項目教學法在中職科技教育實踐活動教學中的探究

孔令艷

一、前言

在實施中職科技教育實踐活動的教學實踐中，通常學生學習制作機器人的積極性開始非常高，但隨著常規(guī)教學的進行，不少學生失去了學習的興趣。因為機器人制作涉及的知識與技能體系包括電子技術理論知識、創(chuàng)意電路的搭建、電腦軟件編程、外形創(chuàng)意設計及動手能力，每一個環(huán)節(jié)都涉及不同的知識和技能，參加機器人學習的學生如果沒有具備這些綜合的基礎知識，學習起來非常困難，無所適從。而且學習的課時少，一周一次課，學生無法全面掌握制作過程。這就造成學生雖感興趣，卻無法完成實踐制作的問題。因此，必須在教學方法上有所創(chuàng)新，我們的教學不但要使學生學習專業(yè)技能知識，還要使學生具有自主學習的能力和終身學習的觀念。于是，我們嘗試從一艘智能龍舟機器人制作的流程出發(fā)，運用項目教學方法，指導學生學會并掌握智能龍舟機器人的設計制作，收到較好的教學效果。

二、項目教學法在中職科技教育實踐活動教學中的應用

項目教學法是一種以教師為主導、學生為主體的師生共同完成一個完整項目而進行的教學活動。項目教學法的實施是通過“完成項目任務”的形式進行教學，是在教師的指導下，學生通過相對獨立地收集信息、學習知識、設計方案、演練、實施方案以及項目評價等環(huán)節(jié)完成項目，達到學習知識、應用知識的目的，從而實現教學目的。項目教學法適宜應用在跨專業(yè)教學活動和多學科實踐教學領域，所設計的項目往往包含多學科的知識。筆者在實施中職科技教育實踐活動教學中應用項目教學法，以廣東民俗“賽龍舟”為主題設計一款智能機器人龍舟，把智能龍舟機器人制作流程分為以下幾個項目開展教學活動：外形創(chuàng)意設計項目、結構設計項目、電路設計項目和程序設計項目。

（一）智能龍舟機器人制作課堂教學過程

從龍舟機器人制作的流程來看，適宜采用項目教學方法。每一步流程作為一個項目，將完整的機器人制作進行分解，以項目為引導分別學習每個項目的具體技能和相關知識。每個學生不一定對每一個項目都要精通，但是一定要掌握每個項目基本的制作方法，明白各項目之間的聯系，然后再著重向一個方向發(fā)展。在完成各個項目的學習后再將項目全面整合，最后學生完成機器人的制作。按照這種思路我們設計了下面的教學過程。

1.項目一：外形創(chuàng)意設計

實施這個項目， 學生可以采用傳統(tǒng)的繪畫、描圖的方式，也可以用電腦軟件設計（三視圖、草圖、圖示等），更可以按照他們的奇思妙想設計心目中的作品。龍舟機器人的外形沒有固定的樣式，需要制作者發(fā)揮自己的想象與創(chuàng)意。同時，制作者需從中尋找出合適的方案，從而創(chuàng)作出性能優(yōu)良的龍舟機器人。在實施教學的過程中，學生嘗試過很多形式，曾經試過將機器人做成立體式的，進行雕刻或3D打印等，因成本等原因，效果并不理想，最后這個機器人的外形結構由學生手繪做成。整個機器人由一個內部電路連接的主體和kt板塔建的龍形外形構成。圖1、圖2是我校學生制作的兩艘龍舟機器人。

2.項目二：結構設計

由于龍舟機器人在水面上運作，龍舟船體的平衡、傳動結構的穩(wěn)固、前進方向的穩(wěn)定、馬達動力的大小、減少接合處的摩擦力、船槳的形式和吃水的深度、電路接線等因素都需要制作者考慮，因此，結構設計的每一步都要求學生做到細致無誤。在制作中指導學生運用自己所學的知識去解決問題，在知識的獲得中促進發(fā)展，在發(fā)展過程中落實知識的教學。在教學實踐中，筆者從以下兩個方面來落實知識的教學。

（1）船體

這個結構是整個機器人的核心部分，能讓龍舟遇障礙物停止，并沿彎道行使。中心是一塊arduino驅動板，連接了馬達、電池盒、傳感器、觸碰開關、Led等電子元件。

（2）劃槳設計

劃槳的種類很多，根據船的吃水深度選擇安裝位置，并且可安裝在兩側和船的尾部。

3.項目三：電路設計

學生通過技術設計與探究進行真實學習和實踐感受，將他們制作的作品和設計在這里進行試驗，找出合理、最佳的設計。試驗器材主要由控制板、紅外傳感器、馬達、面包板、導線、開關、船體、木板等材料構成，控制板是其智能的核心，利用傳感器的數據，實現智能轉彎、智能避障，龍舟可以運行在非直線型航道上。以下是指導學生完成電路設計的教學實踐過程。

（1）傳感器子電路

為了使龍舟運行在非直線行道上，安裝了兩個觸動傳感器（檢測障礙物和沿彎道行駛）。電路原理圖如圖3所示。

電路接好后，可以對傳感器進行測試，指導學生完成以下代碼后，在串口監(jiān)測窗查看結果。

void setup（）

{

Serial.begin（9600）;

