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視頻標簽：深圳市初中優(yōu)質(zhì)課
所屬欄目：初中創(chuàng)客教育優(yōu)質(zhì)課
視頻課題：深圳市初中優(yōu)質(zhì)課《無接觸式校園午休防疫機器人模型制作》
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深圳市初中優(yōu)質(zhì)課《無接觸式校園午休防疫機器人模型制作》
一、項目背景簡述
2020年初突發(fā)的疫情，使得正常的校園生活受到巨大的沖擊。深圳特有的全市校園午餐午休也必須進一步改善以應(yīng)對疫情下的午休要求。在校園午休時，每個教室都要求配備至少一名教師，對學(xué)生進行午休前、午休后的測溫與考勤，以降低傳染風險。但是教師測溫、考勤也存在接觸風險，此外每天中午得不到休息教師也很疲憊。本項目擬解決這一問題，開展項目式學(xué)習(xí)——設(shè)計一款能自行測溫、消毒、考勤的機器人，既能減少接觸風險，又能解放教師,，減少人力物力的浪費。
在本項目中，學(xué)生自主探究、設(shè)計、制作一款疫情校園午休管理機器人，其功能包括體自動化的溫監(jiān)測、消毒、配送等，在校園午休的場景下應(yīng)用，以解決實際問題。在這個過程中學(xué)生將學(xué)習(xí)到Arduino機器人的搭建，模塊編程的方法，培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維能力、動手能力，將學(xué)到的知識應(yīng)用于實際生活中，提高學(xué)生的社會責任感。
二、項目實施的環(huán)境和硬件要求
環(huán)境保障：學(xué)校有專門的STEAM教室用于STAEM課程教學(xué)，主教學(xué)場地分為：教學(xué)區(qū)、工業(yè)加工區(qū)、交流互動區(qū)、展示區(qū)、儲藏室區(qū)。室內(nèi)專門配置項目使用的激光切割機、3D打印機、CNC機床、刻紙機等設(shè)備。強大的硬件條件、經(jīng)費和人員保障為我們實施該項目提供強有力的保障。
教學(xué)人員不光是信息教師，多學(xué)科教師共同授課，形成專業(yè)指導(dǎo)。能從更專業(yè)的角度為學(xué)生提供幫助，開拓學(xué)生思維。
實施硬件方面：學(xué)校已有Arduino機器人創(chuàng)客教育套件、5G通信模塊、ArduinoScratch（V3.21）軟件等硬件，可以供項目開展。
三、學(xué)者特征分析
初中階段的學(xué)生，從年齡段來說是好動、好奇、好表現(xiàn)的時期，應(yīng)采用形象生動、形式多樣的教學(xué)方法讓學(xué)生能夠積極主動參與學(xué)習(xí)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。生理上，學(xué)生好動，注意力易分散，愛發(fā)表見解，希望得到老師的表揚，所以在教學(xué)中應(yīng)抓住學(xué)生這一特點，發(fā)揮學(xué)生的主動積極性。從認知層面上來看，學(xué)生對對事物的認識還停留在表面上，學(xué)生享受著科技進步和教育發(fā)展的成果，但對于科技與教育戰(zhàn)略地位的認識還有待深化，一部分學(xué)生還存在學(xué)習(xí)目的不明確，學(xué)習(xí)動力不足等問題。依據(jù)課程標，學(xué)生應(yīng)該了解我國在科技、教育發(fā)展方面的成就，知道與發(fā)達國家差距，理解實施科教興國戰(zhàn)略的現(xiàn)實意義，感受科技創(chuàng)新、教育創(chuàng)新的必要性，努力提高自身素質(zhì)。在深圳，中小學(xué)都開設(shè)了創(chuàng)客課程，并且深圳市每年都會舉辦創(chuàng)客節(jié)比賽，旨在培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，而我們此次主題的確定，正是符合這一目標，提升學(xué)生的科創(chuàng)能力。
