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一、設(shè)計思路

1.設(shè)計背景

當今時代各個國家綜合國力的競爭歸根結(jié)底就是科技創(chuàng)新實力的競爭，是人才的競爭。因此我國一直采取科教興國的發(fā)展戰(zhàn)略。3D One是國內(nèi)首款青少年三維創(chuàng)意設(shè)計軟件，基于搭建積木的方式，學生快速建立模型，利用軟件提供的命令符及工具輕松快速的創(chuàng)造出創(chuàng)意三維實體，能讓學生體驗愉悅的創(chuàng)意過程和促進學生學習主動性的提高和創(chuàng)新思維能力培養(yǎng)的同時，又符合2016年教育部出臺的《教育信息化“十三五”規(guī)劃”》中明確指出有效利用信息技術(shù)推進“眾創(chuàng)空間”建設(shè)的要求，且3D打印出作品融合到各類創(chuàng)新比賽中，能深層次的、愉快地發(fā)揮孩子的創(chuàng)造能力。實踐能力的培養(yǎng)吸引了許多教育領(lǐng)域內(nèi)的專家學者和教師的興趣，如何利用3D打印技術(shù)開設(shè)課程，已經(jīng)成為老師和專家們討論的焦點。

廣東省創(chuàng)意機器人大賽是廣東省教育廳面向廣東省和港澳地區(qū)中小學校推廣的科技創(chuàng)新類競賽活動，由廣東科學中心和廣東省科技館研究會聯(lián)合主辦，旨在提高廣東省及港澳地區(qū)中小學生機器人創(chuàng)新設(shè)計制作水平，促進粵港澳大灣區(qū)科普教育交流，助力中小學階段人工智能和編程等相關(guān)課程滲透到學校。每年大賽的主題都會不同，今年的大賽主題為：工業(yè)機器人，要求參賽選手按要求親手設(shè)計和制作工業(yè)機器人和傳送帶，模擬智能工廠的生產(chǎn)過程，進行產(chǎn)品識別、加工等系列操作，完成相應(yīng)任務(wù)。

2.設(shè)計依據(jù)

1）掌握大賽主題內(nèi)容。每年大賽主題都不會不同，怎么才能在大賽中獲得優(yōu)異成績且令學生有所收獲是我一直考慮、關(guān)注、不斷改變培訓模式的重點內(nèi)容。2020年大賽的主題是工業(yè)機器人，工業(yè)機器人是面向工業(yè)領(lǐng)域的多關(guān)節(jié)機械手或多自由度的機器裝置,它能自動執(zhí)行工作，能靠自身動力和控制能力來實現(xiàn)各種功能的一種機器。大賽模擬智能工廠的智能生產(chǎn)過程,要求參賽選手設(shè)計制作機器人和傳送帶,按照產(chǎn)品個性定制要求，進行產(chǎn)品識別、加工等系列操作。工業(yè)機器人的設(shè)計目標是為了提高生產(chǎn)效率，參賽選手使用相同的基礎(chǔ)材料包，通過不同的結(jié)構(gòu)設(shè)計和控制方法，提高生產(chǎn)效能。大賽的規(guī)則既評判參賽作品的創(chuàng)意水平和科學性，又比拼參賽作品的生產(chǎn)效率。

2）師生熟讀大賽規(guī)則。讀通、讀懂規(guī)則是每一次比賽的首要任務(wù)。廣東省創(chuàng)意機器人大賽的比賽規(guī)則要求嚴謹，不會因為任何原因而違背大賽規(guī)則，所以如果因為一些細微出差而導致取消參賽資格會得不償失。

3）提升學生綜合創(chuàng)新素養(yǎng)能力。機器人與信息技術(shù)課程都是以重實踐為主要目的的教育理念，在參賽培訓中注重學生的綜合創(chuàng)新素養(yǎng)能力的提高，在培訓中以項目式學習作為學生的主要模式，使學生通過應(yīng)用知識、動手操作的方式來學習，進而加深對學習材料的理解，強調(diào)積極建構(gòu)、合作學習、自主學習、主動參與。

3.活動主題和對象

1）活動主題

活動主題是因應(yīng)不同的比賽主題而設(shè)定，如廣東省創(chuàng)意機器人大賽2018年為演奏機器人、2019年為無人駕駛機器人、2020年為工業(yè)機器人，每年都會圍繞主題對拼裝、電路組裝、主題外觀創(chuàng)作進行培訓學生，將大賽每一個比賽項目分模塊，一個一個模塊內(nèi)容進行分析、攻克、熟練這樣的循環(huán)模式進行培訓。