}

void loop（）

{

Serial.println（analogRead（5），DEC）;

delay（500）;

}

測試的時候，可以用小木板作為障礙物，逐漸靠近或遠離傳感器，同時從監(jiān)測窗口中查看數據變化情況，并記錄距離障礙物約1cm時的大概數值。測試時應注意避免強烈陽光照射的環(huán)境，同時調整發(fā)送與接收兩個傳感器的角度。

（2）馬達子電路

指導學生完成電路創(chuàng)意搭建：圖4，D7～D10連接左右馬達，電路搭建好后，運用程序逐級控制馬達的轉動速度。在程序設計中通過analogWrite（D，Num）函數實現轉速調節(jié)，Num的取值：0～255，0為停止，255為全速?？刂拼w轉彎或避障的方法各異，比較常見的方法是：每個馬達單獨驅動一側船槳，利用傳感器回傳的數據，編程序控制兩側船槳的轉速，從而實現龍舟轉向，實現非直線航道上運行。

4.項目四：程序設計

這個項目可讓學生學習機器人編程技術，在學習過程中，利用項目的構思和呈現的方案，整合項目一、二、三中的創(chuàng)意設計方案，指導學生完成圖5的代碼后，用電腦軟件下載到機器人控制板中，這樣一艘智能龍舟機器人就完成了。將創(chuàng)意設計成為作品，學生可體驗學習技術的過程和成功的快樂。

（二）課下的小組協(xié)作學習和網絡微課學習

為解決課時少的問題，我們成立了課下的協(xié)作學習小組。在小組負責人的組織下，依據項目實施方案，對小組成員按照各自的學習目標進行合理分工。動手能力強、想象力豐富的學生負責創(chuàng)意外型的制作項目;心靈手巧、做事比較細心、有耐心并且喜歡發(fā)明創(chuàng)新研究的學生負責機器人結構設計項目;邏輯思維能力強、英語或數學好的學生負責程序設計項目;有一點電子技術基礎、愛好搭建電路的學生負責機器人創(chuàng)意電路的搭建即電路設計項目。這種按項目進行明確的責任分工，同時要求各項目之間進行互助的學習方式需要小組成員自己組織，一是突出學生為主體的意識，調動學生學習的積極性;二是強調群體共學的意識，包括師生合作、生生合作，在合作中發(fā)展學生的才華個性，形成協(xié)作、交際、聯絡、組織的能力，使學生在學習中學會合作，促進他們共同學習，共同達成教學目標。在完成項目時，組內成員保持密切聯系，互相學習、溝通、交流，以更好地推進每個項目以及整個項目的完成。在課下制作的過程中會遇到各種各樣的問題，學生可通過校園網下載教師制作好的微課反復觀看來解決學習中的問題，對于學生解決不了的問題，教師要及時給予指導。

（三）總結與評價

制作流程分為4個項目：外形創(chuàng)意設計、結構設計、電路設計、程序設計。在完成項目的過程中小組進行階段性匯報，要求其他小組給予評價，對學習效果進行自評、組評、師評。他人積極的評價可以激發(fā)學生的學習熱情，使學生獲得成就感，有利于學生的后續(xù)學習。同時也能提升學生關于制作龍舟機器人的評價能力，激勵學生發(fā)揮創(chuàng)新精神，創(chuàng)造有特色的作品，以達到共享成果、共同提高的目的。每個項目完成后進行總結，總結的內容包括：制作的方法，設計意圖，進度情況，性能，在制作過程中遇到的問題、困難及解決的辦法，收獲與感受等多個方面。通過總結完成項目的過程與方法，討論技能的應用，促使學生進行反思，把所學會的知識與技能內化，以促進學生的進一步發(fā)展。

（四）展示與鞏固提高

龍舟機器人制作完成后，進行學生的作品展示。以鼓勵為主，以發(fā)展為方向，主要是讓學生對他們的作品作出點評，增強學生學習機器人的自信心，保持學生學習的持久興趣。鼓勵學生參加廣東省創(chuàng)意機器人比賽，這樣可以讓學生將學習到知識與技能進一步的鞏固和提高。

三、項目教學法在中職科技教育實踐活動教學中的實施效果

經過幾年的學習與探究，學校代表隊參加廣東省創(chuàng)意機器人大賽，根據每年大賽的創(chuàng)意要求，參加基礎組和編程組項目連續(xù)三年獲得一等獎、二等獎，其中第一屆龍舟機器人項目取得第一名的好成績，筆者獲指導教師優(yōu)秀園丁獎，學校獲得大賽優(yōu)秀組織獎，本項目獲廣州市教育局科技教育項目評價優(yōu)秀。用項目教學法實施該項目，學生的興趣得到激發(fā)、學習興趣高漲、創(chuàng)新思維活躍、科學探究能力得到提高、綜合素質提升，受到了廣大學生的歡迎。

四、結束語

項目教學法在中職科技教育實踐活動教學中的應用，對活躍課堂、增加學生的學習積極性、提高學生的創(chuàng)新能力和綜合素質具有重要的指導意義。目前，機器人制作的課程教學還處于初級階段，項目內容的深度設計、學生的自主學習能力和小組合作能力等方面還需進一步改進和完善。

責任編輯 陳春陽