本項目適用于深圳市初中階段學(xué)生，在技術(shù)方面，學(xué)生在小學(xué)階段已經(jīng)學(xué)習(xí)過基本的Scratch軟件編程方法，具有一定的基礎(chǔ)，對于機器人的制作很感興趣，會使用一些基本的編程語句，但是學(xué)生的邏輯思維能力還不是很強，對于稍復(fù)雜的程序語句不能理解，在項目進行的過程中，學(xué)生通過對邏輯語句的編寫，可以很好的提升她們的邏輯思維能力。
本項目可以通過編程讓機器人在午休防疫場景中實現(xiàn)各種活動，既符合實際所需，又能激發(fā)學(xué)生的興趣。除了編程以外，在項目進行中還涉及到多方面的知識，如物理的電路的連接、傳感器的使用等。涉及應(yīng)用到的知識較多，對于學(xué)生綜合能力的培養(yǎng)比較全面
四、項目知識圖譜
1.科學(xué)原理（STEAM-S）
(1)物理方面
i.了解測溫巡邏機器人電路工作原理及相關(guān)知識，能夠正確連接閉合電路
ii.能夠說出紅外線測溫傳感器、紅外線循跡傳感器、紅外線避障等傳感器原理及用途
(2)信息方面
程序的編寫：包括邏輯語句的運用、定義變量、簡單的數(shù)字和邏輯運算
2.技術(shù)要點與難點(（STEAM-T）)
(1)認識AS-board主控板、能夠利用AS進行程序編寫與運行，并將主控板與裝置進行連接，使它能夠進行測溫、循跡等功能。
(2)在程序中如何實現(xiàn)：紅外傳感器如何設(shè)置？
3．藝術(shù)應(yīng)用（STEAM-A）
對機器人的外觀進行設(shè)計，學(xué)生利用多種技術(shù)手段實現(xiàn)外形創(chuàng)造，例如激光切割、3D打印等技術(shù)。使其兼具實用性的同時能夠美觀，培養(yǎng)學(xué)生的審美能力。
4.工程支持（STEAM-E）
在項目進行的過程中，運用到工程項目的設(shè)計流程方法。在這個過程中學(xué)生對自己所設(shè)計的產(chǎn)品不斷進行優(yōu)化測試，從而得到最優(yōu)產(chǎn)品。另外，需考慮多功能巡邏機器人的實用價值，如何改進更加智能化，能否推廣到實際生產(chǎn)生活中。
五、項目總?cè)蝿?wù)
本項目旨在疫情的大環(huán)境下，探索智能機器人在校園午餐午休管理中發(fā)揮的作用。本項目將通過設(shè)計一款測溫循跡機器人，達到對午餐午休人員無接觸式測溫、飯前消毒、發(fā)放午餐、午餐考勤與體溫異常報警等目的。學(xué)生需要思考，如何通過搭建機器人、設(shè)計程序，達到這些目的。同時，學(xué)生需要根據(jù)疫情的相關(guān)知識，選擇殺菌消毒效果最好的洗手液、消毒液進行學(xué)生的餐前消毒。本項目將高效快捷的實現(xiàn)無接觸式校園午餐午休管理，在很大程度上減少人員接觸，解放人力資源。
六、項目總?cè)蝿?wù)拆解后的挑戰(zhàn)任務(wù)
1.學(xué)生需要思考如何搭建一款測溫巡邏機器人模型，以達到測溫、巡邏、釋放消毒液的效果。
2.學(xué)生需要將編寫的好的各個功能的子程序，匯總成總程序。
3.學(xué)生計并測試測溫程序，使機器人能準確測量人體溫度。
4.學(xué)生需編寫測溫反饋程序，思考如何設(shè)計程序，機器人才會為體溫正常的同學(xué)釋放洗手消毒液并發(fā)放午餐，對體溫異常的同學(xué)進行毒液并啟動報警。
4.學(xué)生需思考，如何結(jié)合學(xué)生座位排列，設(shè)計巡邏軌跡，使機器人能快捷的路過午餐午休教室的每一位學(xué)生。
