí)時(shí)修正“機(jī)械小車”的運(yùn)行方向，從而實(shí)現(xiàn)“機(jī)械小車”沿預(yù)定軌跡自動(dòng)運(yùn)行，即完成一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)。所以如何排除閉環(huán)控制系統(tǒng)中的干擾因素是學(xué)生完成此項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)的最大難點(diǎn)。教師布置任務(wù)過(guò)程：(1)首先強(qiáng)調(diào)學(xué)生在制作機(jī)器人“飛鳥”過(guò)程中出現(xiàn)的“機(jī)械傳動(dòng)”“結(jié)構(gòu)”等問(wèn)題；(2)引入傳感器的概念，著重介紹灰度傳感器的特點(diǎn)、作用以及與硬件、軟件的銜接方法等；(3)指導(dǎo)學(xué)生完成“尋跡機(jī)器人(機(jī)械小車)”尋跡的鋪墊實(shí)驗(yàn)，并記錄實(shí)驗(yàn)中的重要數(shù)據(jù)；(4)啟發(fā)、幫助學(xué)生分析“機(jī)械小車”沿預(yù)定軌跡運(yùn)行可能出現(xiàn)的若干狀況，以及寫入程序語(yǔ)言中的方法、注意事項(xiàng)等；(5)提出“尋跡機(jī)器人”(機(jī)械小車)的設(shè)計(jì)思想與功能要求；(6)由學(xué)生仿照?qǐng)D冊(cè)靈活制作“尋跡機(jī)器人”(機(jī)械小車)，并實(shí)現(xiàn)其設(shè)計(jì)思想與功能要求。

為了鼓勵(lì)學(xué)生不斷探索，超越前人，筆者一方面給他們播放機(jī)器人競(jìng)賽的視頻，另一方面播放前期學(xué)生們的成功作品，讓學(xué)生知道“機(jī)械小車”自動(dòng)尋跡并不是高不可攀的尖端科技，只要明確任務(wù)要求，在熟練使用硬件、充分掌握軟件調(diào)試的基礎(chǔ)上，細(xì)心、嚴(yán)謹(jǐn)，從技術(shù)的角度去看待問(wèn)題，都可以完成任務(wù)。學(xué)生們興趣漸濃，躍躍欲試，教師不失時(shí)機(jī)地鼓勵(lì)學(xué)生：“咱們組與組之間賽賽，看哪個(gè)組最先完成任務(wù)?！?/p>

這個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目是在教師任務(wù)要求下最難完成的項(xiàng)目，因?yàn)榻虒W(xué)上用的傳感器本身靈敏度就不高，再加上機(jī)器人的大腦(單片機(jī))已使用過(guò)多次而變得“疲勞”，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)學(xué)生的硬件制作似乎沒有問(wèn)題，軟件設(shè)計(jì)似乎也沒有問(wèn)題，可“機(jī)械小車”要完成的任務(wù)就是實(shí)現(xiàn)不了，學(xué)生在排除閉環(huán)控制系統(tǒng)的干擾因素上遇到困難。此時(shí)教師需要適時(shí)啟發(fā)學(xué)生，和學(xué)生們一起分析，檢查程序設(shè)計(jì)(軟件上)有沒有細(xì)小差錯(cuò)，看問(wèn)題是不是發(fā)生在硬件搭接上，鼓勵(lì)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，因?yàn)橹挥邪l(fā)現(xiàn)問(wèn)題才能解決問(wèn)題。而對(duì)于那些硬件搭接沒有問(wèn)題，只是程序設(shè)計(jì)中的某個(gè)條件判斷出錯(cuò)而使得“機(jī)械小車”無(wú)法尋跡，學(xué)生一遍一遍地調(diào)試程序也完不成任務(wù)的，教師就要及時(shí)給予點(diǎn)撥，并鼓勵(lì)學(xué)生不要?dú)怵H，不要放棄，反復(fù)改進(jìn)嘗試。每組學(xué)生在既有合作又有分工的探究氛圍中，相繼完成了能力提高實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目—“尋跡機(jī)器人”(機(jī)械小車)的實(shí)驗(yàn)，并在此基礎(chǔ)上各有收獲。

