溫劍芳

【摘要】“科學技術是第一生產(chǎn)力，創(chuàng)新是引領發(fā)展的第一動力?！睂W生的科技創(chuàng)新能力培養(yǎng)也是中職教育的重要內(nèi)容。我校在STEM教育理念下創(chuàng)辦的機器人科技社團活動創(chuàng)意無限，成果顯著。近期組織的以防疫為主題的機器人設計，作品成果突出。本次分析的機器人教育案例是以醫(yī)務診室為承載，具有智能預約、自動消毒、消毒禁入、闖入保護等功能?？刂葡到y(tǒng)采用現(xiàn)今創(chuàng)客常用的掌控板為主控板，配以各種電子模塊組成。本文以防疫為主題開展機器人創(chuàng)意制作案例分析。

【關鍵詞】STEM教育理念;防疫主題;機器人

一、機器人作品選題的目的與意義

本次機器人創(chuàng)作以2020年新冠肺炎疫情，特別是在武漢那場沒有銷煙的戰(zhàn)爭中，全國人民眾志成城，在艱難困苦中與病毒作斗爭的防疫為主題，融入思政教育，啟發(fā)學生的創(chuàng)作靈感。

學生被視頻中的情景深深感動。能為他們做些什么呢？經(jīng)過學生一番的討論探究，他們初定創(chuàng)作了名為“智能消毒診室”的作品，期盼將來能為醫(yī)護人員減輕一點工作的勞累，達到科技創(chuàng)新的目的。

二、機器人作品創(chuàng)作過程

（一）團隊組建、協(xié)同工作

本機器人創(chuàng)新作品的創(chuàng)作需要系統(tǒng)性規(guī)劃，需要學生團隊合作、共同探究完成。在這項作品的創(chuàng)作中，筆者要求學生以3人為一個團隊。組員共同探討確定技術方案，并根據(jù)自身的優(yōu)勢分工，共同攻關技術難點。

（二）調查研究

為對現(xiàn)有診室的消毒方式有所了解，學生對市內(nèi)各大醫(yī)院進行調查研究。醫(yī)院的診室消毒大概有兩種。第一種，傳統(tǒng)沒更新的醫(yī)院診室，下班時間，人工開關紫外線消毒。第二種，新式的醫(yī)院診室使用系統(tǒng)控制同層樓多個診室的紫外線消毒，系統(tǒng)設定消毒開關時間，紫外線消毒自動開啟。消毒水消毒全部使用人工拖地板。

（三）分析討論，形成方案

作為一個創(chuàng)新作品，與現(xiàn)有的產(chǎn)品相比，必須有自身的創(chuàng)意及優(yōu)勢，才顯示它存在的意義。團隊分析現(xiàn)有消毒方式的特點及問題，提出改善的方案。在這一過程中發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)用的診室消毒自動化僅限于控制紫外線消毒，對防疫必須采取的消毒水消毒沒能實現(xiàn)自動化控制。消毒時段控制缺乏靈活性，如，有人闖入缺乏安全保護，紫外線消毒不會終止。

針對以上問題，團隊成員積極思考，采用什么技術能解決問題？要做一個具有什么功能的智能消毒診室呢？成員積極地思考，討論分析，查閱資料，并與指導教師進行多次的交流。作為指導教師，筆者對學生提出的方案進行技術性的預判，必要時做出提示。學生發(fā)散性的思維探究，最終形成方案。

方案是創(chuàng)作一個“智能消毒診室”，能實現(xiàn)醫(yī)務室新冠肺炎疫情下常見的消毒過程。先紫外線消毒，然后消毒水霧化，消毒完成后，智能通風。全程控制系統(tǒng)自動完成，無需人工干預。為體現(xiàn)消毒的靈活性，可采用預約消毒和立即消毒方式。為了體現(xiàn)控制的人性化、智能化、便利性，設置實地控制和手機遙控方式控制。對于必要時人員闖入消毒中的診室，設置了感應時智能中斷消毒，間隔時間后恢復消毒的功能。

系統(tǒng)開發(fā)核心確定。與現(xiàn)有的單片機、Arduino、掌控板、樹莓派等開發(fā)系統(tǒng)相比，團隊選擇開源的、綜合性強的、開發(fā)時間相對較短的掌控板進行系統(tǒng)開發(fā)。

三、思維導圖畫出系統(tǒng)設計方案

思維導圖能簡單而極其有效地表達主題下各級的隸屬關系。通過思維導圖表達系統(tǒng)設計方案，有利于學生記憶、思考，及掌握系統(tǒng)的邏輯關系。成員根據(jù)指導教師要求，通過思維導圖形式表達智能消毒診室系統(tǒng)設計方案，如圖1所示。該思維導圖含有系統(tǒng)的結構、功能，以及使用的技術和電子硬件模塊，等等。

四、分工協(xié)作，制作作品

團隊成員根據(jù)各自優(yōu)勢，進行分工。兩人負責診室模型的建造、系統(tǒng)硬件的定位;一人負責電路系統(tǒng)的開發(fā)。在這個過程中，指導教師主要是監(jiān)督學生完成作品的進度情況，鼓勵團隊探究攻克技術難點，提供學生所需器材、材料和工具，檢驗作品的功能，對作品進行點評等。

兩位組員商討診室模型的設計，以醫(yī)院的診室為參考。第一步，畫出診室的設計草圖。第二步，選擇好做診室的材料，因學校沒有激光切割機，學生選用了硬紙皮和彩色卡紙做診室框架。第三步，細化診室內(nèi)部設備，精化診室的醫(yī)療衛(wèi)生文化，美化診室環(huán)境。第四步，根據(jù)硬件控制系統(tǒng)和相關電子模塊的大小，合理預設診室中的放置方位，開孔及試裝。

根據(jù)設計方案，另一位成員進行電路系統(tǒng)設計。第一步，搭建掌控板為主控板的系統(tǒng)電路，設置各功能模塊的I/O分配口。第二步，進行圖形化編程，并調試各功能模塊。第三步，手機安裝Blynk APP，進行手機控制界面設計。第四步，硬件系統(tǒng)安裝進診室模型，調試診室的完整功能。

五、形成機器人作品成果總結

本次的智能消毒診室機器人制作完成后，指導教師要求團隊以作品研究報告的形式對本次機器人創(chuàng)作進行總結，拍攝作品介紹視頻，制作作品創(chuàng)作的PPT并進行演講。為今后的機器人創(chuàng)作有更好的積累，也為參加各種科技或機器人大賽作準備。

[本文系2018年廣東省STEM教育實踐研究課題“技能競賽驅動下中職電氣專業(yè)STEM課程體系建設研究”（課題編號：2018GDSTEM067）的研究成果]

參考文獻：

[1]楊亞平，陳晨.美國中小學整合性STEM教學實踐的研究[J].外國中小學教育，2016（5）.

[2]余勝泉，湖湘.STEM教育理念與跨學科知識整合模式[J].開放教育研究，2015（4）.

[3]傅騫，劉鵬飛.從驗證到創(chuàng)造——中小學STEM教育應用模式研究[J].中國電化教育，2016（4）.

責任編輯? 羅燕燕