聚焦互竞运动　助力科技教育

戴世琪

编程机器人社团活动是新华小学科技精品课程的分支，经过5年沉淀，已成为学校科技教育的主阵地。编程机器人社团活动以互竞运动为核心实施课堂教学，引领学生在互竞游戏中感悟编程操控的魅力，在团队配合中学习协同作战的策略，在作品制作中提升创新思维和实践能力。笔者以“机器人足球赛”教学为例，介绍编程机器人社团活动的实施策略。

一、确定学习主题，满足学习需求

机器人一直以来都是科技教育的热门项目。经过一段时间的机器人图形化编程学习后，学生想要挑战一些难度更大的学习内容。鉴于足球运动互竞性强，在培养团队协同作战能力、感受竞技体育魅力等方面具有优势，笔者把机器人与足球竞技相结合，确定“机器人足球赛”学习主题，让学生在项目式学习中，通过改装机身、开发程序功能等落实灵活操控机器人的目标，使机器人更好地运球，以此满足学生的挑战性学习需求。

二、建构知识体系，发展信息科技素养

面对新的学习情境，学生应通过联结已有的知识结构，建构新的知识体系，从而解决新问题，发展数字化学习与创新素养。

明确“机器人足球赛”学习主题后，学生开始在教师的指导下设计项目学习方案。首先，机器人足球赛无法提供现成的机器人，需要学生在设定功能的基础上组装硬件。如果想要机器人实现运球功能，就要设计一个具备抓握物体技能的类似“机械钳”的装置。“机械钳”的本质是利用舵机加装“L”型铜片实现自由抓握的技能，所以学生的知识建构可以从回顾舵机模块开始。

笔者在导入环节介绍机器人足球赛这一互竞运动后，通过问题“机器人想成功控球必须具备什么功能”，让学习聚焦到利用“机械钳”抓握物体的重点上。探究环节，笔者先出示“机械钳”图片，让学生观察其构造，联想能与之匹配的知识。学生想到了已经学习的舵机模块，它可以通过编程实现机器钳钳口夹角0°～180°的自由切换。这样，笔者引导学生通过知识迁移找到了让机器人控球的具体方法，并编写了设计方案。

三、编程制作，形成成果作品

机器人足球赛上，同一个场地将同时存在多台互相追逐的机器人，我们事先无法判定机器人的位置，因此在编写程序时要重点考虑机器人的灵活操控。笔者采用蓝牙遥控手柄作为教学配件，它可以根据蓝牙传输的实时数据对机器人发送指令，同时手柄上的每个按键都能进行开源编程，如学生可利用“↑”编写前进的程序、利用“↓”编写后退的程序等，赋予机器人一些个性化的功能。

为加强团队配合，机器人还要具备随时给对方设障的功能，如适时打开阻碍对手进攻的“高墙”、解锁对手的“机械钳”等。针对机器人的功能需求，笔者指导学生设计功能各异的造型，依据图纸改装机器，上传程序，调试机器。在调试过程中，学生可能发现许多问题。笔者的解决办法是要求学生创建《我的编程日记》，实时记录每次出现的问题及解决方案。例如，一名学生在完成装置调试后，记录下“首次出现的问题——机器人运球时存在转弯不灵敏的现象”，以及“解决方案——4月2日第一次解决：将按下按钮‘→定义为旋转10°，改为按下按钮‘→运行编码电机左轮80%、右轮20%，实现用按钮按压的时长控制转弯的角度，消除机器人转弯时的顿挫感。4月16日第二次解决：方向箭头操作复杂，改用摇杆操控，通过左右编码电机带入左右摇杆函数公式，实现随意转弯”。记录编程日记让学生在头脑中生成线性逻辑，为后续创作提供了思路。

四、互竞对抗，检验学习成效

学生完成机器人作品的调试之后，以分队对抗的形式让机器人进入赛场。每队共2个机器人作品，“足球”采用6cm直径的健身弹力球。比赛中，每队2个机器人分别担任前锋和后卫，前锋机器人具有控球、运球的技能，后衛机器人具有“设障”功能，可以为本队队员进攻赢得时间。笔者充当裁判，进行计分操作。队员上场前，笔者先介绍机器人，渲染对抗氛围，很好地调动了学生的积极性。

对抗中时常有意外发生，如机器人零件脱落、机器人不听指令、机器人发生剐蹭、机器人进入死胡同无法转身等。这些情况的发生说明作品存在缺陷，学生要分析问题，修改作品，升级功能。例如：学生在机器人对抗中发现机械钳左右抓握容易掉落“足球”，于是改为上方真空、侧边金属架包围、底部平行排列4条高弹力橡皮筋的一体化机械手设计，提高了机械钳抓握的稳定性；学生还发现编码电机的3mm固定螺母容易脱落，于是改用镶嵌式防滑螺母，用扳手和螺丝刀辅助安装。学生在互竞运动中发现问题、解决问题，提高了实践能力，提升了信息科技素养。