動手做科學(xué)，模型玩創(chuàng)意

查國青

活動目標(biāo)

◇通過arduino控制器的使用讓學(xué)生了解智能控制的科學(xué)知識；

◇通過圖形化程序設(shè)計，強(qiáng)化學(xué)生的邏輯思維能力；

◇通過活動，提高學(xué)生利用書籍、網(wǎng)絡(luò)獲取信息、利用信息的能力；

◇通過“玩中學(xué)”，增強(qiáng)學(xué)生的動手實踐能力及團(tuán)隊合作能力；

◇通過“做中學(xué)”，讓學(xué)生體驗科學(xué)探究的過程，在探究活動中分享快樂；

◇通過活動，讓學(xué)生懂得合理利用資源，樹立可持續(xù)發(fā)展意識。

活動重點和創(chuàng)新點

活動重點：了解arduino控制器的使用，促進(jìn)學(xué)生對智能控制的了解認(rèn)識；通過多種方式提高學(xué)生收集信息、利用信息的能力；通過觀察后進(jìn)行動手設(shè)計、制作、調(diào)試，培養(yǎng)學(xué)生的動手實踐能力；通過創(chuàng)意作品的展示提高學(xué)生的表述能力；通過創(chuàng)意設(shè)計及對模型的二次開發(fā)，加強(qiáng)學(xué)生的科技創(chuàng)新意識和可持續(xù)發(fā)展意識。

活動創(chuàng)新點：充分利用校內(nèi)已有資源，并將已有資源最大化利用，開展科普活動。通過開展多種形式的活動，提高學(xué)生的動手實踐能力和創(chuàng)新意識，體驗探究過程，掌握探究方法，不斷提高學(xué)生的綜合科學(xué)素養(yǎng)；在活動中通過“做中學(xué)”實現(xiàn)二次開發(fā)的創(chuàng)意設(shè)計，在趣味活動中讓學(xué)生增長知識，提高能力；實現(xiàn)多元的評價方式，利用自評、互評及師評、調(diào)查問卷、微信投票等方式，實現(xiàn)結(jié)果性評價及過程性評價。

活動實施過程

前期準(zhǔn)備（統(tǒng)籌安排）

利用周一升旗儀式時間進(jìn)行方案的解讀與說明。通過校園網(wǎng)、紅領(lǐng)巾廣播、櫥窗進(jìn)一步宣傳“船模裝‘大腦”活動方案，讓全體師生對方案有所了解，并以告家長書形式將方案印發(fā)給家長，讓家長知曉。利用探究型課程及社團(tuán)活動進(jìn)行技術(shù)和方法的指導(dǎo)。

第1階段：收集船模資料，認(rèn)識創(chuàng)意“大腦”

◇原始船模資料收集

在中午時間組織6 8年級學(xué)生在海洋科普活動室、船模展示區(qū)、網(wǎng)絡(luò)教室等處參觀并記錄船模相關(guān)尺寸。利用數(shù)碼相機(jī)拍攝船模照片，并用皮尺測量并記錄其模型尺寸，填寫學(xué)習(xí)單；不方便測量尺寸的模型，記錄其名稱，利用其他中午時間到網(wǎng)絡(luò)教室通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行查找，并記錄相應(yīng)數(shù)據(jù)。

◇探究arduino控制器的使用

利用網(wǎng)絡(luò)搜索、圖書館資料查找，分組進(jìn)行arduino控制器相關(guān)知識的探究性學(xué)習(xí)；借助科技節(jié)開展“學(xué)習(xí)arduino——嘗試做創(chuàng)客”科普知識講座，開展arduino圖形化編程軟件ArduBlock系列微講座，利用網(wǎng)絡(luò)收集有關(guān)arduino控制器相關(guān)應(yīng)用并記錄在學(xué)習(xí)單中，嘗試使用arduino控制器。

第2階段：船模裝“大腦”（設(shè)計、組裝、調(diào)試）

◇小組合作，繪制設(shè)計圖

根據(jù)自己小組的船模選擇及想要達(dá)到的創(chuàng)意進(jìn)行設(shè)計，能夠使用“大腦”產(chǎn)生創(chuàng)意的效果，并填寫探究學(xué)習(xí)單。小組成員分工，并用視頻（或照片）記錄下設(shè)計過程，以備參加后期評比。設(shè)計表存放于教師指定的ftp文件夾中。

◇根據(jù)小組選擇的船模及設(shè)計進(jìn)行組裝

組裝過程中用視頻（或照片）記錄下組裝過程，以備參加后期評比。根據(jù)小組選擇的船模及設(shè)計進(jìn)行組裝，在組裝過程中如需特殊工具可提前與指導(dǎo)教師聯(lián)系。

◇調(diào)試程序，達(dá)到預(yù)期效果

編制程序，并下載到控制器運(yùn)行，觀看是否達(dá)到預(yù)期效果，若沒有達(dá)到則對程序進(jìn)行調(diào)整。組裝過程中用視頻（或照片）記錄下調(diào)試過程，以備參加后期評比。根據(jù)小組要達(dá)到的創(chuàng)意效果進(jìn)行程序設(shè)計及調(diào)試，在程序設(shè)計時出現(xiàn)問題可與指導(dǎo)教師聯(lián)系。

◇設(shè)計實例

在杭州號現(xiàn)代級導(dǎo)彈驅(qū)逐艦?zāi)Ｐ蜕宵c亮信號燈（雙色指示燈），打開開關(guān)紅燈亮3秒（啟航指示）后一直亮綠燈（正常航行指示）。設(shè)計草圖如圖1。