2）對象

   培訓對象主要是4-6年級的學生，先根據(jù)學生的平時成績進行初選，然后再進行電腦操作二次篩選，第三次是參加日常機器人培訓的篩選，第四次是進行市賽篩選，進過四個環(huán)節(jié)的篩選，最后在1299人里選出4-8人進行廣東省創(chuàng)意機器人省賽的培訓。

二、教育目標

因為在參賽培訓中意在提高學生的綜合創(chuàng)新素養(yǎng)能力，并以項目式學習為主要模式，所以從STEAM教育的五個方面（S（科學）目標、T（技術(shù)）目標、E（工程）目標、A（藝術(shù)）目標、M（數(shù)學）目標）進行設(shè)計教育目標。以2020年工業(yè)機器人大賽為例，為了使得整個培訓過程與各學科融合貫通一起，所以筆者將學習目標設(shè)計如下：

S（科學）目標：營造3D打印、機器人學習氛圍，能夠嘗試使用掌握的技術(shù)、工程、藝術(shù)、數(shù)學多學科知識進行融合創(chuàng)新，培養(yǎng)學生團隊合作精神。

T（技術(shù)）目標：通過培訓使學生了解一些電器元件的名稱、電路符號。掌握機器人的基本結(jié)構(gòu)及組成，能不看圖紙迅速拼裝機器人。

E（工程）目標：掌握機器人芯片原理，學會看電路圖，熟練、迅速完成電路組裝，并實現(xiàn)機器人的功能，要求熟練使用3D one軟件為機器人外觀進行設(shè)計。

A（藝術(shù)）目標：從網(wǎng)絡(luò)、本地人文文化等多種途徑尋找機器人外觀主題，利用一些回收的材料或生活用品制作成具有一定創(chuàng)意意念的造型和特定作用的裝置，從而提升學生的文化、藝術(shù)能力。

M（數(shù)學）目標：會用簡單的數(shù)學邏輯結(jié)構(gòu)來描述解決問題的方法。

三、表現(xiàn)方法

根據(jù)教育目的，遵循發(fā)展性評價理念，為了讓學生知識和能力都得到很好的提高，思想意識得到升華，培訓方法主要一下三種。

1.頭腦風暴法

在接到省賽比賽具體內(nèi)容后，由參賽成員組織一場頭腦風暴，讓成員在正常融洽和不受任何限制的氣氛中以會議形式根據(jù)比賽內(nèi)容：組裝、電路、創(chuàng)意外觀、分工等內(nèi)容進行討論、座談，打破常規(guī)，積極思考，暢所欲言，充分發(fā)表看法。

2.探索與創(chuàng)新

1）根據(jù)圖紙思考如何對工業(yè)機器人進行組裝，以及如何提高組裝速度和準確性；

2）掌握各型號芯片的邏輯原理，并根據(jù)電路原理進行電路組裝；

3）確立主題，根據(jù)主題內(nèi)容，利用3D打印技術(shù)完善創(chuàng)意外觀。

3.評價與交流

    對自己的作品和得獎作品的外觀進行評價、總結(jié)、提出日后改進方法。

四、實施流程

1.機械拼裝

工業(yè)機器人拼裝主要是動作組件的安裝，動作組件包括：木板支架、十字臂、碰撞開關(guān)、驅(qū)動馬達、皮帶輪等。要求學生對拼裝熟練程度要達到不看圖紙也能在規(guī)定時間內(nèi)容快速完成。

2.電路組裝

電路是每次比賽是重難點，控制電路主要由邏輯芯片，通過杜邦線和面包板，按照自主設(shè)計的電路連接而成，首先要求學生掌握邏輯芯片的原理，能夠看懂電路圖。組裝后的電路要求能夠完成大賽要求的功能：在規(guī)定的時間內(nèi)完成60個不同顏色的色塊分揀。并且檢測準確率和工作效率要達到99%。

3.創(chuàng)意外觀

確立主題后，小組成員考慮外觀以及場景哪些環(huán)節(jié)可以利用3D打印技術(shù)設(shè)計，然后進行設(shè)計、建模、打印等完成一系列工作后，對外觀及場景進行裝飾。

五、教育效果

在學校的支持下，已經(jīng)開展了三年的機器人比賽培訓課程，有一批固定的科技興趣組學生，以此帶動、輻射全體學生，雖然是機器人比賽，但不僅于機器人的學習，內(nèi)容還輻射有3D打印技術(shù)，基于3D打印的比賽項目使使學生可以在進階式的制作、學習過程中體會到成功的樂趣。所學習的內(nèi)容在日常的學習、其他比賽類型也能應(yīng)用到，同時學生的創(chuàng)造、設(shè)計、建構(gòu)、發(fā)現(xiàn)、合作、解決問題能力都能提高，也符合學生的童心、童趣，促進了學生學習方式的多樣化，促使他們自主地參與、主動地探索，在參與和探索中有所收獲。