专题：机器人类科技教育活动案例

2023-01-28 16:14:41 来源：科普中国

机器人类科技教育活动案例

机器人活动是融合电子、机械、生物、计算机科学与工程、人工智能等先进技术，通过设计和开发能解决实际问题的智能人造物[1]，激发学生学习兴趣，培养学生综合能力的多学科交叉活动。机器人活动属于科技教育范畴，是以提升学生核心素养，培养学生兴趣爱好、创新精神和实践能力为宗旨，以提高学生的工程思维、计算思维和设计思维为目标的教育，是信息科技、劳动与综合实践活动的拓展补充，为学生个性化发展和全面发展提供有力的支持。机器人活动的理念包含：关注学生的个性化发展和全面发展，着力提升学生的多元素养；促进学生创新精神的发展，加强学生实践能力的培养；紧密联系学生的生活实际，努力反映先进机器人技术和先进文化。

(资料图片)

机器人活动一般都配有基于学生的学龄特征与认知规律的教具，包含结构、电子和编程，并根据不同学龄段匹配相应的内容（表1）。

根据机器人活动的目标和学习特色，一般从计算机科学、跨学科、生活、项目、思维和创造等维度设计活动。机器人活动的课程资源一般包含教具清单、教材、课件、教案（参考搭建图）、备课视频（课堂实录）、学习报告和测评题库等，便于一线讲师备课和授课。

【活动案例】智能浇花机器人

人类掌握植物种植技术已有近万年，中国发现的最早的粟遗址，是距今已有8 000年的碳化粟粒。以前种植全凭经验，代代相传，用眼睛观察天气情况，靠天吃饭，用手试土壤的干湿度，决定是否浇水。虽然经过千年的技术传承，培育植物的经验已经很成熟。但是个人能力的差异，难以形成标准化，造成判断不精准，导致植物长势不理想，经济效益低。如今，信息技术正在被广泛应用到植物栽培中。利用各种电子传感器，可以更精准地判断土壤干湿度，判断土壤质量；利用智能处理器可以更精准地确定何时浇水、何时施肥等。人们利用工程思维、计算思维、设计思维，建设数字化农业，让植物的产量和质量越来越好，让我们感受到智能信息技术给人类生活带来更多的实惠。21世纪是机器人的时代，如今单片机得到迅猛发展，其以高性价比、高速度、小体积、可重复编程和方便扩展等优点，在实践中得到了广泛的应用。活动育人价值

本项目活动中，学生不仅学习自动测量土壤干湿度，同时还要学习认识植物特性（生物）、土壤干湿度测量原理（自然、物理）、机器人结构设计（工程）、逻辑编程（计算思维）等多种知识。通过培养不同的花卉植物，设计制作智能浇花机器人，让学生在劳动中培养环境保护意识，提高信息技术素养、工程设计能力和动手能力。本项目的育人价值主要体现在以下几个方面。智能浇花机器人活动将科学实验与编程有趣结合，从信息科技、智能编程教育出发，采用项目式教学方法，提升学生的动手能力、科学探索能力、计算思维及工程思维。教学活动中，学生需根据任务自己选择要种植的植物，从土壤收集开始，一步步培育自己的花卉，自己设计抽水装置，相互帮助繁育栽培，在项目式教学中提高学生的动手能力、相互合作精神，感受工程设计魅力。学生学习植物栽培知识，用自制湿度传感器设备获取花盆土壤湿度，并对数据进行分析，感受生物与科技的玄妙，提高学生的科学探索意识和科技素养。通过搭建浇花机器人，编程使单片机对传感器数据进行实时分析，科学、合理、精准地控制水泵浇花，提高学生的计算思维、逻辑思维和工程思维能力，让学生感受到信息科技应用带来的实惠。

活动目标

根据项目任务，在教师的引导下，学生间自主合作进行科学探究，实现如下目标。学习了解花卉知识和不同花卉的培养方法，学习植物对环境保护的重大作用，提高环境保护意识；动手制作盆栽，提高学生劳动素养。学习水资源的重要作用和自然界水资源的产生；了解水泵的工作原理和分类；动手设计制作一台水泵，锻炼学生的工程思维。学习土壤湿度传感器的工作原理和应用；探究湿度传感器的使用方法；设计和制作土壤湿度探测装置，锻炼学生的设计能力。认识迷你CPU和下载版，学习软件编程；设计机器人及程序，实现CPU对传感器数据分析，智能化控制水泵自动浇花；提升学生设计思维、计算思维与工程思维。

活动实施过程

见表2

主题设计思路说明

单片机已渗透到我们生活的各个领域，对单片机的学习、开发与应用将造就一批智能化控制领域的科学家与工程师。“智能浇花机器人”活动是以机器制作、科学实验、逻辑编程、智能控制为核心设计的综合性、全面性、项目式的跨学科主题探索活动，将信息科技、工业设计、逻辑编程、历史与人文有趣相结合。学生学习单片机，学习机器人与编程，在学中玩，从玩中学，还可以让他们把学习到的知识应用到生活中，制作出实实在在的单片机应用产品，激发学生的科技探索欲望。在教学过程中，该项目活动适合安排2—3年级的学生开展。在课时安排上，建议集中安排6～8课时。在项目实施上，应每人1套器材，既进行小组讨论互助学习，又进行自主设计编程，制作机器人；既相互合作，又有自己的设计风格。在项目实践中，教师应融入跨学科主题教学，教师仅作引导，挖掘活动的育人价值。应给予学生更多自主发挥空间，进行开放式讨论学习，同时进行多样化设计。增加学生间的互动和语言表达，培养学生的工程思维、计算思维和设计思维。

活动评价

见表3

参考文献[1] 钟柏昌．中小学机器人教育的核心理论研究——机器人教学模式的新分类[J]．电化教育研究，2016，37（12）：87-92．DOI:10.13811/j.cnki.eer.2016.12.012．

原文刊载于《中国科技教育》2022年第9期专栏栏目，作者：王莎莎。中国青少年科技辅导员协会会员可点击“阅读原文”登录杂志官网免费浏览全文。

关键词：信息技术环境保护工作原理