西安交通大學(xué)分營：機器人小車STEM活動

李利波

2020全國青少年高校科學(xué)營西安交通大學(xué)分營于8月14m-19日在線上成功舉辦，甘肅、廣西、貴州、遼寧等地的315名營員參加了本次科學(xué)營活動。西安交通大學(xué)分營充分利用科教資源，帶領(lǐng)營員觸摸科技前沿，領(lǐng)略科技魅力。營員通過參觀國家重點實驗室，了解高端實驗技術(shù)與設(shè)備，學(xué)習精密儀器背后蘊含的科學(xué)原理，感嘆科學(xué)世界的瑰麗神奇;通過STEM教具互動實踐，學(xué)習機器人小車、無人機、電波鐘的組裝和調(diào)試，鍛煉動手能力，培養(yǎng)創(chuàng)新精神;通過聆聽大師報告，和教授面對面，加深對科研精神的理解，樹立科學(xué)理想。分營活動將學(xué)校學(xué)科特色、專業(yè)特色、人文傳統(tǒng)充分融入其中，有效激發(fā)了青少年對科學(xué)的熱情和興趣。其中，機器人小車STEM活動備受營員歡迎。

在本次科學(xué)營活動中，西安交通大學(xué)圍繞學(xué)校豐富的科技教育資源，打造了機器人小車STEM活動，極大地提升了營員參與科學(xué)營的熱情和興趣。營員通過機器人小車的組裝鍛煉動手能力，通過簡單編程學(xué)習自動化控制軟硬件知識，活動提升了營員的科學(xué)思想、創(chuàng)新意識和實踐能力。

教學(xué)準備

教具選擇

為選擇合適的教具，活動前期學(xué)校組織10余名優(yōu)秀科技社團骨干，對多種STEM科技資源項目進行測試評價，制定詳盡的操作手冊，評估確定評分細則，最終確定機器人小車作為STEM活動教具。

科教輔導(dǎo)員隊伍建設(shè)

學(xué)校邀請了2020年在第19屆中國青少年機器人競賽線上評審中榮獲6項一等獎的RoboMaster機器人隊為營員進行指導(dǎo)，并聘請隊內(nèi)資深隊員擔任本次STEM設(shè)計活動的教練，為營員提供最細致專業(yè)的教學(xué)。此外，科學(xué)營還安排數(shù)十位科技輔導(dǎo)員專門對營員進行詳細指導(dǎo)?？萍驾o導(dǎo)員隊伍對營員的耐心教導(dǎo)保證了STEM設(shè)計活動的順利進行。

教學(xué)資源準備

本次科學(xué)營活動全程在線上進行，因此前期的理論教學(xué)和實操教學(xué)材料準備尤為關(guān)鍵。在科學(xué)營開始之前，學(xué)校進行了任務(wù)設(shè)計、程序開發(fā)、前期調(diào)試，組織相關(guān)教練錄制了教學(xué)視頻，詳細介紹了開展活動需要的相關(guān)理論知識、小車安裝方法、程序搭建環(huán)境、編程控制案例，并進行了實操演示。

方案設(shè)計

STEM教具分配：地域分配與主觀意愿相結(jié)合

本次科學(xué)營STEM實踐環(huán)節(jié)設(shè)置了3種不同難度的STEM教具，營員選擇教具采取地域分配與主觀選擇并行的方式。一方面根據(jù)營員的機器人知識基礎(chǔ)和目前的受教育情況進行分配，另一方面充分考慮營員的意愿，允許其自主選擇。最終，有93名營員選擇機器人小車作為科學(xué)營的STEM活動教具。所有STEM教具在開營前1周寄給各地的營員。

STEM日程安排：線上教學(xué)與自主探索相結(jié)合;緊扣時代潮流，鼓勵vlog、開箱視頻制作

活動一開始，營員提前下載好STEM活動電子資料，然后根據(jù)視頻自行完成機器人小車的安裝。安裝完成后，由科技輔導(dǎo)員為營員簡單介紹STEM的含義和內(nèi)容，并指導(dǎo)營員解決安裝機器人小車時遇到的問題，完成調(diào)試程序的安裝，在直播間進行答疑。STEM作品提交截止后，由志愿者下載并觀看營員上傳的制作視頻，發(fā)現(xiàn)他們在安裝機器人小車時出現(xiàn)的問題，總結(jié)錯誤并提供解決方案，然后進行線上交流、答疑。在制作機器人小車的過程中，鼓勵營員用vlog記錄自己制作機器人小車時的點點滴滴和所思所感。最后，科技輔導(dǎo)員點評并展示優(yōu)秀作品，選擇營員上傳的精彩vlog進行展播。