5、學(xué)生需思考如何設(shè)計測溫巡跡程序，使機器人在放餐時間截止后能沿特定軌跡行駛，并按照順序?qū)γ恳粋�學(xué)生進行二次測溫，并根據(jù)測溫結(jié)果進行體溫正常反饋、體溫異常報警、學(xué)生缺勤反饋。
七、項目需要的課時及具體進度（計劃）安排
本項目共分四項任務(wù)：前兩項為先導(dǎo)性任務(wù)，由教師引導(dǎo)學(xué)生小組合作探究完成。第三項為拓展性任務(wù)，由學(xué)生主導(dǎo)研發(fā)設(shè)計，第四項小組競賽最終呈現(xiàn)設(shè)計成果（本項目所有任務(wù)都是分小組合作探究制作完成，每小組4—6人）
| 項目任務(wù)一：機器人的測溫功能 | |||
| 項目時間 | 項目目標 | 問題引導(dǎo) | 自主探究 |
| 兩課時（第一課時：機器人外形、功能設(shè)計；第二課時：ArduinoScrach測溫程序編寫） |
1. 查閱相關(guān)資料鏈接物理相關(guān)基礎(chǔ)知識掌握測溫的原理； 2. 對機器人進行設(shè)計，自主探究簡易機器人的搭建方法，并能做到獨立完成搭建； 3. 學(xué)會用ArduinoScrach對機器人進行程序編寫實現(xiàn)測溫功能。 |
第一課時： 1. 正值新冠疫情特殊時期，中午午餐午休需要進行哪些流程？2.上述流程均是如何完成的？存在哪些缺陷？如何解決這些缺陷？ 3.可以運用哪些智能設(shè)備解決上述缺陷？ 4.小組合作列舉可能需要用到的硬件來實現(xiàn)本節(jié)課的機器人測溫。 第二課時： 1. 機器人硬件安裝完畢后，追問：如何運用軟件實現(xiàn)機器人實時測溫功能？ 2. 如何在Scratch當中實現(xiàn)測溫語言編程？ |
第一課時： 1.學(xué)生結(jié)合校園實際情況自主思考并回答實際生活問題； 2.自主查閱相關(guān)智能設(shè)備的運用； 3.自主查閱相關(guān)資料了解紅外線物理部分相關(guān)知識，包括紅外線的熱效應(yīng)； 4.小組自主選取所需材料，包括相關(guān)硬件，尤其是主控板和溫度傳感器。 5.小組合作結(jié)合所選取硬件進行機器人的草圖設(shè)計及具體方案流程設(shè)計； 5.小組合作展示交流本組草圖設(shè)計和方案，并在交流基礎(chǔ)上進行設(shè)計的二次優(yōu)化和完善。 第二課時： 1. 小組合作結(jié)合之前所學(xué)Scrach編程方法自主探究ArdinoScrach軟件編程方法； 2. 學(xué)生自主將所編程序輸入機器人進行測溫測試；在教師指導(dǎo)下修改完善學(xué)生自主所編程序； 3. 對程序進行二次感溫測試，若蜂鳴器依舊不能報警，則對硬件設(shè)施進行故障排查（例如傳感器損壞、蜂鳴器損壞、上傳固件不成功）直到可成功運行。 4.有條件的情況下可以放在午餐午休教室測試機器人的測溫功能運行情況并進一步使其高效化、智能化。 |
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項目要求&預(yù)期成果 1.學(xué)生需自主查閱紅外線相關(guān)基礎(chǔ)知識，并與本任務(wù)進行相關(guān)鏈接設(shè)計機器人和制作機器人； 2.學(xué)生需結(jié)合之前所學(xué)Scrach軟件編程方法進行ArduinoScrach基本程序編寫，并將程序?qū)氲綑C器人實現(xiàn)快速測溫； 3.學(xué)生將機器人帶至午餐午休教室進行實地測溫，并進行多次優(yōu)化和完善，直到機器人能進行無人監(jiān)測。 |
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工程任務(wù)書（循跡考勤-消毒環(huán)節(jié)） 班級： 姓名： 組別： 【項目名稱】機機器人的循跡考勤-消毒功能 |
