Micro：bit是近年來被很多中小學學生和科技教師青睞的一款控制器，以其體積小、集成度高、操作簡單等優(yōu)勢迅速在校內(nèi)普及。將Micro：bit控制器結合相應的拓展板能夠完成很多項目的制作。本文中，以輪式機器人的設計與制作為例，向大家介紹基于Micro：bit控制板的項目式學習。

項目背景

輪式機器人是機器人領域中非常經(jīng)典和常見的一種機器人，很多同學接觸和學習機器人知識都是以輪式機器人作為開端的。與此同時，在日常生活中的生產(chǎn)、運輸中用到的機器人也都采用輪式移動的方式。我國設計制造的“玉兔號”系列月球車，也屬于輪式移動機器人。在教學中，向?qū)W生介紹“玉兔號”月球車的基本原理及背后的科研故事，培養(yǎng)樹立學生正確的價值觀，激發(fā)學生學習本項目的熱情。

項目目標

本項目是一個綜合性的設計與制作項目，需要學生綜合運用自己所學的各學科領域知識進行方案設計、問題解決，最終達到預期目標。本項目的具體目標如下：①通過移動機器人的設計與制作掌握計算機輔助設計軟件的應用，并使用激光切割機完成零件加工;②以移動機器人為載體，學習并運用基礎程序設計方法完成預設任務;③運用工程思維，對小組的方案設計進行權衡比較，最終確定最優(yōu)方案;④在項目制作過程中，增強學生團隊合作意識。

項目簡介

在此項目中，學生設計的輪式機器人要完成一些既定任務。從機器人的結構設計、程序設計、材料選擇等不同方面以目標為導向，完成機器人的制作，并在場地中完成測試。

本項目中預設的任務主要有：①從起點出發(fā)，機器人能夠通過坡度為30°左右的坡面;②通過坡面后，機器人完成繞標（2個障礙物）任務;③機器人要通過一系列崎嶇不平的路面;④3個任務都完成后，用時較少的隊伍獲得優(yōu)勝。

實施過程

項目制作過程中，依托工程設計周期的項目制作環(huán)節(jié)，培養(yǎng)學生核心素養(yǎng)全面發(fā)展。

創(chuàng)設情境，激發(fā)學習熱情，明確項目目標

高中學生在邏輯思維能力上和動手實踐上有很好的基礎，學生已經(jīng)對機器人的基礎知識有了初步了解，能夠了解機器人系統(tǒng)中各個子系統(tǒng)的功能及主要組成，學生喜歡參與項目式學習，并期待能夠在與同學的合作下完成作品。基于對學生情況的簡單分析，首先要通過一些學生感興趣的話題，激發(fā)學生參與項目學習的熱情。近年來，我國在探月工程中取得了巨大成就，“玉兔1號”和“玉兔2號”月球車先后在月球表面著陸，創(chuàng)造了一項又一項領先世界的紀錄。今年5月22日，“祝融號”火星車也安全駛離著陸平臺，開啟了火星探索之旅。這些令人振奮的科研成果都能夠極大程度地激發(fā)學生的民族自豪感，以此明確本項目的主題容易引起學生共鳴，激發(fā)學生參與項目的熱情。在項目的導入環(huán)節(jié)，通過月球車和火星車的介紹，引出本項目的具體目標。

依據(jù)項目目標，查閱相關資料，形成初步方案

在項目的導入環(huán)節(jié)，明確要完成的項目目標（爬坡、繞標、越障）。學生以組為單位，以目標為導向，利用互聯(lián)網(wǎng)查閱相關資料，形成初步設計方案。在獲取資料的過程中，要明確達成目標所需的結構、材料等。經(jīng)過對任務的理解和自己所學機器人基礎知識的運用，分析權衡后得出自己認為較為合理的方案。

小組內(nèi)討論，確定最終方案

前期每個同學根據(jù)自己對任務的理解，形成了自己的方案。接下來，再以小組為單位完成最終方案的確定。在查閱資料的過程中，每個同學都有自己的關注點。比如，有的同學更多關注如何更好地跨越障礙物;有的同學則希望增加機器人的靈活性、機動性，更快地完成繞標任務;有的同學考慮使用摩擦力更大的輪子提升機器人運行過程中的抓地力，從而順利爬坡如此，在確定小組最終方案前，需要經(jīng)過大家的充分討論，結合項目制作的時間、材料等客觀情況，確定一個最適合的方案。