用微型手槍鉆在驅(qū)逐艦甲板上鉆3個小孔，能讓杜邦線穿過即可；用3根杜邦線一端插在（不要焊接，以便反復(fù)使用）arduino nano控制器的3個引腳上（分別為VCC、數(shù)字引腳3和4），一端用焊錫焊接在雙色指示燈3個腳上（共陽極）（見圖2）；將指示燈用熱熔槍（膠棒）固定到信號塔位置，并用熱熔槍（膠棒）將杜邦線固定好，并密封鉆孔位置。

打開arduino圖形化編程軟件ArduBlock進(jìn)行程序設(shè)計，下載程序到控制器，觀看指示燈的反應(yīng)，在調(diào)試程序時，觀察指示燈是否達(dá)到設(shè)計要求。調(diào)試成功后，還可作深化的改進(jìn)：例如在船上點亮多個或不同顏色的燈；啟航時點紅燈，航行過程中點綠燈，靠岸或遇障礙物時亮紅燈閃爍（增加超聲波傳感器）；船上點亮字形燈等。

本案例只是在指示燈產(chǎn)生的視覺效果方面進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計。當(dāng)然可結(jié)合聲音、動作及相關(guān)傳感器（例如利用超聲波、紅外傳感器或藍(lán)牙技術(shù)遙控船模），通過舵機(jī)控制舵的方向，甚至可在船模上安裝適合的傳感器測量水面溫度、鹽度、航行方向等參數(shù)。

在本案例中運(yùn)用STEAM理論，將科學(xué)素養(yǎng)、技術(shù)素養(yǎng)、工程素養(yǎng)、藝術(shù)素養(yǎng)及數(shù)學(xué)素養(yǎng)貫穿制作始終。其分析圖如圖3所示。

第3階段：創(chuàng)意船模走T臺（后期成果展示）

在科技節(jié)期間利用1天時間，由6-8年級參與活動的學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)意船?，F(xiàn)場展示。包括由小組組員利用PPT或視頻進(jìn)行探究過程展示，以及對創(chuàng)意船模進(jìn)行現(xiàn)場航行展示整個展示過程向所有班級進(jìn)行現(xiàn)場直播。展示前1周將計劃表上交至指定ftp文件夾中。

活動評價

通過以下方式對活動過程進(jìn)行評價，檢測活動目標(biāo)達(dá)成情況，以便下次開展活動的改進(jìn)及完善。

◇收集相關(guān)船模知識及arduino控制器及相關(guān)元件知識題，由信息中心將其導(dǎo)入電子書包系統(tǒng)。所有參加活動的學(xué)生通過電子書包進(jìn)行科普知識競賽，評選出個人一、二、三等獎。

◇初賽中，團(tuán)體分前6名的小組進(jìn)行決賽展示。決賽展示包括3個環(huán)節(jié)：10道必答題、10道搶答題及1道創(chuàng)意設(shè)計。通過電子書包進(jìn)行活動，其中必答題與搶答題由電子書包自動評閱，創(chuàng)意設(shè)計題分值由其他小組代表組成的大眾評審?fù)ㄟ^電子書包進(jìn)行投票打分，其合計分值產(chǎn)生知識競賽團(tuán)體一等獎1名、二等獎2名、三等獎3名。

◇設(shè)計圖評比：根據(jù)設(shè)計圖進(jìn)行打分，評選出一、二、三等獎。

◇活動過程照片評比：根據(jù)照片的拍攝角度、主題選擇、總體效果等評選出一、二、三等獎。

◇邀請區(qū)活動中心相關(guān)教師擔(dān)任評委對現(xiàn)場展示過程進(jìn)行打分，根據(jù)設(shè)計圖的設(shè)計打分情況，評選出一、二、三等獎。

◇通過網(wǎng)絡(luò)以問卷的形式了解每個學(xué)生的參與情況，進(jìn)行項目活動過程的個人自評、組員互評、班級組間互評，以評選出積極參與獎、最佳合作獎、優(yōu)秀個人獎等獎項。

◇將作品圖片及創(chuàng)意說明上傳至學(xué)校微信公眾平臺，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)投票，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)投票結(jié)果選出最佳人氣獎、最佳創(chuàng)意獎、最佳作品獎、最佳設(shè)計獎。

完成以上過程性評價及結(jié)果性評價后，向獲得一、二、三等獎及優(yōu)勝獎的個人和團(tuán)體，頒發(fā)證書和獎品。另外向在活動中表現(xiàn)出特長的學(xué)生授予特長認(rèn)定證書。

可能出現(xiàn)的問題及解決預(yù)案

◇資金問題。向?qū)W校申請海洋科普及創(chuàng)新實驗項目專項資金，我校以海洋特色文化為發(fā)展方向，學(xué)校在海洋科普教育方面會大力支持。

◇探究過程中學(xué)生缺乏耐心。在比較漫長的探究過程中難免遇到挫折，此時往往有學(xué)生會表現(xiàn)出意志力消沉，產(chǎn)生放棄的念頭，因而任何一位輔導(dǎo)教師都應(yīng)該及時關(guān)注學(xué)生探究過程中表現(xiàn)出來的狀態(tài)，以通過激勵制度給予鼓勵，通過科學(xué)家的故事對學(xué)生進(jìn)行教育，培養(yǎng)學(xué)生的耐心和毅力。

◇探究時遇到技術(shù)問題。在創(chuàng)意設(shè)計與作品制作過程中，學(xué)生難免遇到自己難以解決的技術(shù)問題。活動指導(dǎo)教師在學(xué)生上交創(chuàng)意設(shè)計材料時，對此應(yīng)預(yù)先作好充分準(zhǔn)備。從而一方面利用信息科技課及探究性課程對學(xué)生進(jìn)行技術(shù)和方法的指導(dǎo)，另一方面為學(xué)生提供有效的參考資料，以便學(xué)生的探究活動能順利開展。