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【進行時間】 三課時 【項目目標】 1.機器人能根據(jù)學(xué)生座位完成午餐教室的循跡 2.機器人遇到體溫高于37.3度的同學(xué)，會報警并進行消毒 3.機器人能記錄缺勤并計數(shù)（由于計數(shù)器的復(fù)雜程度，本功能選做） 【前置知識】 1.紅外循跡傳感器 它可以自動識別軌跡，實現(xiàn)機器人自動巡邏的功能——它是可以將顏色深淺轉(zhuǎn)化為電信號的器件。紅外循跡傳感器會檢測地面反射回來的光線強度，并確定其檢測面的顏色深淺，因此，我們要采集仿真環(huán)境下地圖的灰度閾值，灰度閾值的采集本文以黑白兩種顏色來說，分別讀取黑色和白色環(huán)境下紅外循跡傳感器的數(shù)值并記錄。灰度閾值的計算方法就是取兩個數(shù)值的平均數(shù)，即傳感器在黑線上的返回值與白色地面上的返回值相加再除以2。。 2.紅外避障傳感器 它是數(shù)字傳感器，其返回值只胡0和1。0表示沒有障礙物，則機器人繼續(xù)巡邏，1表示有障礙物，則停下來測量體溫。 |
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【小組成員及分工】
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【項目所需軟硬件】 機器人制作套件、溫度傳感器、紅外循跡傳感器、ArduinoScrach編程軟件及其他你認為可能用到的材料 【項目學(xué)習(xí)】 1. 根據(jù)學(xué)生座位，如何設(shè)計路線，讓機器人完成午餐教室的循跡？ 2. 機器人實現(xiàn)循跡考勤程序編寫 3. 機器人遇到體溫高于37.3度的同學(xué)，報警并進行消毒程序的設(shè)計邏輯 4. 機器人遇體溫異常人員報警行消程序的編寫 5. 機器人考勤功能的設(shè)計邏輯 6. 機器考勤功能的程序編寫 7. 將機器人的循跡考勤-消毒功能進行整合 8. 機器人循跡考勤-消毒功能的測試、問題及修正完善 9. 機器人循跡考勤-消毒項目綜合評價（包括對項目本身的客觀評價及對自我執(zhí)行項目過程的主觀評價） |
| 評價項目 | 具體內(nèi)容 | 評 價 等 級 | |||
| 完全可以做到 | 大部分可以做到 | 有時可以做到 | 很難做到 | ||
| 情感態(tài)度 | ①活動整體參與度 | ||||
| ②主動提出設(shè)想、建議 | |||||
| ③遇到困難能夠積極想解決的方法 | |||||
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合作交流 |
①主動和同學(xué)配合 | ||||
| ②樂于幫助同學(xué) | |||||
| ③認真傾聽同學(xué)的觀點和意見 | |||||
| ④對班級和小組的學(xué)習(xí)作出貢獻 | |||||
| 學(xué)習(xí)技能 | ①活動方案構(gòu)思新穎 | ||||
| ②會用多種方法搜集、處理信息 | |||||
| ③實踐方法、方式多樣 | |||||
| 實踐活動 | ①積極動腦、動口、動手參與 | ||||
| ②會與別人合作交流 | |||||
| ③活動有新意 | |||||
| ④關(guān)注社會、關(guān)注環(huán)境的意識 | |||||
| 成果展示 | ①工程報告等 | ||||
| ②表演匯報，講解生動有趣 | |||||
| ③成果能解決學(xué)生午休場景下的測溫、消毒、考勤問題 |