三、活學(xué)活用知識(shí)，在合作學(xué)習(xí)、探究學(xué)習(xí)中培養(yǎng)學(xué)生的技術(shù)素養(yǎng)

在對(duì)簡(jiǎn)易機(jī)器人制作的基礎(chǔ)知識(shí)、基本技能、基本實(shí)踐操作方法已掌握的基礎(chǔ)上，如何運(yùn)用所學(xué)知識(shí)綜合提升學(xué)習(xí)的內(nèi)涵，鼓勵(lì)學(xué)生發(fā)散思維，引導(dǎo)學(xué)生投入到親歷設(shè)計(jì)、動(dòng)手實(shí)踐、自主探究與合作交流的活動(dòng)中呢？這就需要進(jìn)入教學(xué)中的第三個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)：創(chuàng)意實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目—設(shè)計(jì)、制作創(chuàng)意機(jī)器人。此時(shí)教師又布置新的教學(xué)任務(wù)：(1)以小組為單位，自行設(shè)計(jì)、制作別具一格的創(chuàng)意機(jī)器人(自己喜歡的機(jī)器人)，注意每組機(jī)器人的外形要?jiǎng)e具特色；(2)要有設(shè)計(jì)草圖；(3)要有“用材預(yù)算表”，盡量合理預(yù)算用材，量入為出。

為進(jìn)一步激勵(lì)學(xué)生進(jìn)行有創(chuàng)意的設(shè)計(jì)、制作，教師要對(duì)學(xué)生操作過(guò)程進(jìn)行錄像，然后存檔、展出，還要制成光碟發(fā)送到學(xué)生所在的學(xué)校、班級(jí)。這項(xiàng)任務(wù)一提出，學(xué)生們熱情高漲，異?；钴S，馬上行動(dòng)起來(lái)，小組成員有的進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，快速繪制設(shè)計(jì)草圖，有的領(lǐng)取制作創(chuàng)意機(jī)器人所用配件材料，有的忙于鉆研程序……學(xué)生真正成了課堂教學(xué)的主體。不過(guò)，這時(shí)的課堂也絕不是沒有教師主導(dǎo)的自由放任，教師此時(shí)成為學(xué)生學(xué)習(xí)活動(dòng)的組織者和引領(lǐng)者，引導(dǎo)學(xué)生投入到動(dòng)手實(shí)踐、自主探究與合作交流的活動(dòng)中，學(xué)生自覺融入了技術(shù)世界，相互合作，討論交流，想方設(shè)法使設(shè)計(jì)方案更加合理和優(yōu)化。當(dāng)學(xué)生在小組討論和實(shí)踐操作中遇到困難和障礙時(shí)，教師就及時(shí)引導(dǎo)他們運(yùn)用科學(xué)的思維方法，為學(xué)生搭建思維的跳板，開拓思路，并指導(dǎo)操作技巧，再度點(diǎn)燃學(xué)生的求知欲望，激發(fā)他們不斷創(chuàng)新和探究的潛力。