任務(wù)設(shè)計：初、中、高三級任務(wù)，遞進式探索學(xué)習

本次科學(xué)營活動用的機器人小車，不僅涉及基本框架的安裝，還涉及嵌入式系統(tǒng)的編譯流程，對動手能力和思考能力的要求都很高。因此活動將機器人小車的制作流程分成低、中、高3個層次。

初級層次要求營員將機器人小車拼裝完整，完成樣例程序的上載，使小車可以根據(jù)程序設(shè)計運動。初級任務(wù)是每位選擇機器人小車活動的營員都必須完成的。

中級層次要求營員根據(jù)程序示例完成遙控器遙控小車，且同時實現(xiàn)LED燈與小車的運行同步變色，如前進時LED燈為綠色，后退為紅色，轉(zhuǎn)向時LED燈對應(yīng)方向燈綠色。中級任務(wù)由營員選擇完成，完成度越高，評分也越高。

高級層次針對學(xué)有余力的營員，鼓勵他們嘗試用超聲波傳感器實現(xiàn)小車的避障功能，自行進行進一步創(chuàng)新，如對機器人小車進行外觀改進，實現(xiàn)機器人小車的穩(wěn)定上坡、下坡等。

評分設(shè)計：設(shè)置附加分，鼓勵創(chuàng)造性設(shè)計

初級任務(wù)的評分標準包括機身是否拼裝正確、樣例程序能否正確上載、小車可否根據(jù)程序設(shè)計運動;中級任務(wù)的評分標準為是否能根據(jù)程序示例完成遙控器遙控小車的編程，實現(xiàn)2鍵前進、8鍵后退、4鍵左轉(zhuǎn)、6鍵右轉(zhuǎn)、前進時LED燈亮綠色、后退時LED燈亮紅色、向左右轉(zhuǎn)時LED燈對應(yīng)方向亮綠色;高級任務(wù)的評分標準為是否能編程實現(xiàn)小車通過超聲波避障。此外，還有拍攝vlog得分及視頻觀感、機器人小車外觀、小車運動效果等的整體評分。

活動總結(jié)

機器人小車STEM活動在本次線上科學(xué)營活動中取得了良好的效果，有效激發(fā)了營員對科學(xué)的熱情和興趣，培養(yǎng)了科學(xué)思想、創(chuàng)新意識和實踐能力，提升了科學(xué)素養(yǎng)。

機器人小車理論知識的講解緊扣科學(xué)營主題，不僅給營員普及推廣了科學(xué)知識，更是給了他們一把參與科技創(chuàng)作的“鑰匙”，讓他們感受到科技活動的魅力與樂趣。之后的實踐操作更是擺脫了枯燥的灌輸式學(xué)習，讓營員親身參與到科技創(chuàng)作中來?？萍驾o導(dǎo)員團隊充分考慮了不同營員的接受能力，通過合理分配，將營員分為不同的項目組，實現(xiàn)專門化培養(yǎng)，保證了每一位營員都能充分參與到STEM實踐活動中，真正做到因材施教。

科學(xué)營在通過設(shè)置豐富多彩的比賽內(nèi)容以調(diào)動營員的興趣和積極性的情況下，將難度進行了分級，并對每一級難度給予了不同的評分標準，讓每位有天賦、有能力、有意愿的營員都有機會充分發(fā)揮自己的技術(shù)和創(chuàng)意，給他們一個展示自己天馬行空、奇思妙想的平臺。

穿插在整個科學(xué)營活動中的vlog環(huán)節(jié)也是本次科學(xué)營STEM教學(xué)活動的一大亮點。vlog是緊扣當下流行風尚的短視頻，它不僅為科學(xué)營活動增色，也是營員參與科技創(chuàng)作的珍貴記錄。