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智慧教育

基于STEAM理念的“机器人工程师”课程教学

为残障人士设计一扇自动门

时间:2017-06-16 13:14:00  来源:江苏科技报

  设计依据

  上海市虹口区区本课程“机器人工程师”是基于STEAM理念开发的区域性拓展课程。该课程以机器人设计、搭建、编程为载体,以学生生活中喜闻乐见的真实情境为项目活动主题,在学习机器人课程的过程中,通过分析问题、设计方案、搭建编程、验证测试等活动环节,让学生逐步体验计算思维过程,培养学生提出问题、解决问题以及合作学习、自主学习的能力。

  课例特色

  本课例是“机器人工程师(小学版)”项目四“有趣的智能住宅”中的第四个活动。前三个活动围绕智能住宅中的声控门展开研究,在此基础上,学生已经掌握了自动门的设计、搭建、编程。

  本节课结合“为不同的残障人士设计一扇自动门”主题开展活动,让学生针对某一类残障人士进行分析,设计适合这类残障人士通过的自动门,并进行传感器的选择、编程测试、验证改进,再次经历计算思维过程。

  教学目标

  知识与技能

  认识光电、亮度、超声波、火焰等传感器,了解各自的触发条件;能根据传感器的触发条件,对传感器进行测试;会根据声控感应程序,改编其他带有一个传感器设备的程序。

  过程与方法

  能从生活中得到启发,设想自动门的启动条件,并根据启动条件选择合适的传感器;根据已有声控门的测试程序与运行编程,对自己的设想进行实施和验证。

  情感态度与价值观

  养成对需要进行数值测试的模块进行测试、记录和使用流程图对编程进行预先设计的习惯。

  教学过程

  一、需求分析

  前一阶段,我们通过设计—搭建—测试—编程—验证,完成了“听话的门”的设计与制作。教师引导:“今天老师给大家带来一个好消息,残疾人协会的老师们对你们设计的声控门非常感兴趣,想把你们设计的门进行生产,装在有残障人士的家中,方便他们出入。你们想不想帮助他们?”

  出示课题:为残障人士设计一扇自动门。讨论设计标准:不是所有的残障人士都可以使用声控装置的,我们要考虑有着不同残疾的人,比如有眼睛不便的盲人、行动不便的腿部残疾和手部残障人士,有听不到声音的失聪人,还有一些智力有障碍的人,等等。请学生想想,我们设计的自动门有什么标准?

  二、设计方案

  师:请你们说说初步的设想,想为哪一类残障人士设计?自动门开启的方式是怎样的?用什么样的感应器比较合适?

  学生畅想,说出初步的设想。

  师:你们的想法真不错,老师也为你们准备了一些传感器和物品,希望对你们的设计有所帮助。下面就请你们小组讨论,试着完成学习单的第一部分——设计制作一个方案。

  1.我们想为      (哪一类残障人士)设计自动门,自动门以      方式开启。

  2.我们对自动门开启方式的选择,是由生活中的       现象想到的。

  3.根据开启方式的设想,我们会使用( )传感器实现门的自动开启。

  A触碰  B亮度  C光电  D热度  E超声波

  4.根据以上设想,为我们的自动门设计安装、调试的方案。

  第一步:

  第二步:

  第三步:

  学生填写方案,教师巡视指导。

  交流:设想触发条件、理由,选择实现这一触发的传感器以及调试方案。

  认识:光电、亮度、超声波、火焰等传感器。(根据需要选择学习材料进行自学)

  三、编程测试

  师:现在,你们已经选择了自己需要的传感器,制订了实施方案。接下来就要请你们根据自己的方案以及实施步骤进行实施。

  师:老师为你们提供两个工具——测量感应值用的记录表和编程用的流程图,请你们利用这两个工具完成自动门的程序编写。

  1.测量感应值(见表1)

  我们获得的判断数值是:

  2.编写程序

  (1)将测得的数值编入自动门的运行程序中。

 (2)根据流程图,使用图形化编程软件进行编程。

  3.学生活动

  四、验证改进

  在学生开始交流验证之前,师生要共同制订一个自动门评价标准。即自动门能否在触发感应器后顺利开启和关闭;感应器的使用是否符合这一类残障人士的需求。

  学生交流并进行即时评价:是否符合评价标准,如不符合有什么改进建议。

  五、小结

  师:今天我们通过设计、编程和验证,对我们原来的声控门进行改装,为残障人士设计了一扇方便实用的自动门。在验证的过程中,我们发现了一些细小的问题需要进一步改进。相信有一天,你们的设计会真正应用到残障人士的生活中,为他们带来方便。

  请学生课后到robot网络平台上,在项目四活动3中完成过程性评价表(见表2)。

  表2 过程性评价表

  实践反思

  本节课中,学生通过任务分析,对已有声控门的启动方式进行重新设计,根据不同残障人士的习惯找出不同的感应方式,并对感应器的启动值进行编程测试。在此过程中,学生经历了从设计到实现的过程,对如何进行科学测试,如何将自己的设计实施于工程、科学等领域,有了初步涉及。

  教学点评

  开放的项目活动给了学生充分的想象空间。教师以真实的生活情境引发需求——为不同的残障人士设计自动门。目标明确,解决的途径开放,真正体现了利用信息技术解决真实、开放性任务的学科要求。

  突破常规编程教学思路,关注计算思维的培养。在形成问题解决方案的过程中,通过需求分析、方案设计、搭建编程、验证测试等活动环节,让学生逐步体验计算思维过程。在活动中界定问题,建模思想通过流程图搭建起来,使学生清晰透彻地理解程序。然后根据流程图进行编程,并让门自动动起来。通过实践体验,学生建立了项目活动中解决此类问题的一般方法和工作规范。

  通过工具的使用,促进学生更好地思考,体验学习编程时独特的学习方法,真正成为学习的主体。教师提供的学习工具——记录表、思维工具——流程编制、编程工具——笔记本、评价工具——评价量表等,为学生搭建学习支架,引导学生自主开展探究,促进学生有效学习,切实有效地提高了学生的学习能力。

  整体来说,这节课是生动有趣的。在课堂上,合理运用信息技术能够加强学生个性化学习,注重师生、生生、生机之间的实时交互过程,及时发现学生学习过程中的问题,促进学生的交流和反思,帮助学生学会认知,学会主动建构知识,培养他们分析问题和解决问题的能力,促进高级思维的培养,给学生带来了一种全新的体验以及无与伦比的乐趣。(点评人:闻铭,上海市虹口区教师进修学院信息中心主任、虹口区小学信息科技教研员)

  朱贇 上海市虹口区广灵路小学信息科技教师。曾荣获上海市中青年课堂教学评比信息科技学科一等奖。参与虹口区区本课程“机器人工程师”教材编写。多篇论文、案例等在市、区各类比赛中获奖并公开发表。

标签:设计;学生;自动门
责任编辑:秦倩清(实习)