王威劉龍

（安徽省淮南第二中學(xué)，安徽 淮南）

一、課程理念

“創(chuàng)客”一詞來(lái)源于英文單詞“Maker”，是指出于興趣與愛(ài)好，努力把各種創(chuàng)意轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)的人。目前，創(chuàng)客教育以變創(chuàng)意為現(xiàn)實(shí)、勇于創(chuàng)新為目的，正在逐步進(jìn)入中學(xué)創(chuàng)客空間或者社團(tuán)活動(dòng)當(dāng)中。參與的學(xué)生與教師通過(guò)任務(wù)驅(qū)動(dòng)、探究學(xué)習(xí)、在線課程等方式，在模仿與創(chuàng)新中設(shè)計(jì)出一定的作品，并把自己的成果分享出去，從而體驗(yàn)創(chuàng)造的快樂(lè)。

本課程以9G舵機(jī)以及超聲波測(cè)距儀的使用為基礎(chǔ)，通過(guò)3D打印材料制作OTTO機(jī)器人為任務(wù)驅(qū)動(dòng)，開(kāi)展創(chuàng)客教育活動(dòng)。所謂“任務(wù)驅(qū)動(dòng)”是一種建立在建構(gòu)主義教學(xué)理論基礎(chǔ)上的教學(xué)法，“任務(wù)驅(qū)動(dòng)”就是在學(xué)習(xí)創(chuàng)客制作的過(guò)程中，學(xué)生在教師的幫助與指導(dǎo)下，緊緊圍繞一個(gè)制作項(xiàng)目，在明確的項(xiàng)目任務(wù)驅(qū)動(dòng)下，通過(guò)對(duì)學(xué)習(xí)資源或在線課程的積極應(yīng)用，進(jìn)行自主探索和相互間協(xié)作的學(xué)習(xí)。在完成既定任務(wù)的同時(shí)，引導(dǎo)學(xué)生產(chǎn)生一種學(xué)習(xí)實(shí)踐意識(shí)。在教學(xué)過(guò)程中，師生打破傳統(tǒng)的教師主導(dǎo)式教學(xué)方式，構(gòu)建一種新的“平等”關(guān)系，這與創(chuàng)客教育主張的“自由”不謀而合。因此，我校科創(chuàng)社團(tuán)課程的教學(xué)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)遵循這種關(guān)系，為教與學(xué)的順利實(shí)施提供依據(jù)。

二、教學(xué)內(nèi)容

一個(gè)好的創(chuàng)客教學(xué)案例，教師應(yīng)從創(chuàng)意設(shè)計(jì)、需求分析、編程實(shí)現(xiàn)和拓展創(chuàng)新進(jìn)行整體考慮。作者在完成Arduino基礎(chǔ)教學(xué)的基礎(chǔ)上，結(jié)合學(xué)生對(duì)現(xiàn)有知識(shí)的掌握程度，不斷深入推進(jìn)創(chuàng)客課程模塊的教學(xué)。而本節(jié)課OTTO機(jī)器人制作則是任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)的一個(gè)樣本。

OTTO是一個(gè)完全開(kāi)源的互動(dòng)機(jī)器人，用3D打印制作機(jī)器人外形，通過(guò)幾乎無(wú)焊接的簡(jiǎn)單電子連接，通過(guò)最簡(jiǎn)單的代碼進(jìn)行操作控制。OTTO機(jī)器人制作過(guò)程主要涉及：利用Cura 3d切片軟件對(duì)OTTO機(jī)器人STL文件進(jìn)行切片、3d打印機(jī)的使用、在Arduino開(kāi)發(fā)板的基礎(chǔ)上使用9G舵機(jī)、超聲波傳感器、OTTO機(jī)器人的組裝與編程。通過(guò)任務(wù)探究培養(yǎng)學(xué)生的觀察力和思考力以及發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。提升學(xué)生勇于探索、大膽設(shè)計(jì)、積極合作的學(xué)習(xí)態(tài)度，并分享成功帶來(lái)的喜悅。

三、如何設(shè)計(jì)任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)

1.情景創(chuàng)設(shè)

創(chuàng)客教育任務(wù)驅(qū)動(dòng)法的實(shí)施，首先要?jiǎng)?chuàng)設(shè)與當(dāng)前學(xué)習(xí)主題相關(guān)、盡可能真實(shí)的學(xué)習(xí)情境，激發(fā)學(xué)習(xí)者主動(dòng)進(jìn)行探究的欲望。教師引導(dǎo)學(xué)習(xí)者帶著真實(shí)的“任務(wù)”進(jìn)入學(xué)習(xí)情境，使學(xué)生的學(xué)習(xí)直觀化和形象化。情景創(chuàng)設(shè)的任務(wù)，除了真實(shí)、有趣，還要具有綜合性。本課題以學(xué)生對(duì)機(jī)器人的神秘感為抓手，設(shè)計(jì)了一個(gè)真實(shí)、有趣，同時(shí)又具有綜合知識(shí)運(yùn)用的OTTO機(jī)器人制作創(chuàng)客教育項(xiàng)目。在教學(xué)時(shí)首先展示教師制作的OTTO機(jī)器人，明確告知學(xué)生，通過(guò)本次課程的學(xué)習(xí)都能親自制作一個(gè)會(huì)動(dòng)的OTTO機(jī)器人，以這樣的問(wèn)題情景激發(fā)學(xué)生的興趣。

