文/深圳市坪山區(qū)湯坑小學 牛穎剛
我校開展的基于STREAM教育理念課程,以工程問題解決為核心,多學科融合將碎片化知識綜合應用,讓學生以項目活動實踐,了解工程設計是應對挑戰(zhàn)時系統(tǒng)性和有創(chuàng)造性的過程,掌握運用系統(tǒng)方法對簡單問題涉及解決方法,構建并測試一個簡單模型來測定它是否滿足問題的要求,通過畫圖和模型交流設計結果。
機器人教學過程中以工程問題解決為主線的開展STREAM教學模式。本節(jié)課的整體教學思路:一是教師為學生提供一個真實生活情境,學校旁邊的馬巒山郊野公園,經常會有游人遇險急需救援。請設計一款救援機器人,救助遇困的游人。要求機器人在迷宮一樣的公園里盡快找到目標,給他帶去充電寶、急需的水和食物。二是真實情境引導下,學生提出并定義問題,利用已有材料諾寶機器人套件建立解決問題的設計圖紙。三是通過系列活動學習解決問題的知識和技能,如紅外避障傳感器、搭建穩(wěn)定機器人小車、簡單編程等。四是建立模型,畫設計圖和測試機器人模型,并在教室模擬場地的進行救援行動。五是學生通過PPT和模型進行匯報交流,提交方案。
1.引入真實情境。發(fā)生一起游人迷路事件,馬上就要天黑,遇險的游人手機電量耗盡,亟待救援。我們能否在有人需要的時候幫助他們脫困。將不同的解決方案寫在便利貼上,小組內交流,學生通過事件分析、討論。
2.學習背景經驗?!氨尘敖涷瀸W習”活動是教師通過教學設計幫學生搭建的學習腳手架,學生通過攀爬這些腳手架積累起來的認知和經驗,有助于學生再次面對真實問題是作出明智的選擇。走進機器人讓學生了解機器人由來、機器人的定義、分類等,為學生設計能完成工程問題的機器人做好鋪墊。忠實的巡邏兵學習基本編程方法、小車主體搭建、機器人轉彎、了解摩擦力的概念及影響因素分析,讓學生利用掌握知識解釋課堂實驗現(xiàn)象并解決實踐中問題的方法。走出迷宮,通過游戲盲人走路,體驗模仿人或動物實現(xiàn)仿真機器人編程思想,理解機器人模仿人或動物、為人服務的高度自動化裝置的概念。
3.解決問題。定義問題:以頭腦風暴的形式小組討論,分析,用一句話給問題下定義。如:為救援馬巒山郊野公園遇困游人,設計一款模擬環(huán)境中的救援機器人。
搭建初步模型:利用機器人套件中模塊和配件等,搭建機器人,在模仿的馬巒山郊野公園地圖中完成搜尋任務。要求:機器人小車能夠搭載2瓶以上礦泉水,在迷宮場地內走出來。學生需要思考:在小車上,搭建支撐礦泉水重力和側向推力的結構,并且保證車整體結構的受力傳導地面,查閱資料為什么三角形的結構具有穩(wěn)定性。
根據(jù)模仿盲人走路,利用兩個紅外避障傳感器實現(xiàn)搜尋和救援程序,具體參照機器人走迷宮程序。
材料清單:大板、電機、紅外避障傳感器、軌跡識別傳感器、RJ11連接線、方孔橫梁、緊固件、紅銷、黑銷、電池、直尺、瓶裝礦泉水等。
測試:在老師搭建的場地以小組按順序完成模擬任務,教師對各組作品及表現(xiàn)進行形成性評價量表。
匯報交流:小組使用3張以上PPT展示小車設計圖及遇到的問題及解決方案。其他小組完成評價量表,對展示小組進行評價。
4.STREAM要素??茖WScience:了解摩擦力及影響摩擦力的因素。技術Technology:以信息技術為核心、利用網(wǎng)絡資源進行信息檢索、并使用編程語言進行軟件編程。閱讀Reading:對檢索的信息進行閱讀。工程Engineering:利用三角形穩(wěn)定結構搭建車架、車廂等。藝術Art:制作簡單PPT、設計圖。數(shù)學Mathematics:正多邊形外角計。
STREAM的開放性使得教學實踐結果不是唯一正確答案,學習成果呈現(xiàn)多樣性,教學策略上采用形成性評價。通過形成性評測反饋幫助老師和學生識別、診斷和推進學習的進展,在以項目式開展機器人教學中的評測目的:制定教學計劃,對學生的教學需求進行了解;檢測課堂活動的有效性,給學生提供反饋信息,以及報告學生有關學習進展。完成評價量表,在教學過程中進行形成性評價。