项目教学法在中职科技教育实践活动教学中的探究

孔令艳

一、前言

在实施中职科技教育实践活动的教学实践中，通常学生学习制作机器人的积极性开始非常高，但随着常规教学的进行，不少学生失去了学习的兴趣。因为机器人制作涉及的知识与技能体系包括电子技术理论知识、创意电路的搭建、电脑软件编程、外形创意设计及动手能力，每一个环节都涉及不同的知识和技能，参加机器人学习的学生如果没有具备这些综合的基础知识，学习起来非常困难，无所适从。而且学习的课时少，一周一次课，学生无法全面掌握制作过程。这就造成学生虽感兴趣，却无法完成实践制作的问题。因此，必须在教学方法上有所创新，我们的教学不但要使学生学习专业技能知识，还要使学生具有自主学习的能力和终身学习的观念。于是，我们尝试从一艘智能龙舟机器人制作的流程出发，运用项目教学方法，指导学生学会并掌握智能龙舟机器人的设计制作，收到较好的教学效果。

二、项目教学法在中职科技教育实践活动教学中的应用

项目教学法是一种以教师为主导、学生为主体的师生共同完成一个完整项目而进行的教学活动。项目教学法的实施是通过“完成项目任务”的形式进行教学，是在教师的指导下，学生通过相对独立地收集信息、学习知识、设计方案、演练、实施方案以及项目评价等环节完成项目，达到学习知识、应用知识的目的，从而实现教学目的。项目教学法适宜应用在跨专业教学活动和多学科实践教学领域，所设计的项目往往包含多学科的知识。笔者在实施中职科技教育实践活动教学中应用项目教学法，以广东民俗“赛龙舟”为主题设计一款智能机器人龙舟，把智能龙舟机器人制作流程分为以下几个项目开展教学活动：外形创意设计项目、结构设计项目、电路设计项目和程序设计项目。

（一）智能龙舟机器人制作课堂教学过程

从龙舟机器人制作的流程来看，适宜采用项目教学方法。每一步流程作为一个项目，将完整的机器人制作进行分解，以项目为引导分别学习每个项目的具体技能和相关知识。每个学生不一定对每一个项目都要精通，但是一定要掌握每个项目基本的制作方法，明白各项目之间的联系，然后再着重向一个方向发展。在完成各个项目的学习后再将项目全面整合，最后学生完成机器人的制作。按照这种思路我们设计了下面的教学过程。

1.项目一：外形创意设计

实施这个项目， 学生可以采用传统的绘画、描图的方式，也可以用电脑软件设计（三视图、草图、图示等），更可以按照他们的奇思妙想设计心目中的作品。龙舟机器人的外形没有固定的样式，需要制作者发挥自己的想象与创意。同时，制作者需从中寻找出合适的方案，从而创作出性能优良的龙舟机器人。在实施教学的过程中，学生尝试过很多形式，曾经试过将机器人做成立体式的，进行雕刻或3D打印等，因成本等原因，效果并不理想，最后这个机器人的外形结构由学生手绘做成。整个机器人由一个内部电路连接的主体和kt板塔建的龙形外形构成。图1、图2是我校学生制作的两艘龙舟机器人。

2.项目二：结构设计

由于龙舟机器人在水面上运作，龙舟船体的平衡、传动结构的稳固、前进方向的稳定、马达动力的大小、减少接合处的摩擦力、船桨的形式和吃水的深度、电路接线等因素都需要制作者考虑，因此，结构设计的每一步都要求学生做到细致无误。在制作中指导学生运用自己所学的知识去解决问题，在知识的获得中促进发展，在发展过程中落实知识的教学。在教学实践中，笔者从以下两个方面来落实知识的教学。

（1）船体

这个结构是整个机器人的核心部分，能让龙舟遇障碍物停止，并沿弯道行使。中心是一块arduino驱动板，连接了马达、电池盒、传感器、触碰开关、Led等电子元件。

（2）划桨设计

划桨的种类很多，根据船的吃水深度选择安装位置，并且可安装在两侧和船的尾部。

3.项目三：电路设计

学生通过技术设计与探究进行真实学习和实践感受，将他们制作的作品和设计在这里进行试验，找出合理、最佳的设计。试验器材主要由控制板、红外传感器、马达、面包板、导线、开关、船体、木板等材料构成，控制板是其智能的核心，利用传感器的数据，实现智能转弯、智能避障，龙舟可以运行在非直线型航道上。以下是指导学生完成电路设计的教学实践过程。

（1）传感器子电路

为了使龙舟运行在非直线行道上，安装了两个触动传感器（检测障碍物和沿弯道行驶）。电路原理图如图3所示。

电路接好后，可以对传感器进行测试，指导学生完成以下代码后，在串口监测窗查看结果。

void setup（）

{

Serial.begin（9600）;