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最強防疫機器人設(shè)計比賽 一、活動目的 為了更好地檢測學(xué)生學(xué)習(xí)成果，調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提升學(xué)生在項目過程中的成就感。在項目結(jié)束時開展最強防疫機器人設(shè)計比賽，包含兩個環(huán)節(jié)：展示環(huán)節(jié)與競賽環(huán)節(jié)。通過這些環(huán)節(jié)，提升學(xué)生表達能力、團隊合作能力。 二、展示要求 學(xué)生在展示的過程中能夠解決以下問題 （1）成員分工與小組協(xié)作的自我評價 （2）設(shè)計產(chǎn)品的理論依據(jù) （3）在實踐過程中遇到的困難與解決方式 （4）本產(chǎn)品最大的優(yōu)勢或亮點 （5）本產(chǎn)品目前存在的局限性 （6）如果要進一步提升本產(chǎn)品，還需要什么幫助 （7）除了校園午餐午休的管理，本產(chǎn)品還能稍作修改、應(yīng)用于生活中的其他場景嗎 三、挑戰(zhàn)目標 學(xué)生以小組為單位，設(shè)計一款用于午休教室的防疫機器人。該機器人啟動后，能自行完成巡跡、測溫、消毒、考勤等所有功能。 四、活動流程 1.匯報展示。學(xué)生以小組為單位，在全班進行。匯報展示需要本組的全部人員參與，利用ppt匯報展示產(chǎn)品，每人至少說一個板塊對小組的項目結(jié)果進行匯報。學(xué)生需要從小組分工、設(shè)計的理論依據(jù)、實踐過程、產(chǎn)品特色、實用價值等方面介紹本項目的完成情況，并在介紹過程中或結(jié)尾演示測溫巡邏機器人的運作。 2.挑戰(zhàn)競賽。展示結(jié)束后，進行機器人挑戰(zhàn)賽。參賽小組對比賽場地進行最后的調(diào)試與熱身。比賽開始，按下啟動按鈕，機器人自行完成所有項目，得到最終結(jié)果，按照評分標準得出挑戰(zhàn)分數(shù)，得出最佳挑戰(zhàn)獎，全部展示完畢后，小組之間相互投票，選擇最佳團隊獎，最佳展示獎、最佳設(shè)計獎。 四、項目評選規(guī)則
五、項目總結(jié) 對競賽中表現(xiàn)突出的小組或?qū)W生進行表揚肯定，對各小組的作品進行點評，肯定學(xué)生在過程中的各方面的發(fā)光點。點明主題，升華主題，讓學(xué)生感受到科技在生活中的重要性，并能夠利用在此次項目活動中學(xué)習(xí)到的知識，自主探究自己感興趣的主題，已解決實際生活問題。 |
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校園午餐午休無接觸化項目后測 1.收集午餐午休無接觸化的效果反饋 2.調(diào)查學(xué)生有關(guān)Arduino教育機器人的了解程度 3.調(diào)查學(xué)生對其他輔助知識的掌握情況
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| 機器人類型 | 材料名稱 | 數(shù)量 |
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測溫巡邏機器人 |
溫度傳感器 | 1個 |
| 紅外循跡傳感器 | 1個 | |
| 紅外避障傳感器 | 1個 | |
| ArduinoScratch（V3.21）軟件 | ||
| LED數(shù)碼管 | 1個 | |
| 3P適配線 | 若干根 | |
| 左右電機 | 2個 | |
| As-Board主控板 | 1個 | |
| 機器人底盤 | 1個 | |
| 螺絲 | 若干個 | |
| 數(shù)據(jù)線 | 1根 | |
| 消毒機器人 | 消毒水 | 若干ml |
| 蠕動泵 | 2個 |
視頻來源：優(yōu)質(zhì)課網(wǎng) www.swgszwr.cn
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