例如：自主創(chuàng)意課堂中有一個(gè)學(xué)習(xí)小組曾設(shè)計(jì)制作了一個(gè)大鵬鳥機(jī)器人，他們用到了兩個(gè)五排九孔框架作為大鵬鳥的翅膀，既形象生動(dòng)，又非常美觀，別具特色?？伤麄冇昧艘桓€繩把大鵬鳥的兩個(gè)翅膀穿在一起，當(dāng)執(zhí)行翅膀飛行動(dòng)作時(shí)出現(xiàn)了問(wèn)題，線繩帶不起兩個(gè)翅膀的重量。這時(shí)，筆者及時(shí)提示學(xué)生：“既然你們想讓大鵬鳥的翅膀?qū)崿F(xiàn)起落的循環(huán)動(dòng)作，為什么不試一試用兩個(gè)伺服電機(jī)來(lái)完成兩個(gè)翅膀角度的轉(zhuǎn)換呢？”學(xué)生們聽后恍然大悟，立刻改變了搭建結(jié)構(gòu)，修改調(diào)試了程序，經(jīng)過(guò)一次次修改和調(diào)試，一件具有創(chuàng)意的作品出爐了。這堂課學(xué)生們?cè)诋惓Ｅd奮之中進(jìn)一步發(fā)展了技術(shù)思維、想象力和創(chuàng)新能力，提升了學(xué)習(xí)的內(nèi)涵，學(xué)生在親歷設(shè)計(jì)、動(dòng)手實(shí)踐、自主探究與合作交流中提高了技術(shù)素養(yǎng)。

四、作品展評(píng)，在感受成功快樂(lè)中培養(yǎng)學(xué)生的技術(shù)素養(yǎng)

各小組相繼完成創(chuàng)意機(jī)器人的設(shè)計(jì)與制作，并把成功作品一一放到展臺(tái)。此時(shí)進(jìn)入教學(xué)中的第四個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)—作品展評(píng)。

首先由每組選出代表自評(píng)，重點(diǎn)講述設(shè)計(jì)思想、功能等，然后小組間互評(píng)，最后教師給予評(píng)價(jià)。教學(xué)實(shí)踐表明，學(xué)生們不僅思維活躍，而且思路清晰、開闊，有的小組設(shè)計(jì)制作的作品不僅外觀非常精美，而且技術(shù)含量極高。如作品“智能小屋”，不僅可以采集風(fēng)能、太陽(yáng)能等能源，還帶有自動(dòng)控制系統(tǒng)，完全體現(xiàn)了綠色、環(huán)保、智能的先進(jìn)理念。制作中學(xué)生把整套機(jī)器人的主板、直流電機(jī)、伺服電機(jī)和傳感器等重要部件全部用上。教師的評(píng)價(jià)是：“短時(shí)間內(nèi)完成這樣的設(shè)計(jì)與制作，真是技藝高超。作品精妙絕倫，極具推廣價(jià)值。但愿不遠(yuǎn)的將來(lái)我們都能住上你們?cè)O(shè)計(jì)的智能小屋?！倍處熢谠u(píng)價(jià)學(xué)生作品時(shí)，注意對(duì)不同層次學(xué)生的獨(dú)創(chuàng)性思維給予肯定和表?yè)P(yáng)，對(duì)那些敢于大膽創(chuàng)新的學(xué)生予以大力鼓勵(lì)和表彰，使他們體驗(yàn)到創(chuàng)新的樂(lè)趣，感受成功的快樂(lè)，以此保護(hù)他們的創(chuàng)新精神，激發(fā)他們繼續(xù)創(chuàng)新的熱情，進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生的技術(shù)素養(yǎng)。

五、結(jié)束語(yǔ)

在《簡(jiǎn)易機(jī)器人制作》教學(xué)中，注重教學(xué)環(huán)節(jié)的緊密銜接，精心設(shè)計(jì)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，巧妙運(yùn)用教學(xué)評(píng)價(jià)的激勵(lì)功能鼓勵(lì)學(xué)生大膽嘗試，勇于創(chuàng)新，感受成功，在親歷實(shí)踐中培養(yǎng)學(xué)生勤于動(dòng)手和動(dòng)腦的習(xí)慣及創(chuàng)新意識(shí)，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造潛能，實(shí)現(xiàn)提高學(xué)生技術(shù)素養(yǎng)、促進(jìn)學(xué)生全面而富有個(gè)性發(fā)展的基本目標(biāo)。