2.任務(wù)分析

教師把制作OTTO機(jī)器人的任務(wù)呈現(xiàn)在學(xué)生面前后，先讓學(xué)生觀察機(jī)器人組成和腿腳運(yùn)動(dòng)動(dòng)作，然后相互討論。在原有Arduino編程知識(shí)的基礎(chǔ)上，提出完成任務(wù)需要解決的問(wèn)題，教師引導(dǎo)學(xué)生由易到難逐步理清問(wèn)題。對(duì)于要解決的問(wèn)題，教師不要直接告訴學(xué)生如何解決，而是向?qū)W生提供一些解決問(wèn)題的思路與方法，去哪里獲取OTTO機(jī)器人的相關(guān)資料，這樣使學(xué)生認(rèn)識(shí)到OTTO機(jī)器人的制作涉及了3D打印外殼、舵機(jī)運(yùn)動(dòng)學(xué)、距離傳感器、程序控制等知識(shí)。在獲得比較清晰的研究思路后，學(xué)生開(kāi)始分制作模塊進(jìn)行自主探究。

3.完成任務(wù)

OTTO機(jī)器人的制作模塊雖多，但相對(duì)獨(dú)立。在任務(wù)探究過(guò)程中，要充分發(fā)揮學(xué)生的主體作用，讓學(xué)生大膽地嘗試完成任務(wù)，不要害怕失敗。教師作為活動(dòng)的指導(dǎo)者，建議科創(chuàng)社學(xué)生4～6人一個(gè)小組，小組內(nèi)分工合作把一個(gè)復(fù)雜任務(wù)分解成若干子任務(wù)，分別重點(diǎn)探究3D打印外殼和程序設(shè)計(jì)與制作。對(duì)3D打印感興趣的成員著重研究如何制作機(jī)器人外殼；對(duì)編程感興趣的小組成員，通過(guò)探究舵機(jī)的使用與編程設(shè)計(jì)，利用4個(gè)舵機(jī)先把OTTO機(jī)器人的腿和腳最基本動(dòng)作制作出來(lái)。在學(xué)生體驗(yàn)到階段性成功之后，再引導(dǎo)學(xué)生完善機(jī)器人功能，比如通過(guò)距離傳感器，實(shí)現(xiàn)遇到障礙物自動(dòng)停止等動(dòng)作。在這個(gè)探究過(guò)程中教師要不斷鼓勵(lì)學(xué)生，及時(shí)為學(xué)生提供幫助，引導(dǎo)學(xué)生參與機(jī)器人制作設(shè)計(jì)的整個(gè)過(guò)程，從而激發(fā)學(xué)習(xí)創(chuàng)客課程的興趣。

4.總結(jié)提升

整個(gè)OTTO機(jī)器人的制作過(guò)程，培養(yǎng)了學(xué)生的分析能力、主動(dòng)探究能力、動(dòng)手制作能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。學(xué)生通過(guò)分組完成機(jī)器人外殼制作和機(jī)器人編程之后，就會(huì)形成一個(gè)自己的作品。任何一個(gè)作品都有美觀、合理、協(xié)調(diào)之分，在課堂教學(xué)過(guò)程中，教師要對(duì)學(xué)生完成任務(wù)的結(jié)果及時(shí)給予不同的評(píng)價(jià)，不僅有利于教師掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)活動(dòng)情況，也能為學(xué)生進(jìn)行下一步任務(wù)的改進(jìn)進(jìn)行指導(dǎo)。

在高中科創(chuàng)社團(tuán)的創(chuàng)客教育中使用“任務(wù)驅(qū)動(dòng)”法教學(xué)時(shí)，在任務(wù)的設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮到學(xué)生的特征。“任務(wù)”的設(shè)計(jì)只有符合社團(tuán)成員的特征需求，才能使課堂效果事半功倍。在教師的指導(dǎo)下，學(xué)生探究時(shí)，根據(jù)任務(wù)難度由易到難、循序漸進(jìn)地完成，從而使學(xué)生對(duì)獲取知識(shí)的思路、方法，然后通過(guò)學(xué)習(xí)認(rèn)知的遷移形成自己的知識(shí)。