“麥昆成長記”STEAM教育系列課程

陳杰

教學背景

教育部印發(fā)的《教育信息化“十三五”規(guī)劃》中明確提出要探索STEAM教育、創(chuàng)客教育等創(chuàng)新教育模式。在此背景下，筆者以麥昆機器人成長學習過程中遇到的問題為主線，以問題解決為導向，以激發(fā)學生創(chuàng)新意識為目標，將傳統(tǒng)制造技藝、開源與人工智能技術、創(chuàng)客思維和STEAM教育理念相結合，兼顧并協(xié)調學生科學素養(yǎng)、人文精神和藝術涵養(yǎng)的發(fā)展。

教學目標

1.利用3D打印技術為麥昆量身設計參加足球賽的裝備結構件。

2.根據(jù)麥昆特點設計足球賽游戲規(guī)則。

3.編程實現(xiàn)用無線遙控進行足球賽游戲對戰(zhàn)。

STEAM視野

工程：麥昆輔助裝備結構件的設計與制作。

技術：無線遙控功能的編程實現(xiàn)。

藝術：足球運動的歷史。

教學準備

麥昆機器人套件、3.7V鋰電池、micro：bit遙控手柄、180度微型舵機、3.7V鋰電池充電器各1件，micro：bit控制板2件，以及SketchUp軟件、3D打印機、熱熔膠槍等輔助資源。

教學過程

一、情境導入

師：麥昆星球要舉辦一場足球賽，麥昆們都躍躍欲試，請你為麥昆設計合適的裝備，讓它們變身麥昆足球機器人。下面請大家想一想，參加足球比賽的麥昆需要哪些功能和裝備？裝備的結構件該怎么設計？

學生思考并討論交流。

二、講授知識

1.了解足球運動的歷史

教師講解足球在我國古代的起源、名稱變化、制作工藝、歷代演變、傳播及發(fā)展歷程等，讓學生了解我國“蹴鞠”這一非物質文化遺產及其豐厚的歷史文化底蘊。

2.了解現(xiàn)代足球比賽規(guī)則

教師介紹現(xiàn)代足球的起源及足球運動歷史上第一個文字形式的比賽規(guī)則——《劍橋規(guī)則》，并介紹足球比賽規(guī)則的演變，讓學生更深入地認識足球比賽的當代規(guī)則。

三、操作實踐

1.明確任務需求

師：因麥昆和人體結構不同，所以麥昆間的足球賽需要特定的比賽規(guī)則。請同學們參考人類足球比賽的規(guī)則，并結合麥昆的特點，為麥昆設計專屬的足球比賽規(guī)則。

學生思考并討論交流。

師：我們可以利用遙控手柄，無線遙控麥昆前進、后退、左轉、右轉，還可以無線遙控麥昆開球（控制舵機開球）。詳細的比賽規(guī)則如下。

（1）比賽以固定時間（5分鐘）為一局，進球數(shù)多者勝利。（2）比賽雙方各派出3名選手參賽，控制方式為遙控。（3）比賽雙方的3名選手中，至少有一名具備自主發(fā)球裝置。（4）比賽選手可全場帶球，近距離發(fā)射，攻入對方球門，也可以遠程發(fā)射，攻入對方球門（不存在越位）。（5）為了比賽的觀賞性及激烈程度，允許麥昆小車沖撞。（6）場地如圖1所示，比賽開始時，只允許雙方各派一名選手在中場位置爭球。

2.電路連接

本次電路連接只要將舵機連在S1接口即可，如圖2。

3.結構搭建

（1）麥昆輔助裝備結構件制作

師：為了讓麥昆能實現(xiàn)在球場上控球、踢球的功能，我們可以給麥昆車體前后分別配備控球爪和擊球棒，從而實現(xiàn)對球的控制。下面請同學們跟老師一起利用SketchUp軟件為麥昆設計裝備結構件。

第一步：在SketchUp中設計控球爪連接件，如圖3，并設計擊球棒。

第二步：在SketchUp中設計控球爪，如圖4。

第三步：在SketchUp中設計舵機固定件，如圖5。

第四步：利用3D打印機打印控球爪、舵機固定件、擊球棒等結構件。

第五步：組裝各結構件，并安裝在麥昆車體上，如圖6。

（2）足球場地制作

導入軟件素材里的球門3D模型，然后借助3D打印機將球門結構件打印出來，完成球門的組裝，再用熱熔膠槍將球門結構件固定在足球場上。

4.編程實踐

編寫麥昆端程序，如圖7。

編寫遙控手柄端程序（詳見教學演示文稿）。

5.測試運行

分別將程序上傳到麥昆控制器和遙控手柄控制器中，測試運行效果，如圖8。

四、拓展延伸

師：請同學們發(fā)揮自己的創(chuàng)造力，想一想如何讓麥昆更靈活、更精準地控球，嘗試設計制作其他的機械結構。

教學反思

本課以STEAM教育理念為指導，倡導跨學科的STEAM學習方式，將科學、技術、工程、藝術和數(shù)學有機融為一體，提升了學習的趣味性，讓學生在學中玩、在玩中學、在玩中創(chuàng)，為把學生培養(yǎng)成會科學探究、善技術實踐、有藝術品位、能工程創(chuàng)新的復合型人才奠定了基礎。