依據(jù)方案完成項目制作，遇到問題及時調(diào)整

按照各小組確定的方案及人員分工，經(jīng)歷零件加工、組裝調(diào)試、程序設計等幾個環(huán)節(jié)，完成移動機器人模型的制作。具體環(huán)節(jié)有：①學生根據(jù)小組討論確定的設計方案，使用計算機繪圖軟件完成各部分零件的設計;②根據(jù)設計圖紙，使用激光切割或者3D打印等加工設備完成零件加工;③將加工好的零件進行處理，將處理好的零件與標準件進行裝配;④完成機器人結構組裝之后，使用BXY編程軟件對Micro：bit控制板進行程序設計，經(jīng)過調(diào)試，保證機器人能夠正常移動。軟件中有較為豐富的庫文件，通過調(diào)用庫文件可以實現(xiàn)對直流電機、舵機等輸出設備的控制。

在此過程中，盡管已經(jīng)有了明確的制作方案，但還會出現(xiàn)一些意想不到的突發(fā)問題，需要小組成員共同思考解決，及時調(diào)整方案。例如，有的小組為了追求機器人的快速移動，選擇了轉速較快的電機，但在實踐過程中發(fā)現(xiàn)，機器人移動速度過快不好控制，經(jīng)常會碰撞障礙物，導致任務失敗。經(jīng)過大家討論，采用齒輪變速的方案降低機器人的移動速度。

任務測試，提出更優(yōu)的改進方案

任何設計都不是完美的，在測試中還會出現(xiàn)一些問題，需要進一步迭代、改進。學生將制作完成的機器人在場地上進行測試，按照評價標準從靈活性、越障能力、爬坡能力等幾個方面對機器人進行評價。及時發(fā)現(xiàn)各組方案設計的優(yōu)勢與不足，并能夠根據(jù)不足提出適當?shù)慕鉀Q方案，對設計進行優(yōu)化。在此過程中，學生能夠反思自己在設計和制作過程中的不足與問題，其實也是一個增長經(jīng)驗的過程，更是一個知識、能力內(nèi)化的過程。不斷地發(fā)現(xiàn)問題、提出解決方案，使得學生的項目制作水平能夠不斷提高。

組間進行交流，分享自己的成功經(jīng)驗

項目制作過程中，每個小組都有自己的設計思路，也都形成了一定的制作經(jīng)驗。此交流環(huán)節(jié)中，邀請每個小組的學生進行分享，分享自己在設計制作過程中的成功經(jīng)驗，讓更多的同學能夠有所借鑒，共同提高。

總結與反思

突出以學生為主體的學習過程

本項目教學始終本著以學生為主體的教學理念，從最初發(fā)布任務到學生自主設計解決方案，再到學生設計制作模型，自主在場地上完成模型測試，最后總結機器人的優(yōu)勢與不足。教學的各個環(huán)節(jié)充分體現(xiàn)了學生的主體地位，教師則是教學的引導者，通過設計活動和問題激發(fā)學生的思考。

以我國科研成果為項目導入，培養(yǎng)學生正確價值觀

本項目教學的引入以我國“玉兔號”月球車為例，介紹移動機器人的特點，載體選擇考究，既能讓學生了解移動機器人的特點，又能讓學生感受到我國強大的科研實力。在模型制作和調(diào)試過程中，讓學生感受科學研究的不易，引導他們形成正確的價值觀。

以機器人為載體，培養(yǎng)學生人工智能意識

人工智能正在逐漸走進我們的生活，本項目以移動式機器人的設計和制作為主線，讓學生在制作中學習人工智能相關知識。學生經(jīng)歷體驗、思考、實踐、探究等幾個環(huán)節(jié)和過程，實現(xiàn)與人工智能技術的親密接觸。在未來的項目拓展中，可以增加更多人工智能技術的運用。比如，在機器人上增加攝像頭，通過圖像識別技術引導機器人完成標簽識別、面部識別等經(jīng)典人工智能的功能。

總而言之，移動機器人制作項目是一個綜合運用知識與技能的項目。通過這樣一個項目的制作，為學生創(chuàng)造學以致用的機會，更加深刻地讓學生理解知識的學習不能停留在其表面，更要理解如何靈活運用知識解決問題。