}

void loop（）

{

Serial.println（analogRead（5），DEC）;

delay（500）;

}

测试的时候，可以用小木板作为障碍物，逐渐靠近或远离传感器，同时从监测窗口中查看数据变化情况，并记录距离障碍物约1cm时的大概数值。测试时应注意避免強烈阳光照射的环境，同时调整发送与接收两个传感器的角度。

（2）马达子电路

指导学生完成电路创意搭建：图4，D7～D10连接左右马达，电路搭建好后，运用程序逐级控制马达的转动速度。在程序设计中通过analogWrite（D，Num）函数实现转速调节，Num的取值：0～255，0为停止，255为全速。控制船体转弯或避障的方法各异，比较常见的方法是：每个马达单独驱动一侧船桨，利用传感器回传的数据，编程序控制两侧船桨的转速，从而实现龙舟转向，实现非直线航道上运行。

4.项目四：程序设计

这个项目可让学生学习机器人编程技术，在学习过程中，利用项目的构思和呈现的方案，整合项目一、二、三中的创意设计方案，指导学生完成图5的代码后，用电脑软件下载到机器人控制板中，这样一艘智能龙舟机器人就完成了。将创意设计成为作品，学生可体验学习技术的过程和成功的快乐。

（二）課下的小组协作学习和网络微课学习

为解决课时少的问题，我们成立了课下的协作学习小组。在小组负责人的组织下，依据项目实施方案，对小组成员按照各自的学习目标进行合理分工。动手能力强、想象力丰富的学生负责创意外型的制作项目;心灵手巧、做事比较细心、有耐心并且喜欢发明创新研究的学生负责机器人结构设计项目;逻辑思维能力强、英语或数学好的学生负责程序设计项目;有一点电子技术基础、爱好搭建电路的学生负责机器人创意电路的搭建即电路设计项目。这种按项目进行明确的责任分工，同时要求各项目之间进行互助的学习方式需要小组成员自己组织，一是突出学生为主体的意识，调动学生学习的积极性;二是强调群体共学的意识，包括师生合作、生生合作，在合作中发展学生的才华个性，形成协作、交际、联络、组织的能力，使学生在学习中学会合作，促进他们共同学习，共同达成教学目标。在完成项目时，组内成员保持密切联系，互相学习、沟通、交流，以更好地推进每个项目以及整个项目的完成。在课下制作的过程中会遇到各种各样的问题，学生可通过校园网下载教师制作好的微课反复观看来解决学习中的问题，对于学生解决不了的问题，教师要及时给予指导。

（三）总结与评价

制作流程分为4个项目：外形创意设计、结构设计、电路设计、程序设计。在完成项目的过程中小组进行阶段性汇报，要求其他小组给予评价，对学习效果进行自评、组评、师评。他人积极的评价可以激发学生的学习热情，使学生获得成就感，有利于学生的后续学习。同时也能提升学生关于制作龙舟机器人的评价能力，激励学生发挥创新精神，创造有特色的作品，以达到共享成果、共同提高的目的。每个项目完成后进行总结，总结的内容包括：制作的方法，设计意图，进度情况，性能，在制作过程中遇到的问题、困难及解决的办法，收获与感受等多个方面。通过总结完成项目的过程与方法，讨论技能的应用，促使学生进行反思，把所学会的知识与技能内化，以促进学生的进一步发展。

（四）展示与巩固提高

龙舟机器人制作完成后，进行学生的作品展示。以鼓励为主，以发展为方向，主要是让学生对他们的作品作出点评，增强学生学习机器人的自信心，保持学生学习的持久兴趣。鼓励学生参加广东省创意机器人比赛，这样可以让学生将学习到知识与技能进一步的巩固和提高。

三、项目教学法在中职科技教育实践活动教学中的实施效果

经过几年的学习与探究，学校代表队参加广东省创意机器人大赛，根据每年大赛的创意要求，参加基础组和编程组项目连续三年获得一等奖、二等奖，其中第一届龙舟机器人项目取得第一名的好成绩，笔者获指导教师优秀园丁奖，学校获得大赛优秀组织奖，本项目获广州市教育局科技教育项目评价优秀。用项目教学法实施该项目，学生的兴趣得到激发、学习兴趣高涨、创新思维活跃、科学探究能力得到提高、综合素质提升，受到了广大学生的欢迎。

四、结束语

项目教学法在中职科技教育实践活动教学中的应用，对活跃课堂、增加学生的学习积极性、提高学生的创新能力和综合素质具有重要的指导意义。目前，机器人制作的课程教学还处于初级阶段，项目内容的深度设计、学生的自主学习能力和小组合作能力等方面还需进一步改进和完善。

责任编辑 陈春阳